„Früherkennung ist entscheidend“, sagte Dr. Jasmine Zhou, die leitende Autorin der Studie, Professorin für Pathologie und Labormedizin und Forscherin am UCLA Health Jonsson Comprehensive Cancer Center. „Die Überlebensraten sind deutlich höher, wenn Krebs erkannt wird, bevor er sich ausbreitet.“ Das neue Verfahren, MethylScan genannt, analysiert zellfreie DNA (cfDNA), winzige Fragmente genetischen Materials, die beim Absterben von Zellen ins Blut abgegeben werden. Da Zellen aus allen Organen DNA in den Blutkreislauf abgeben, trägt die cfDNA molekulare Signale, die die Vorgänge im gesamten Körper widerspiegeln. „Täglich sterben 50 bis 70 Milliarden Zellen in unserem Körper. Sie verschwinden nicht einfach, ihre DNA gelangt in den Blutkreislauf“, erklärte Zhou. „Das bedeutet, dass wir bereits Informationen aus all unseren Organen im Blutkreislauf haben.“
Untersuchung der DNA-Methylierung
Die Idee, Blut zur Krebserkennung zu nutzen – auch Flüssigbiopsie bzw. Liquid Biopsy genannt – ist nicht neu. Einige Tests suchen bereits nach Mutationen in der Tumor-DNA, um bestimmte Krebsarten zu erkennen. Diese Tests konzentrieren sich jedoch oft auf eine begrenzte Anzahl genetischer Veränderungen und können teuer sein, unter anderem, weil sie eine umfassende Sequenzierung erfordern, um schwache Tumorsignale nachzuweisen. Anstatt nach Mutationen zu suchen, untersuchte das Team der UCLA die DNA-Methylierung. Methylierungsmuster unterscheiden sich je nach Gewebetyp und können sich verändern, wenn Zellen zu Krebszellen werden oder erkranken. „Die DNA-Methylierung spiegelt den Gesundheitszustand eines Gewebes wider“, sagte Dr. Wenyuan Li, Professor für Pathologie und Labormedizin an der UCLA und einer der Hauptautoren der Studie. Sie sei ein sehr aussagekräftiges Signal, betonte er.
Problem des „Hintergrundrauschens“
Die Herausforderung besteht allerdings darin, dass der größte Teil der zellfreien DNA im Blutkreislauf nicht von Tumoren oder verletzten Organen stammt. Etwa 80 bis 90 % stammen von normalen Blutzellen. Dies erzeugt ein „Hintergrundrauschen“, das die Erkennung der relativ seltenen Fragmente, die auf eine frühe Krebserkrankung hinweisen könnten, schwierig und kostspielig macht. Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Forscher auf Grundlage früherer Arbeiten eine Technik, mit der sich ein Großteil der Hintergrund-DNA vor der Sequenzierung entfernen lässt. Mithilfe spezieller Enzyme entfernten sie selektiv unmethylierte DNA-Fragmente, die größtenteils von Blutzellen stammen. Durch die Entwicklung eines genomweiten Hybridisierungspanels werden die erfassten DNA-Fragmente mit methylierter DNA aus soliden Organen, einschließlich potenziell erkrankter Organe, angereichert. Durch die Entfernung des Rauschens können die Forscherinnen und Forscher nach eigenen Angaben den Sequenzierungsaufwand drastisch reduzieren und so die Kosten senken, ohne die Sensitivität zu beeinträchtigen.
Maschinelles Lernen zur Analyse
Um die Genauigkeit von MethylScan zu testen, analysierten die Forscherinnen und Forscher Blutproben von 1.061 Personen, darunter Patienten mit Leber-, Lungen-, Eierstock- und Magenkrebs; Personen mit Lebererkrankungen wie Hepatitis B, Hepatitis C, alkoholbedingter Lebererkrankung und metabolisch bedingter Lebererkrankung; Personen mit gutartigen Knoten in der Lunge sowie gesunde Probanden. Anschließend wurden Algorithmen des maschinellen Lernens zur Analyse der komplexen Methylierungsdaten eingesetzt. Bei der Erkennung mehrerer Krebsarten habe der Test eine hohe Gesamtgenauigkeit erzielt. Mit einer Spezifität von 98 % habe der Test etwa 63 % Krebserkrankungen in allen Stadien und rund 55 % der Krebserkrankungen im Frühstadium erkannt. Auch bei der Leberkrebsuntersuchung von Risikopatienten, darunter solche mit Leberzirrhose oder HBV, habe der Test gute Ergebnisse gezeigt. Er habe fast 80 % der Fälle bei einer Spezifität von etwas über 90 % erkannt.
Ursprung lässt sich erkennen
Neben der reinen Krebserkennung halfen die Methylierungsmuster, den Ursprung eines Signals im Körper zu identifizieren – das sogenannte Ursprungsgewebe. „Die Möglichkeit, Signale bis zu ihrem Ursprung zurückzuverfolgen, ist wichtig, da einem positiven Bluttest bildgebende oder andere diagnostische Verfahren folgen müssen, die auf das betroffene Organ abzielen“, erklärte Li. MethylScan könne wie ein Gesundheitsradar für den Körper funktionieren. Durch die Analyse von DNA-Signalen im Blut könne es erkennen, wann bestimmte Organe wie Leber oder Lunge belastet oder geschädigt sind, selbst ohne die Krankheit vorher zu kennen, so die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Es wurde zudem gezeigt, dass der Bluttest verschiedene Arten von Lebererkrankungen unterscheiden kann, darunter Virushepatitis und metabolisch bedingte Lebererkrankungen. Er habe etwa 85 % der Patienten korrekt klassifiziert, was darauf hindeute, dass DNA-Tests auf Blutbasis die Notwendigkeit invasiver Leberbiopsien reduzieren könnten. Noch seien aber größere prospektive Studien erforderlich, um die Leistungsfähigkeit des Tests im klinischen Alltag zu bestätigen, sagte Zhou. Doch die Studie zeige, dass die Methylierungsprofilierung auf Blutbasis klinisch relevante Informationen über verschiedene Krankheiten hinweg liefern könne, so Zhou.
Quelle: ULCA
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