Automatisierte Flüssigbiopsie erkennt Hirntumorzellen bei Kindern

Hirntumoren und andere Krebserkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) sind in den Vereinigten Staaten die häufigste Todesursache bei krebsbedingten Erkrankungen im Kindesalter. Diese Krebsart ist nach Leukämie die zweithäufigste Krebsart im Kindesalter.

Ärzte, die ZNS-Tumoren mit Operation, Chemotherapie, Bestrahlung oder einer Kombination dieser Therapien behandeln, haben sich auf eine Reihe von Magnetresonanztomographie-Scans (MRT) verlassen, um zu überwachen, ob die Behandlung wirkt oder nicht. Aber MRT-Scans können keine mikroskopischen Erkrankungen erkennen, die darauf hinweisen könnten, ob Krebszellen vorhanden sind oder zurückgekehrt sind.

Um diese Lücke zu schließen, suchen Forscher nach zuverlässigen, tumorspezifischen Biomarkern. Aus früheren Studien an Erwachsenen wissen sie, dass Primärtumoren zirkulierende Tumorzellen (CTCs) in den Blutkreislauf eines Patienten abgeben und dass CTCs zuverlässige Biomarker für ZNS-Tumoren sein könnten.

Pädiatrische Forscher am MD Anderson Cancer Center der University of Texas wollten wissen, ob ein Flüssigbiopsie-Tool, das auf dem Nachweis von Vimentin, einem Strukturprotein auf der Oberfläche vieler Krebszellen, basiert, CTCs in Blutproben von Kindern mit Krebs einfangen und isolieren kann ZNS-Tumoren. Sie wollten auch wissen, ob die Automatisierung der CTC-Erfassungsmethode ihre zuvor validierte manuelle Methode verbessern würde.

Wie sie Tumorzellen einfingen und identifizierten

Der Flüssigbiopsie-Ansatz der Forscher erfasst Zellen mit Zelloberflächen-Vimentin (CSV), um CTCs aus dem Blut der Patienten zu isolieren, die Informationen über ihre Krebserkrankung liefern und ihre laufende Behandlung überwachen können.

Die Studienautoren hatten zuvor herausgefunden, dass der manuelle Flüssigbiopsie-Ansatz CTCs bei Erwachsenen mit verschiedenen Krebsarten entdeckte. In der aktuellen Studie wollten die Forscher ihre Methode automatisieren, um ihre Empfindlichkeit zu erhöhen und CTCs aus ZNS-Tumoren zu erfassen.

Die Forscher schlossen 62 Teilnehmer in ihre Studie ein: 58 Kinder (Durchschnittsalter 13 Jahre), bei denen ZNS-Tumoren diagnostiziert wurden, und vier gesunde Jugendliche (Durchschnittsalter 16 Jahre), die die Vergleichsgruppe bildeten. Von den krebskranken Teilnehmern hatten 45 bösartige Tumoren, darunter sieben, deren Krebs metastasiert war.

Die Forscher entnahmen allen Teilnehmern Blutproben, um die Tumorzellen zu isolieren und einzufangen. Nachdem sie dichtere Zellen entfernt hatten, bei denen es unwahrscheinlich war, dass sie CTCs enthielten, luden die Forscher die Proben in eine Maschine, die mit einem Mikrochip ausgestattet ist. Dieser Mikrochip ist mit einem Antikörper beschichtet, der CSV erkennt, wodurch sich die CTCs daran anlagern, andere Zelltypen jedoch abfließen können. Anschließend wurden die Zellen auf dem Chip angefärbt, sodass sie gezählt und identifiziert werden konnten.

Hat dieses automatisierte Tool funktioniert?

Die automatisierte Methode erfasste erfolgreich CTCs bei 50 der 58 pädiatrischen Patienten (86 %). Es gab keine signifikanten Unterschiede bei der CTC-Erkennung basierend auf Patientenmerkmalen wie Geschlecht, Alter, Krankheitsstatus oder Art der Krebstherapie.

Insgesamt war das automatisierte CSV-CTC-Erfassungstool bei der Identifizierung von Patienten mit und ohne ZNS-Tumorzellen äußerst genau (was bedeutet, dass der Test sowohl empfindlich als auch spezifisch war). Das Tool war auch bei der Vorhersage des Vorhandenseins von ZNS-Tumorzellen sehr genau, sagte deren Abwesenheit jedoch nur in etwa einem Drittel der Fälle voraus.

„Dies ist die erste Studie, die den Nachweis von CTCs mithilfe von CSV als Biomarker in pädiatrischen ZNS-Tumoren nachweist, einschließlich solcher, die bösartig sind und Metastasen gebildet haben“, sagte Shulin Li, Ph.D., Professor für Pädiatrie am UT Anderson Cancer Center Hauptforscher der jetzt veröffentlichten Studie Krebserkrankungen.

Außerdem erhöhte der automatisierte CTC-Isolierungsprozess im Vergleich zum vorherigen manuellen CTC-Erfassungs- und Identifizierungsprozess der Forscher die Empfindlichkeit der CTC-Erkennungsraten um etwa 10 % und verkürzte die Probenverarbeitungszeiten.

„Diese Studie zeigte auch den Wert der Automatisierung des CSV-CTC-Erfassungsprozesses mit einem Mikrochip. Dieses Tool könnte es einfacher machen, das Ansprechen der Patienten auf die Behandlung zu überwachen und einen Krebsrückfall früher zu erkennen“, sagte Shawn Mulvaney, Ph.D., ein Gesundheitsexperte Wissenschaftsadministrator in der NIBIB-Abteilung für Angewandte Wissenschaft und Technologie (Bioimaging).

Das Forschungsteam wollte außerdem zeigen, dass es eine spezifische Mutation identifizieren konnte, die bei Patienten mit Mittelliniengliomen mit einer schlechteren Prognose verbunden ist. Als sie die CTCs von Patienten mit diesen Tumorarten analysierten, konnten sie diese Mutation in 75 % der Proben nachweisen.

Nächste Schritte

Die Haupteinschränkungen der Studie waren die geringe Stichprobengröße und die Tatsache, dass die Mikrochip-Technologie zusätzliche Schritte zur Bestätigung der Identifizierung von CTCs erforderte. Während zur Validierung der Ergebnisse dieser Studie größere Studien erforderlich sind, kann der Nachweis von CTCs bei Patienten mit ZNS-Tumoren möglicherweise zur Bestätigung der Diagnose inoperabler, schwer zu biopsierender Tumoren wie Hirnstammgliomen und Gliomen der Sehbahn genutzt werden.

„Unser Tool hat auch das Potenzial, Ärzten dabei zu helfen, frühzeitig zu erkennen, welche Patienten auf die Behandlung ansprechen. Wenn sie wissen, dass ein Tumor nicht anspricht, könnten sie den Patienten in eine klinische Studie mit innovativer Therapie aufnehmen“, sagte Wafik Zaky, MD, Hauptautor und außerordentlicher Professor für Neuroonkologie am MD Anderson Cancer Center der University of Texas.