00:00:00: Janika Kiltz Wir alle kennen Ultraschallbilder, aber wusstet ihr, dass man das Geschlecht eines Babys auch aus dem Blut der Mutter bestimmen kann? Ja, auch Pränataldiagnostik, also das Nachschauen, ob ein ungeborenes Baby gesund ist, das geht auch mittlerweile über eine einfache Blutentnahme. Im mütterlichen Blut lässt sich nämlich DNA des ungeborenen Kindes nachweisen. Ja, aber wie funktioniert das? Wie und warum kann ich dem Blut der Mutter genetische Informationen des Babys entnehmen? 1948 entdecken die Forscher Mandel und Métais das Vorhandensein von kleinen DNA-Fragmenten außerhalb des Zellkerns, ja, sogenannte zellfreie DNA, und diese kleinen Fragmente schwimmen quasi überall in unseren Körperflüssigkeiten umher. Spannenderweise lassen sich aber nicht nur unsere eigenen DNA-Fragmente nachweisen. Seit Ende der 90er Jahre wissen wir nämlich, dass man im Blut von schwangeren Frauen auch umherschwimmende zellfreie Fötus-DNA finden kann. Gut zwei Stunden nach Entbindung ist diese DNA dann auch verschwunden. Mittlerweile haben wir die technologischen Mittel, um die verschiedenen Bestandteile dieser freien DNA genauer betrachten zu können. Ja, ein weiteres, interessantes Feld, in dem die zellfreie DNA eine Rolle spielt, ist aber die Tumordiagnostik. Mit Hilfe der sogenannten Liquid Biopsy können kleinste Tumor-DNA-Schnipsel, die sich ebenfalls frei im Körper bewegen, gemessen werden. Auf lange Sicht könnte das die Art, wie wir den Verlauf von Tumor-Erkrankungen beobachten, revolutionieren. Ja, was es damit auf sich hat, was zellfreie DNA eigentlich ganz genau ist und wie die Liquid Biopsy funktioniert, das erklärt im Anschluss gleich meinen Gast, Ariane Hallermayr. „Der Code des Lebens“ wird präsentiert von GHGA, dem Deutschen Humangenom-Phänomarchiv. Viel Spaß bei der heutigen Folge „Liquid Biopsy: den Tumoren auf der Spur“. Willkommen beim „Code des Lebens“. Mein Name ist Janika Kiltz und ich befrage jeden Monat Experten und Expertinnen, die spannende Themen innerhalb der Genomforschung möglichst einfach erklären. Heute darf ich Ariane Hallermayr begrüßen. Sie ist ein Postdoc am Medizinisch-Genetischen Zentrum in München und in der Arbeitsgruppe Research and Development tätig. Ihr Fokus ist die Liquid Biopsy und zu diesem Thema hat sie auch promoviert. Ariane ist motiviert, in diesem Bereich Forschung zu betreiben, um die Patientenversorgung zu verbessern und so auch die Überlebenschancen von Tumorerkrankten zu erhöhen. Ja, Ariane, zellfreie DNA befindet sich quasi überall in unserem Körper und gibt Ärzten und Ärztinnen Aufschluss über unsere Gesundheit. Aber was genau ist denn die zellfreie DNA und wo genau findet man sie, wenn nicht im Zellkern?

00:02:58: Dr. Ariane Hallermayr Genau, also zellfreie DNA ist DNA, die aus allen Geweben oder aus allen Zellen in allen Geweben freigesetzt wird, sobald Zellen sterben. Das kann einfach natürlich aus dem Blut sein, aus der Leber, aus dem Darm und überhaupt oder wenn ein Patient eine Tumorerkrankung hat, auch aus dem Tumor. Und entsprechend, nachdem ja die DNA durch den Zelltod freigesetzt wird, ist die zellfreie DNA anschließend in allen Körperflüssigkeiten nachzuweisen oder zu finden. Und die DNA oder zellfreie DNA, die dann in Zirkulation vorhanden ist, ist aber nicht mehr genauso aufgebaut wie genomische DNA. Genomische DNA ist ja, wie alle irgendwann gelernt haben, sehr, sehr lang. Aber zellfreie DNA wird nach Freisetzung in die Zirkulation abgebaut, nach und nach.

00:03:58: Janika Kiltz Zellfreie DNA wird also abgebaut und dabei in kleine Fragmente zerstückelt. Welche Fragmente dabei entstehen hat mit der dreidimensionalen Struktur der DNA zu tun. Der lange DNA-Strang ist nämlich auf Gerüstproteine, so genannte Nukleosomen, gewickelt. Das kann man sich ungefähr so ähnlich wie Nähgarn vorstellen, das auf eine Spule gewickelt ist. Zwischen den einzelnen Nukleosomen-Spulen gibt es aber auch Abschnitte der DNA, die nicht direkt an einem Nukleosom befestigt sind. Ja, und die sind deswegen weniger stabil und werden schneller abgebaut. Genau, und ja, das führt im Endeffekt dazu, dass zellfreie DNA im Schnitt eine Fragmentlänge von 167 Basenpaaren hat, was eben genau der DNA-Länge entspricht, die um so ein Nukleosom gewickelt ist. Dass Zellen sterben, ist übrigens ganz normal. Also tatsächlich sterben täglich zwischen 50 Milliarden und 70 Milliarden Zellen in unserem Körper und werden anschließend ersetzt. Daher hat eben jeder Mensch eine gewisse Anzahl an zellfreier DNA im Körper. Ja, und das ist tatsächlich auch sehr wichtig. Viele Zellen sterben nämlich durch die sogenannte Apoptose, dem programmierten Zelltod. Und das ist wirklich ein wichtiger Schutzmechanismus des Körpers. Also wenn zum Beispiel irreparable DNA-Schäden vorliegen, dann kann eine Zelle den Selbstzerstörungsmechanismus aktivieren. Ja, und was hier interessant ist, also bei einer Selbstzerstörung entsteht kein Schaden für umliegende Zellen. Also nach der Apoptose wird quasi direkt alles wieder schön aufgeräumt. Bei der Nekrose, also einer anderen Art des Zelltodes, da führen tatsächlich äußere Einflüsse zum Tod der Zelle und dadurch, dass die Zelle die Zerstörung nicht selber einleitet, kommt es quasi zu einer Explosion. Also die Zelle platzt auf, der Inhalt fliegt unkontrolliert umher und das kann zu Entzündungen führen. Ja, aber in beiden Fällen gelangt zellfreie DNA in den Körper. Aber was passiert denn nun damit? Ja, ein Wort: Recycling. Also die freie DNA wird durch Fresszellen aufgenommen und dann innerhalb dieser Zellen durch die DNase, das ist ein Enzym, immer weiter in kleinere Teile zerlegt und anschließend werden diese kleinen herausgelösten DNA-Bausteine wiederverwendet. Also die Fresszellen nutzen die Bausteine nun für ihre eigene Zellteilung, ziemlich smart. Und ja, nach etwa 30 Minuten bis zwei Stunden ist die ausgeschüttete zellfreie DNA ungefähr zur Hälfte abgebaut. Ja, nun gibt es aber auch noch zellfreie bzw. zirkulierende Tumor-DNA.

00:06:41: Dr. Ariane Hallermayr Zirkulierende Tumor-DNA oder zellfreie Tumor-DNA ist… damit ist wirklich nur der Anteil der Gesamtmenge an zellfreier DNA gemeint, der spezifisch vom Tumorgewebe freigesetzt wird und kann eben durch bestimmte oder tumorspezifische Varianten, die im normalen Gewebe nicht vorkommen, anschließend erkannt werden oder detektiert werden.

00:07:06: Janika Kiltz Genau, zellfreie DNA und zellfreie Tumor-DNA lassen sich dadurch unterscheiden, dass in der Tumor-DNA gewisse Varianten, man nennt sich auch Mutationen, vorhanden sind, die im gesunden Gewebe nicht vorkommen. Das heißt, dass die Reihenfolge der Basen an einigen Stellen vom Vergleichsmaterial abweicht. Genau, und nach diesen Abweichungen kann man gezielt suchen. Aber wie funktioniert diese Suche? Oder genauer, was ist eine Liquid Biopsy?

00:07:37: Dr. Ariane Hallermayr Liquid Biopsy ist eigentlich, wenn man es auf Deutsch übersetzt, die Flüssigbiopsie und in Bezug auf die Tumor-Diagnostik bezieht sich Liquid Biopsy wirklich auf die Analyse tumorspezifischer Marker aus Körperflüssigkeiten. Das ist in den meisten Fällen Blut, das kann auch Urin sein, das kann auch Speichel sein, das kann auch Liquor sein. Und in diesen Körperflüssigkeiten kommen bestimmte tumorspezifische Marker vor, das können zirkulierende Tumor-Zellen sein, zirkulierende Tumor-DNA, Exosomen, zirkulierende RNA. Und die Analyse dieser Marker aus Körperflüssigkeiten ist letztlich das, was als Liquid Biopsy bezeichnet wird, weil diese Marker dann genutzt werden, um wirklich eine Tumordiagnostik zu ermöglichen.

00:08:27: Janika Kiltz Tumorspezifische Marker sind Substanzen, die verbunden mit Tumor-Erkrankungen in Erscheinung treten. Also quasi Hinweise, die Aufschluss über eine vorliegende Erkrankung geben. Neben zellfreier DNA können das, wie gerade angesprochen, auch Exosomen sein. Das sind übrigens membranumhüllte Stoffcontainer, die je nach Zelltyp unterschiedliche Stoffe transportieren. Ja und wie ein Detektiv kann man durch die Flüssigbiopsie diesen Hinweisen auf die Spur kommen. Ja und im Unterschied dazu wird bei einer herkömmlichen Biopsie kein Blut, sondern eben betroffenes Gewebe entnommen. Also zum Beispiel ein Stück Haut bei einer verdächtigen Wucherung. Welche Vorteile bietet denn die Flüssigbiopsie gegenüber der herkömmlichen Biopsie?

00:09:12: Dr. Ariane Hallermayr Eine Liquid Biopsy hat den entscheidenden Vorteil, dass sie nicht invasiv ist, beziehungsweise nur minimal invasiv, weil mehr als eine Blutentnahme ist nicht nötig. Und bei einer Gewebebiopsie ist immer ein invasiver Eingriff notwendig. Und durch diese Nichtinvasivität einer Liquid Biopsy wird für Tumorpatienten eine Art Real-Time Monitoring oder Echtzeitüberwachung des Krankheitsverlaufs ermöglicht, weil eben nur eine simple Blutentnahme nötig ist, die bei regulären Arztterminen ganz regelmäßig stattfinden kann. Tatsächlich ist es so, dass es für bestimmte Tumorentitäten natürlich noch mehr von Vorteil ist. Zum Beispiel beim nicht-kleinzelligen Lungenkarzinom, wie man sich vorstellen kann, ist eine Gewebeentnahme aus der Lunge wahnsinnig aufwendig und mit wahnsinnig großem Stress für den Patienten verbunden. Und außerdem sind die Tumore auch oft relativ klein und man bekommt nur relativ wenig Material aus so einer Biopsie. Und gerade in diesen Fällen ist als erster Schritt statt der Gewebebiopsie wirklich eine Liquid Biopsy zu machen, um zu sehen, ob man vielleicht die relevanten Tumorvarianten schon aus der Liquid Biopsy wirklich erkennen kann, von großem Vorteil. Und dann, was auch noch dazu kommt, ist zwar bei den meisten Tumorentitäten zum Zeitpunkt der Diagnose oder auch nach einer primären Operation, wird eine Gewebebiopsie entnommen und dann ist Tumorgewebe da. Aber im späteren Krankheitsverlauf, wenn die Patienten beispielsweise eine Chemotherapie bekommen, sind nicht mehr regelmäßige, invasive Eingriffe geplant, um zu überwachen, ob es vielleicht neue Varianten gibt, die zu einer Resistenz führen. Und auch hier ist für eine Überwachung von Resistenzen wirklich eine Liquid Biopsy von Vorteil.

00:11:08: Janika Kiltz Nicht zu vergessen, dass es auch noch deutlich schneller geht als eine herkömmliche Biopsie.

00:11:12: Dr. Ariane Hallermayr Genau, also auch das tatsächlich, weil bei einer Gewebebiopsie es ist wahnsinnig aufwendig. Da wird das Gewebe entnommen, dann muss das präpariert werden. Dann muss es geschnitten werden, dann muss die DNA extrahiert werden und dann können wir erst eine Analyse machen, eine genetische. Und bei einer Liquid Biopsy ist die Basis ja eigentlich Blut oder andere Körperflüssigkeiten. Heißt, da kann direkt nach der Probenentnahme die zellfreie DNA isoliert werden und dann getestet werden, ob zirkulierende Tumor-DNA nachweisbar ist. Von daher ist tatsächlich die Turnaround-Time deutlich schneller. Allerdings ist auch wichtig zu sagen, dass eine Liquid Biopsy nicht die reguläre Gewebebiopsie ersetzen soll, sondern das Ziel ist wirklich, die Diagnostik zu ergänzen, um einen weiteren wichtigen Marker, um einfach die Diagnostik so gut wie möglich zu machen. Und aktuell in der Diagnostik wird eine Liquid Biopsy ja bereits angeboten und hier wirklich spezifisch für den Nachweis bekannter Varianten, die mit bestimmten Tumoren oder Tumorentitäten, Tumorarten vielleicht in Verbindung gebracht wird und die hier wichtig sind, um eine Entscheidung für zielgerichtete Therapien nutzen oder treffen zu können. Und in der Zukunft wäre es ganz, ganz wundervoll, wenn diese nicht zielgerichteten Analysen auch wirklich für das Monitoring oder die Überwachung des Krankheitsverlaufs von allen Tumor-Patienten genutzt werden kann und vielleicht sogar für die Unterstützung eines Screenings, also von Screening-Tests wie aktuell zum Beispiel Darmspiegelungen bei kolorektalem Karzinom genutzt werden und so eine Früherkennung von Tumoren zu ermöglichen.

00:13:11: Janika Kiltz Eine Liquid Biopsy ist also nicht invasiv und daher angenehmer und tatsächlich auch schneller als eine gewöhnliche Gewebeentnahme. Ja, und außerdem ermöglicht sie auch eine Echtzeitüberwachung des Krankheitsverlaufs. Aber wieso genau soll sie denn dann die Gewebeentnahme nicht ersetzen? Gibt es denn auch Informationen, die man nicht durch eine Liquid Biopsy gewinnen kann oder ist die Anwendung besonders kompliziert?

00:13:40: Dr. Ariane Hallermayr Also hier ist es tatsächlich so, dass es für eine Liquid Biopsy oder den Nachweis von zirkulierender Tumor-DNA hochsensitive Methoden notwendig sind, weil wie ich, wie ich am Anfang bereits gesagt habe, ist die zirkulierende Tumor-DNA nur ein kleiner Teil der zellfreien DNA und in der Liquid Biopsy Diagnostik oder in der Diagnostik mittels zirkulierender Tumor-DNA analysieren wir die gesamte Menge an zellfreier DNA und erkennen dann nur den Anteil an zirkulierender Tumor-DNA. Und zirkulierende Tumor-DNA macht in den meisten Fällen unter 1 Prozent der gesamten zellfreien DNA aus. Und das ist natürlich, wenn man sich das so überlegt, man hat ganz viele DNA-Stückchen und 1 von 100 kommt maximal vom Tumor, muss man das ja erst finden. Und das bedeutet, dass man hier wirklich sehr hoch, also sehr sensitive Methoden braucht, um das überhaupt zu detektieren und es kann aber ja auch sein, dass es mal einen Tumor gibt, der vielleicht jetzt keine zirkulierende Tumor-DNA freigesetzt hat, weil aktuell keine Zellen gestorben sind und dass man dann meint, wenn ich ein negatives Ergebnis habe, das wäre negativ, diese Variante oder was kommt nicht vor. Und ich brauche das aber für die Therapieentscheidung an einem späteren Zeitpunkt, heißt, dann macht es tatsächlich Sinn, das Ganze nochmal mit einer Gewebebiopsie zu bestätigen. Allerdings ist auch wichtig zu berücksichtigen, dass es auch andersrum funktioniert, weil zirkulierende Tumor-DNA wird von allen Lokalisationen oder allen Tumor-Orten und auch Metastasen freigesetzt. Und das ist dann überall in der Blutbahn. Heißt, ich habe potenziell die Möglichkeit, Tumor-DNA von allen Stellen im Körper, die mit Tumor befallen sind, zu bekommen. Wenn ich eine Gewebebiopsie mache oder entnehme, dann wird eine Biopsie von einer bestimmten Stelle des Tumors entnommen und ein Tumor ist relativ heterogen. Also es kann sein, dass tatsächlich die Varianten, die jetzt für die Therapie relevant wären, genau in dieser einen Stelle, die ich wirklich untersuche in der Gewebebiopsie, nicht vorhanden sind und ich diese dann wieder nur in der Liquid Biopsy erkennen kann. Und das ist für mich oder auch insgesamt für die Diagnostik der wahnsinnig wichtige Grund, warum man beide Methoden nicht… oder nicht die eine Methode der anderen vorziehen sollte, sondern das wirklich komplementär nutzen sollte, um für die Patienten den bestmöglichen Outcome zu bekommen.

00:16:12: Janika Kiltz In Kombination können die beiden Formen der Biopsie die Diagnostik also deutlich verbessern. Sherlock und Watson suchen sozusagen gemeinsame Hinweise, jeder auf seine Art. Die Liquid Biopsy kann übrigens für alle Formen der Tumorerkrankungen verwendet werden, trotzdem kommt sie bisher leider nur bei einigen wenigen Tumorerkrankungen tatsächlich zum Einsatz. Als eine noch recht neue Methode ist sie nicht ganz kostengünstig und wird daher priorisiert bei den Erkrankungen eingesetzt, bei denen sie am meisten Nutzen hat. Warum es denn gerade bei diesen Erkrankungen so wichtig ist, und warum genau es noch nicht bei allen Tumorerkrankungen eingesetzt wird, erklärt Ariane wie folgt.

00:16:54: Dr. Ariane Hallermayr Für was es aktuell verwendet wird in der aktuellen Diagnostik ist einmal non-small-cell lungcancer oder nicht kleinzelliges Lungenkarzinom. Hier gibt es Tyrosinkinase-Inhibitoren-Therapien für Patienten, die Varianten in einem bestimmten Gen haben und zwar ist dieses Gen EGFR. Und wenn in diesem Gen Varianten vorliegen, dann hilft diese Therapie oder helfen diese Tyrosinkinase-Inhibitoren wahnsinnig gut. Dann gibt es hier noch den Zusatzfall auch, dass aber 50 bis 60 Prozent der Patienten, die eine Tyrosinkinase-Inhibitor-Therapie bekommen, eine Resistenz gegen diese Therapie entwickeln und zwar durch eine einzelne bestimmte Variante auch in EGFR. Und nachdem ja für nicht kleinzellige Lungenkarzinome es schon relativ schwierig ist, eine Biopsie zu bekommen, aber hier die komplette Therapie wirklich auf der genetischen Variante im Tumor basiert, ist es hier ein wahnsinnig wichtiger und spezifischer Anwendungsfall und es ist auch dementsprechend schon seit 2019 eine Leistung der gesetzlichen Krankenkassen, diesen Nachweis zu machen. Und dann gibt es tatsächlich noch einen weiteren Anwendungsfall im Mammakarzinom, wo eine Diagnostik eines weiteren Genes, PIK3CA, es in diesem Fall durchgeführt werden kann, wo auch bestimmte Varianten assoziiert sind mit einer zielgerichteten Therapie, die eben nur bei Vorhandensein von diesen Varianten Sinn macht. Und für andere Tumorentitäten gibt es häufig vielleicht noch nicht diese ganz klaren Fragestellungen und es gibt vielleicht auch zu wenig Studiendaten, weil prinzipiell wird es funktionieren und prinzipiell gibt es genügend Tumormarker. Ein weiterer Faktor ist vielleicht auch, dass natürlich für andere Tumorentitäten es häufig gerade am Anfang der Therapie möglich ist, eine Gewebebiopsie zu bekommen und das halt wirklich Standard der Diagnostik ist. Aber es sind zum Beispiel im letzten Jahr, heißt im Sommer 2022, sind Leitlinien der European Society of Medical Oncology veröffentlicht worden, die für die Anwendung von ctDNA in der Tumor-Diagnostik und hier wird eine Anwendung einer Liquid Biopsy beziehungsweise eine ctDNA-basierte Diagnostik für eine Großzahl an Tumorarten empfohlen, wenn kein aktuelles Gewebe vorhanden ist. Heißt, wenn zum Zeitpunkt der Diagnostik oder der Therapieentscheidung ein Gewebe nur vorhanden ist, was vielleicht schon vor einem halben Jahr entnommen wurde oder eine Biopsie aufgrund des Zustands des Patienten nicht möglich ist, dann wird hier auf europäischer Ebene beziehungsweise durch die ESMO, oder European Society of Medical Oncology, eine Liquid Biopsy bereits empfohlen. Das ist aber leider noch nicht Teil der nationalen Leitlinien und entsprechend auch noch nicht Teil der Leitlinien in Deutschland. Dazu kommt, dass einfach auch die technischen Herausforderungen der Liquid Biopsy beziehungsweise die technischen Herausforderungen der Liquid Biopsy stehen im direkten Zusammenhang auch mit den Kosten der Methode. Das heißt, eine Liquid Biopsy Diagnostik, wenn ich bestimmte Regionen analysieren möchte, ist wahnsinnig teuer und das ist deutlich teurer und aufwendiger, rein labortechnisch betrachtet und auch für die Krankenkassen sicher am Ende, als eine Diagnostik aus Gewebe. Da kommt auch dazu, dass einfach auch die Anwendungsmöglichkeit aktuell noch sehr, sehr wenig ist beziehungsweise auch vielleicht der Bekanntheitsgrad, dass es noch so neu ist, dass viele Ärzte das noch nicht nutzen. Dadurch hat man geringe Probenzahlen, was es natürlich auch wieder teurer macht, weil wenn ich eine einzelne Probe analysiere oder vielleicht 20 Proben parallel analysieren kann, wird es auch wieder günstiger. Also es ist gerade vielleicht an so einer Umbruchstelle, wo es anfängt, dass es mehr wird.

00:21:04: Janika Kiltz Die Liquid Biopsy bringt große technische Herausforderungen mit sich. Sehr feine Messgeräte und geprüfte Methoden sind notwendig, um therapierelevante Entscheidungen sicher treffen zu können. Ja, beim Sequenzieren von Genomen passieren jedoch immer Fehler. Mal wird eine Base gar nicht erkannt oder sie wird falsch abgelesen. Um Fehler möglichst zu vermeiden, kommen bei der Liquid Biopsy Next Generation Sequencing Methoden zum Einsatz. Man arbeitet hier mit einer 40.000 fachen Sequenziertiefe. Zum Vergleich: Bei einer normalen Genomsequenzierung liegt die Sequenziertiefe in der Regel bei 35. Ja, aber was genau heißt das? Ja, die Sequenziertiefe gibt an, wie oft ein bestimmter Genomabschnitt sequenziert wurde. Bei 40.000-facher Sequenziertiefe liegt ein Abschnitt und eben die darin enthaltenen DNA-Basen, 40.000-fach vor. Und das macht Ergebnisse deutlich zuverlässiger, da man sich bei der großen Anzahl ziemlich sicher sein kann, dass die abgelesenen Basen richtig sind. Also wenn 40.000-fach an einer ganz bestimmten Stelle ein A vorhanden ist, dann kann man sich ziemlich sicher sein, dass dort auch wirklich ein A ist und nicht eigentlich ein C. Ja, also 35 vs. 40.000. Kein Wunder also, dass zum aktuellen Stand die Liquid Biopsy noch nicht ständig überall eingesetzt werden kann, da es natürlich auch mit einem erhöhten Aufwand einhergeht. Aber es ist eine wirklich tolle Methode, die eben viele neuen Türen öffnet. Und wie im Intro bereits kurz angesprochen, beschränkt sich das nicht nur auf die Tumor-Diagnostik.

00:22:41: Dr. Ariane Hallermayr Zum einen ist auch, was sicher nahezu allen etwas sagt, die… letztlich die nicht invasive Pränataldiagnostik ein Bereich der Liquid Biopsy. Hier wird zwar nicht zirkulierende Tumor DNA nachgewiesen als Anteil der Gesamtmenge an zellfreier DNA, sondern zellfreie fetale DNA, heißt wirklich tatsächlich in dem Fall DNA, wie von der Plazenta kommt. Und auch hier ist wieder über eine simple Blutentnahme ein Nachweis über Erkrankungen, die der Embryo oder der Fetus letztlich haben könnte, möglich. Außerdem ist es tatsächlich auch so, dass nach Organtransplantationen eine Liquid Biopsy genutzt werden kann, um eine mögliche Abstoßung des Organs frühzeitig zu erkennen, nachdem ja natürlich das transplantierte Organ, die Varianten, also eine andere Genetik hat als jetzt, wenn das Organ selbst von mir wäre, weil das kommt ja von einem Spender, der wieder ein anderes Genom hat. Und hier könnte man die spenderspezifischen Varianten dann wieder nutzen, um auch nach Organtransplantationen beispielsweise eine Liquid Biopsy zu nutzen. Und was ich persönlich auch immer noch ganz wichtig oder auch faszinierend finde, ist, dass man ursprünglich schon beobachtet hatte, dass die Gesamtmenge an zellfreier DNA bei Tumorpatienten erhöht ist. Ich würde sagen, das ist so tatsächlich im Fall von metastasierten Patienten. Da bekommen wir viel größere Mengen an zellfreier DNA aus 10 Milliliter Blut oder 10 Milliliter Plasma im Vergleich zu gesunden Personen. Allerdings kann diese erhöhte Menge an zellfreier DNA auch nicht nur durch den Tumor bedingt sein, sondern könnte auch bedingt sein durch Autoimmunerkrankungen. Das ist auch bei Lupus zum Beispiel beschrieben worden. Oder auch, wenn ich gerade Sport gemacht habe, dann sterben wohl ganz viele Zellen. Und die erste halbe Stunde nach dem Sport ist auch die Gesamtmenge an zellfreier DNA deutlich erhöht, das heißt, auch hier scheinen einige Zellen zu sterben, wenn ich mich zu viel bewege.

00:24:55: Janika Kiltz Okay, verstehe. Sport ist also wirklich Mord.

00:24:56: Dr. Ariane Hallermayr Genau. Wobei das nur im Akutfall ist, tatsächlich ist es bei Leuten, die konstant viel Sport machen, da bin ich jetzt nicht 100 Prozent sicher, aber habe ich schon gehört, die Gesamtmenge an zellfreier DNA dafür konstant sehr, sehr niedrig, weil weniger Zellen sterben. Aber in der Akutsituation ist das definitiv so. Und aber auch bei Tumorpatienten sollte man bedenken, dass zellfreie DNA durch Zelltod freigesetzt wird. Das bedeutet auch, man muss bedenken, wann die Blutprobe entnommen wird und nicht nur einfach irgendwann Blut entnehmen, weil wir möchten ja mit möglichst hoher Wahrscheinlichkeit die Tumor-DNA auch erkennen.

00:25:34: Janika Kiltz Das heißt, Tumorpatienten müssen darauf achten, wann sie vor einer Untersuchung das letzte Mal Sport gemacht haben, damit eben eine veränderte Anzahl an freier DNA nicht für Verwirrung oder eben auch für ungenaue Ergebnisse sorgt. Womit wir wieder zurück beim Thema Tumor sind. Interessanterweise weiß man ja bereits seit den 40er Jahren, dass es zellfreie DNA gibt. Warum hat es denn dann so lange gedauert, bis die Liquid Biopsy als Methode der Tumor Diagnostik eingesetzt werden konnte?

00:26:06: Dr. Ariane Hallermayr Wie du bereits gesagt hast, ist zellfreie DNA seit den 40er Jahren bekannt. Das hat dann aber noch einiges an Zeit gedauert, bis überhaupt Unterschiede in der zellfreien DNA auch in Tumor-Patienten detektiert wurden. Das war erst in den 80er Jahren und auch hier war es noch nicht möglich, einfach technologisch nicht möglich, zirkulierende Tumor-DNA von zellfreier DNA zu unterscheiden. Und das war das erste Mal in den 90er Jahren wirklich möglich, dass zirkulierende Tumor-DNA anhand von spezifischen Varianten erkannt wurde. Und dann hat sich natürlich auch in den letzten Jahren wahnsinnig viel getan, was die technologischen Möglichkeiten angeht, dass wir sensitiv Varianten nachweisen können, weil Next Generation Sequencing, heißt wirklich Hochdurchsatzverfahren zur DNA-Sequenzierung, sind noch nicht so besonders alt. Und dann war ja aber da der Fokus immer erst mal, kann ich überhaupt das humane Genom sequenzieren, kann ich überhaupt auch zielgerichtet bestimmte Regionen sequenzieren, um überhaupt genetische Varianten nachzuweisen. Und erst darauf aufbauend konnten wirklich die Methoden so weit weiterentwickelt werden, dass dann auch technische oder ja Laborartefakte, die durch so eine Prozessierung von einer Probe zustande kommen, wieder rausgerechnet werden können, dass es wirklich möglich ist, sensitiv echte Varianten von vielleicht falsch positiven zu unterscheiden. Und erst 2016 wurde dann durch die FDA der erste Test zum Nachweis von Varianten, von Hotspot Varianten aus zellfreier DNA zugelassen. Und dann jetzt in den letzten Jahren ging es dann relativ schnell, wenn man sich mal den ganzen Zeitframe oder Zeitrahmen vorher ansieht, es ist wirklich… 2016 gab es einen ersten FDA-zugelassenen Test und 2019 gab es die erste Abrechnungsmöglichkeit in Deutschland. Und jetzt 2022 heißt letztes Jahr, seitdem gibt es erstmals Leitlinien auf europäischer Ebene von der Anwendung von ctDNA für die Diagnostik. Aber ich denke, der Großteil, warum es so lange gedauert hat von der ersten Entdeckung von zellfreier DNA bis zu dem, was wir heute machen, ist einfach durch das bedingt, wie sich die Methoden weiter entwickelt haben. Wenn es früher schon diese hochsensitiven Methoden gegeben hätte, dann wäre ctDNA ganz sicher früher schon entdeckt worden und auch als Teil der Diagnostik angenommen worden.

00:28:41: Janika Kiltz Ja, rund 80 Jahre später ist es nun soweit, dass die Liquid Biopsy zellfreie DNA zur Tumor-Diagnostik einsetzen kann. Ja, wir sprachen ja auch bereits von den tollen Möglichkeiten der Krebs-Nachkontrolle Mit der Liquid Biopsy lässt sich nämlich ein Rezidiv, also ein Rückkehr des Tumors, leichter erkennen. Ich würde gerne zur Klarstellung noch einmal fragen, für was Liquid Biopsy primär eigentlich eingesetzt wird, also eher zur Diagnose oder eben zur Nachkontrolle.

00:29:11: Dr. Ariane Hallermayr Es ist jetzt tatsächlich die Fragestellung von, was man betrachtet. Für die aktuelle Anwendung der Liquid Biopsy, wie sie in der Diagnostik empfohlen wird und wie sie auch von den Krankenkassen übernommen wird, wird sie bisher nur zur Diagnostik genommen, um so die Entscheidung für eine personalisierte Therapie, eine zielgerichtete Therapie zu unterstützen. Zukünftig ist es definitiv auch möglich und auch die Daten aus aktuellen klinischen Studien zeigen das, eine Nachsorge mit der Liquid Biopsy zu unterstützen. Und hier kann zum Beispiel zirkulierende Tumor-DNA wieder auch als Marker genutzt werden, um ein Rezidiv frühzeitig zu erkennen oder auch schon direkt bereits nach einer primären Operation nach der Primärdiagnose eine Resterkrankung, minimale Resterkrankung, die nach Operation rein optisch nicht mehr zu sehen ist, wo man meint, der komplette Tumor wurde entfernt, und dann ist aber doch noch zirkulierende Tumor DNA vorhanden, die einfach wirklich nur vom Tumor kommen kann. Das ist ganz, ganz klar. Und da gibt es schon diverse Daten, früher auch, die zeigen, dass Vorhandensein von zirkulierender Tumor-DNA nach OP super stark assoziiert ist mit einem frühen Rezidiv oder überhaupt einem Rezidiv und damit einer erneuten Erkrankung.

00:30:45: Janika Kiltz Aktuell wird Liquid Biopsy also noch nicht zur Nachkontrolle eingesetzt. Angesichts einiger sehr vielversprechender Studien scheint es aber nur noch eine Frage der Zeit zu sein. Apropos Zeit, machen wir zum Abschluss noch einen kleinen Ausblick in die Zukunft. Die Möglichkeit einer nicht-invasiven Tumor Diagnostik hat mich schon sehr neugierig gemacht. Wer ist denn denkbar, dass die Liquid Biopsy zukünftig auch zur Früherkennung von Tumorerkrankungen eingesetzt werden könnte? Also beispielsweise, dass bei jeder Routine Blutabnahme beim Hausarzt einfach direkt geschaut wird, ob sich Tumormarker finden lassen. Denkst du, das wäre allgemein möglich? Und ja, wie sieht das denn in den nächsten zehn Jahren aus?

00:31:27: Dr. Ariane Hallermayr Also ich würde sagen, allgemein für die Zukunft kann ich persönlich mir das sehr gut vorstellen. Ich kann mir auch vorstellen, dass das sicher kommen wird, wobei ich vielleicht auch ein bisschen gebiased bin, weil ich in diesem Bereich arbeite und ich ja sehr überzeugt bin, dass das auch wirklich viele, viele Vorteile mit sich bringt. Aber tatsächlich ist auch die Studienlage hier sehr, sehr gut. Also es gibt erste, vielversprechende Methoden, die eben… oder auch Publikationen, Studien, die nicht mehr das Vorhandensein von diesen tumorspezifischen Varianten benötigen, sondern wirklich basierend auf einer Genomsequenzierung, heißt unabhängig von irgendwelchen Regionen, und es muss auch nicht bei 40.000-fach Coverage mehr sein, heißt einfach wirklich über relativ niedrige Sequenziertiefe, aber eine Genomsequenzierung, das ermöglicht, zirkulierende Tumor-DNA bereits im Stadium 1-Patienten zu erkennen. Das war auch Teil meiner Doktorarbeit, habe ich auch so eine Methode entwickeln können und da gibt es aber auch weitere Daten, die eben wirklich dann basierend auf anderen Merkmalen die zirkulierende Tumor-DNA noch von zellfreier DNA unterscheidet aus gesunden Geweben, zirkulierende Tumor-DNA nachweisen kann und auch nicht zielgerichtet und das ist so ein bisschen die Grundlage, dass man es überhaupt für eine Früherkennung nutzen kann.

00:32:56: Janika Kiltz Ja, für eine Früherkennung ist es wichtig, dass man Tumore auch unspezifisch erkennen kann. Also das heißt, es muss möglich sein, effizient auch nach ganz allgemeinen Markern zu suchen. Wenn meine Suche nämlich auf spezielle Varianten gefiltert ist, dann könnte es natürlich sein, dass ich beispielsweise einen Gehirntumor nicht erkenne, weil ich eben zu spezifisch nach einem Lungentumor suche. Das klingt natürlich jetzt sehr einleuchtend, es ist aber gar nicht so einfach eine so unspezifische Suche durchzuführen, denn der Test muss schließlich aussagekräftig auf irgendetwas reagieren.

00:33:30: Dr. Ariane Hallermayr Und da gibt es verschiedene Merkmale, die von der zirkulierenden Tumor-DNA noch untersucht werden können. Das ist einmal wirklich die Fragmentierung, wie ich eingangs gesagt habe, bedingt sich die wirklich durch das, wie das Chromatin gepackt ist. Das heißt, wie die DNA um Nukleosomen aufgewickelt ist. Und das Chromatin oder die ganze Chromatinstruktur ist in Tumoren auch anders reguliert, als in gesunden Zellen, heißt: Zirkulierende Tumor-DNA hat eine andere Fragmentierung als zellfreie DNA aus gesunden Zellen. Und das kann ich über eine Genomsequenzierung tatsächlich relativ gut nachweisen und ermöglicht eine Detektion von zirkulierender Tumor-DNA bereits in frühen Stadien, unter anderem bei Stadium 1-Patienten. Und da ist es völlig unabhängig von irgendwelchen Varianten. Ich brauche überhaupt keine Informationen, ob der Patient bereits einen Tumor hat und ob das ein Darmkrebs ist, der vielleicht eine Variante in einem bestimmten Gen wie zum Beispiel KRAS hat, wo es relativ häufig vorkommt, sondern, das kann ich machen, unabhängig ob ich das Wissen habe oder nicht. Und da beruht die Diagnostik oder der Nachweis von zirkulierender Tumor-DNA dann tatsächlich auf statistischen Analysen, wo geschaut wird, wie schaut das Ganze aus in gesunden Kontrollen, wie ist das Fragmentierungsprofil, weil hier erwarte ich keine zirkulierende Tumor-DNA und dann nimmt man so eine große Gruppe an gesunden Kontrollen und dann nehme ich eine… den Patienten und mache einen statistischen Test und gucke: unterscheidet er sich von dieser Gruppe von gesunden oder nicht. Und über solche Methoden und die Entwicklung solcher Methoden wird es definitiv zukünftig möglich sein, eine Früherkennung zu machen oder ein Cancer Screening, ein Tumor Screening und ich denke tatsächlich, dass es aber wirklich, also ich hoffe, dass das in zehn Jahren kommt. Ich bin mir nicht sicher, ob das wirklich dann schon in zehn Jahren kommt, weil das natürlich schon viel Forschung und große Studien und auch prospektive Studien benötigt, aber es wird denke ich kommen, dass irgendwann Tumor Screenings auch ergänzt werden durch Liquid Biopsy. Ich denke nicht komplett ersetzt, aber es wird vielleicht möglich sein, dass man erst mal eine Blutentnahme macht und nur, wenn ich hier den Nachweis habe, oder die Wahrscheinlichkeit habe als Screening Test, da könnte ein Tumor sein, wird dann eine Folgeuntersuchung gemacht, wie – auch wieder Beispiel Darmkrebs, zum Beispiel eine Darm-Spiegelung – dass die nicht mehr als erster Test gilt, sondern vielleicht erst eine Liquid Biopsy gemacht wird, weil die für den Patienten angenehmer ist oder für uns Menschen, wer macht schon gerne Darmspiegelung, aber eine Blutentnahme tut uns eigentlich nicht weh. Wenn wir zum Arzt gehen, dann wird eh Blut entnommen, dann kann man eine Liquid Biopsy machen und dann schon sagen, ah, sieht man jetzt nichts, heißt, man kann die Darmspiegelung vielleicht nochmal verschieben und vielleicht in einem Jahr nochmal eine Blutentnahme machen. Oder es ist auffällig, dann sollte man vielleicht doch den Schritt weitergehen und die Darmspiegelung machen.

00:36:31: Janika Kiltz Kann man davon ausgehen, dass Liquid Biopsy demnächst auch noch für weitere Tumorerkrankungen eingesetzt wird? Wie sieht denn hier der Trend der nächsten fünf Jahre aus?

00:36:41: Dr. Ariane Hallermayr Definitiv wird die Liquid Biopsy bei weiteren Tumorerkrankungen genutzt werden und es ist ja jetzt auch der aktuelle Stand eben nochmal als kleine Wiederholung: Liquid Biopsy Diagnostik wird in Deutschland beim nicht-kleinzelligen Lungenkarzinom oder non-small-cell lungcancer bereits genutzt für die Diagnostik bzw. kann genutzt werden. Das ist ja nochmal ein Unterschied, ob es die Krankenkassen abrechnen oder ob es die Ärzte auch wirklich nutzen, und es kann auch beim Mammakarzinom bereits genutzt werden, aber auch nur für eine bestimmte Indikation und es gibt noch eine wahnsinnig lange Liste an weiteren Indikationen, die bereits in den ESMO-Leitlinien oder den Leitlinien der European Society of Medical Oncology jetzt schon stehen. Für welche Tumorentitäten und für welche spezifischen Varianten eine Liquid Biopsy ermöglicht werden sollte oder durchgeführt werden sollte und einfach in welchen Fällen. Genau, ganz klar, also ich gehe davon aus, dass wirklich innerhalb der nächsten kürz… wenigeren Jahren auch in Deutschland es möglich sein wird, was in dieser ESMO-Leitlinie abgebildet ist, in die Diagnostik zu bringen und es auch Abrechnungsmöglichkeiten geben wird für diese Diagnostik und es ist bereits jetzt möglich, aber leider nicht abrechenbar durch die gesetzlichen Krankenkassen, sondern als individuelle Gesundheitsleistungen. Aber bereits jetzt ist es möglich, für alle Tumorentitäten letztlich eine Liquid Biopsy-basierte Diagnostik durchzuführen.

00:38:16: Janika Kiltz Wir bleiben also gespannt, was die Zukunft noch so mit sich bringt. Ja, der vermehrte Einsatz von Liquid Biopsy wird die Tumordiagnostik auf jeden Fall deutlich verbessern und insofern sie in Zukunft auch für die Früherkennung und Nachkontrolle eingesetzt wird, ist das sicher eine Revolution für die medizinische Versorgung. Vielen Dank an Ariane Hallermayr für das spannende Interview und bis bald! Dieser Podcast wurde präsentiert von GHGA. Wir bieten Infrastruktur, in welcher Genomdaten sowie weitere medizinische Daten sicher gespeichert und kontrolliert zugänglich gemacht werden können. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert und ist Teil der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur. Weitere Informationen findet ihr unter www.ghga.de. Vielen Dank fürs Zuhören und herzlichen Dank an unseren heutigen Gast, Ariane Hallermayr. Bis zum nächsten Mal.