Neue Flüssigbiopsie erkennt Glioblastom mit 100 Mikroliter Blut in einer Stunde

Forschende haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich Hirnkrebs schneller und weniger invasiv nachweisen lässt als mit einer chirurgischen Biopsie.

Für diese neuartige „Flüssigbiopsie“ reichen 100 Mikroliter Blut aus. Innerhalb von einer Stunde kann die Methode Biomarker erkennen, die mit dem Glioblastom in Verbindung stehen – der tödlichsten und zugleich häufigsten Form von Hirntumoren.

Nach Angaben der Entwickler übertrifft das Verfahren alle bislang verfügbaren Tests und Marker für das Glioblastom und erreicht eine ausgezeichnete Genauigkeit. Das Prototyp-Team beschreibt die Handhabung als „nahezu schlüsselfertig“.

Der Fortschritt geht auf ein US-amerikanisch-australisches Team zurück, das von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der University of Notre Dame (USA) geleitet wurde. Der Machbarkeitsnachweis ist noch nicht fehlerfrei, stellt aber einen wichtigen Schritt für die Diagnostik dar.

Funktionsprinzip der Flüssigbiopsie beim Glioblastom

Der Test beruht darauf, veränderte Biomarker im Blut aufzuspüren, sogenannte epidermale Wachstumsfaktor-Rezeptoren (EGFR), die bei bestimmten Krebsarten – darunter dem Glioblastom – übermässig stark exprimiert werden.

Diese Blut-Biomarker sitzen verborgen in extrazellulären Vesikeln: winzigen „Paketen“, die Proteine, Lipide und genetisches Material aus ihren Ursprungszellen transportieren.

„Extrazelluläre Vesikel oder Exosomen sind einzigartige Nanopartikel, die von Zellen ausgeschieden werden“, erklärt der Biomolekularingenieur Hsueh-Chia Chang von Notre Dame.

„Sie sind gross – 10- bis 50-mal grösser als ein Molekül – und sie haben eine schwache Ladung. Unsere Technologie wurde gezielt für diese Nanopartikel entwickelt und nutzt ihre Eigenschaften zu unserem Vorteil.“

Biochip, Sensor und EGFR: So wird das Signal gemessen

Um Moleküle nachzuweisen, die von Zellen krebsartiger Tumoren freigesetzt werden, legten die Forschenden einen hochsensitiven Biochip in eine unbehandelte Blutplasma-Probe.

Der Chip kostet weniger als 2 US-Dollar und enthält einen winzigen Sensor, etwa so gross wie die Kugel in einem Kugelschreiber. An der entscheidenden Grenzfläche befinden sich Antikörper, die Exosomen anziehen, welche mutierte EGFR tragen.

Sobald diese EGFR an den Biochip binden, verändert sich die Spannung in der Plasmalösung; dadurch wird eine stark negative Ladung ausgelöst. Das gilt als Hinweis auf eine mögliche Krebserkrankung.

Testergebnisse, Reproduzierbarkeit und Nachweisgrenze

In den Versuchen wurde der Biochip mit klinischen Blutproben von 20 Patientinnen und Patienten mit Glioblastom sowie 10 gesunden Personen getestet. Für jeden Test kam ein eigener Chip zum Einsatz.

Am Ende wies die Flüssigbiopsie das Vorhandensein der Krebs-Biomarker mit ausgezeichneter Genauigkeit und einem sehr niedrigen p-Wert nach, was darauf hindeutet, dass der Test gut reproduzierbar ist.

„Unser elektrokinetischer Sensor ermöglicht uns Dinge, die andere Diagnostikverfahren nicht können“, erklärt der Biomolekularingenieur Satyajyoti Senapati von Notre Dame.

„Wir können Blut direkt und ohne Vorbehandlung aufbringen, ohne die extrazellulären Vesikel zuvor isolieren zu müssen, weil unser Sensor nicht durch andere Partikel oder Moleküle beeinflusst wird. Er weist ein geringes Rauschen auf und macht unser Verfahren für die Krankheitsdetektion empfindlicher als andere Technologien.“

Senapati und Kolleginnen und Kollegen berichten zudem, dass der Biochip Exosomenkonzentrationen präzise nachweisen und quantifizieren kann – selbst dann, wenn sie nur bei 0,01 Prozent liegen.

Das könnte, so argumentiert das Team, „grosse Auswirkungen“ auf die Krebsforschung, die Biomarker-Entdeckung und die Überwachung von Erkrankungen haben – und zwar nicht nur bei Hirnkrebs.

Grenzen der EGFR-Signatur und nächste Schritte

Allerdings bleiben noch einige Punkte offen.

Mutierte EGFR sind nicht ausschliesslich mit Glioblastomen verknüpft. Sie stehen auch mit anderen Erkrankungen in Zusammenhang, etwa mit Darmkrebs.

„Daher muss eine solche EGFR-aktive und -gesamt Signatur nicht zwangsläufig auf das Vorhandensein eines Glioblastoms im Speziellen hindeuten“, schreiben die Autorinnen und Autoren.

„Ebenso können Patientinnen und Patienten mit Glioblastom verstärkte oder mutierte EGFR aufweisen, aber es gibt auch nicht durch EGFR getriebene Formen der Erkrankung.“

Das bedeutet: Mit dem Test lassen sich nicht alle potenziellen Glioblastom-Fälle diagnostizieren. Ausserdem kann er nicht sicher bestimmen, um welche Krebsart es sich handelt, wo sie sich im Körper befindet oder in welchem Stadium sich die Erkrankung befindet.

Um den Test spezifischer zu machen, müsse das Team grössere Kohorten von Glioblastom-Patientinnen und -Patienten auswerten, um herauszuarbeiten, welche Blut-Biomarker sie eindeutig unterscheiden.

„Die aktuelle diagnostische Plattform kann für ein solches gross angelegtes Bibliothekstesten unbehandelten Plasmas aus einer grossen Kohorte von Krebspatientinnen und -patienten skaliert werden, um spezifische Profile für verschiedene Krebsarten in unterschiedlichen Stadien zu etablieren“, schliessen die Forschenden.

Die Studie wurde in Communications Biology veröffentlicht.