Atemtest zur Früherkennung von Lungenkrebs

Ein im Deutschen Zentrum für Lungenforschung (DZL) entwickelter neuer Atemtest erkennt Lungenkrebs mit hoher Treffsicherheit. Der Test misst kleinste Veränderungen in der Zusammensetzung der Ausatemluft.

Lungenkrebs ist die häufigste zum Tode führende Tumorerkrankung weltweit. Lungenkrebs wird häufig erst spät erkannt, da er im Frühstadium kaum Beschwerden verursacht. Erste schleichende Symptome sind oft so vielfältig, dass sie kaum zugeordnet werden können. Mögliche Anzeichen wie chronischer Husten oder Atemnot kommen auch bei zahlreichen anderen Erkrankungen vor. Die allermeisten Lungenkrebspatientinnen und -patienten sterben innerhalb von fünf Jahren nach der Diagnose, weil der Tumor zu spät erkannt wird. Verlässliche Verfahren zur Frühdiagnostik wären somit extrem hilfreich.

DZL-Wissenschaftlerinnen und -wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim und dem Lungenzentrum in Gießen haben nun ein Verfahren entwickelt, das Lungenkrebs bereits im frühen Stadium erkennen kann. „Die Methode hat eine so hohe Treffsicherheit, dass sie im Klinikalltag zur Früherkennung eingesetzt werden könnte“, erklärt Dr. Guillermo Barreto, Leiter der Forschungsgruppe „Epigenetik bei Lungenkrebs“ am Max-Planck-Institut und federführender Wissenschaftler dieser Entdeckung. Wenn sich diese Ergebnisse in weiteren Untersuchungen bestätigen, dann ist der Test deutlich präziser als bisherige Atemtestansätze und als das Screening per Computertomografie, das viele Patientinnen und Patienten fälschlicherweise als „krank“ erkennt (falsch-positive Ergebnisse). Darüber hinaus ist das neue Verfahren strahlenfrei und wesentlich kostengünstiger. 

Lungenkrebs

Lungentumore gehören mit jährlich über 50.000 Neuerkrankungen in Deutschland zu den häufigsten Krebserkrankungen. Sie sind die Hauptursache der krebsbedingten Todesfälle. Die Fünf-Jahres-Überlebensrate liegt durchschnittlich bei nur 18 Prozent. Im Wesentlichen wird zwischen zwei Gruppen von Bronchialkarzinomen differenziert: der „kleinzellige Lungenkrebs“ und der „nicht kleinzellige Lungenkrebs“ (an dem rund 80 Prozent der Erkrankten leiden). Die Krebszellen beider Gruppen unterscheiden sich in Wachstum und Ausbreitung. Diese Differenzierung ist wichtig, um Erkrankte gezielter behandeln zu können, denn die Art der Therapie hängt wesentlich von der Form des Lungenkrebses und vom Stadium der Erkrankung zum Zeitpunkt der Diagnose ab. Rauchen gilt als Hauptursache für die Entstehung von Lungenkrebs, doch auch weitere Schadstoffe wie Dieselruß und Asbest können die Erkrankung auslösen. Bei der Diagnose kommen neben herkömmlichen Verfahren, wie Computertomografie, Röntgen und mikroskopischen Untersuchungen des Tumorgewebes, neue hochsensitive Verfahren, wie die Analyse von Atemproben und sogenannte „Liquid Biopsies“ (flüssige Biopsien), bei welchen DNA aus dem Blut molekular analysiert wird, zum Einsatz. Bei der Behandlung von Lungenkrebs treten neben Methoden wie Operation, Chemotherapie und Bestrahlung individualisierte Therapiestrategien mit neuen „Biologicals“, so z. B. mit Antikörpern durchgeführte Immuntherapien oder gezielte Blockaden von Wachstumsfaktoren, die gezielter wirken und weniger Nebenwirkungen haben als Standard-Chemotherapeutika.

In der Studie wurden Atemproben von insgesamt 138 Krebserkrankten und gesunden Personen auf Spuren bestimmter Moleküle untersucht, die vom Lungengewebe in die Atemluft abgegeben werden und bei Krebswachstum verändert sind. Dazu mussten die Probandinnen und Probanden zehn Minuten durch ein Mundstück in einen Testapparat atmen, welcher das Kondensat der Ausatemluft auffängt. Bei Teilnehmenden mit und ohne Lungenkrebs unterschieden sich die Atemproben hinsichtlich verschiedener genregulatorischer Moleküle, die offenbar im Tumorwachstum verändert sind. Insbesondere die Ribonukleinsäure-(RNS-)Moleküle, die von den beiden Genen GATA6 und NKX2 gebildet werden, erlaubten als „Biomarker“ eine treffsichere Unterscheidung von Lungenkrebspatienten und gesunden Personen.

Das Kondensat der Ausatemluft setzt sich zu > 99 Prozent aus reinem Wasser und nur aus geringsten Mengen anderer Stoffe zusammen, u. a. den (krebs-)typischen RNS-Molekülen. Diese kommen zudem häufig in kleine Partikel zerstückelt vor. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben im Rahmen ihrer Studie ein Verfahren entwickelt, welches eine aussagekräftige Analyse dieser RNS-Moleküle ermöglicht. 

Die RNS ist – im Gegensatz zum Träger der Erbinformation, der Desoxyribonukleinsäure (DNS) – nicht in jeder Zelle gleich. Sie ist vor allem für die Umsetzung von genetischer Information in Eiweiße verantwortlich, einige RNS-Formen sind zudem an der Regulation von Genen beteiligt. Aus einem Abschnitt der DNS können mehrere RNS-Varianten entstehen. Diese RNS-Formen liegen in gesunden Zellen in einem bestimmten Verhältnis vor. Die Forschenden fanden heraus, dass die beiden Gene GATA6 und NKX2 RNS-Varianten bilden, die sich hinsichtlich ihrer Komposition zwischen entarteten und gesunden Zellen erheblich unterscheiden. Im Rahmen ihrer Studie berechneten sie dabei aus den Daten ein Modell zur Diagnose der Erkrankung und legten einen bestimmten Grenzwert als sogenannten „LC-Score“ (Lungenkrebs-Wert) fest.

Der Test konnte 98 Prozent der Erkrankten mit der Diagnose Lungenkrebs richtig identifizieren. Im Vergleich zu bisherigen Verfahren zur Früherkennung wurden zudem deutlich weniger Menschen fälschlicherweise als „krank“ eingestuft. So lag bei 90 Prozent der im Verfahren auffälligen Personen (positiv Getesteten) tatsächlich Lungenkrebs vor. Zudem konnte gezeigt werden, dass der „LC-Score“ sowohl bei kleinzelligem als auch bei nicht kleinzelligem Lungenkrebs, den beiden Hauptformen dieser Krebsart, und bei verschiedenen Krebsstadien auffällig war. Dagegen unterschieden sich die Werte von gesunden und ehemaligen Raucherinnen und Rauchern nicht von denen gesunder Menschen, die nie geraucht haben.

Atemtest

Die Probanden atmen in einen Testapparat, welcher das Kondensat der Ausatemluft auffängt. Dieses enthält RNS-Moleküle, die mittels einer Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR) vervielfältigt werden können. Anhand der unterschiedlichen Mengen abgegebener RNS-Moleküle lassen sich Krebszellen in der Lunge aufspüren.

MPI f. Herz- und Lungenforschung/G. Barreto

Weiterentwicklung des Atemtests bis zur Marktreife geplant

„Die Atemluftanalyse könnte die Erkennung von Lungenkrebs in frühen Stadien einfacher und zuverlässiger machen, somit eine Frühdiagnostik deutlich präziser und zudem kostengünstiger als die bisherigen Computertomografie-Untersuchungen ermöglichen. Aber natürlich müssen diese Ergebnisse noch in weiteren großen Studienkollektiven abgesichert werden“, so Prof. Werner Seeger, Vorsitzender des DZL. Weiterführende klinische Studien stellen somit den nächsten Schritt dar, parallel zur technischen Verfahrensoptimierung, um bei Bestätigung der Ergebnisse den Atemtest bis zur Marktreife weiterzuentwickeln und für die klinische Routine verfügbar zu machen. Zudem wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler RNS-Profile aus Atemluftkondensat auch hinsichtlich der Diagnostik anderer Lungenerkrankungen untersuchen. „So könnten kleinste Veränderungen, gleich einem RNS-Fingerabdruck des Krankheitsgeschehens, auch jenseits des Lungenkrebses für diagnostische Zwecke genutzt werden“, erklärt Barreto.

Deutsches Zentrum für Lungenforschung

Das im Jahr 2011 gegründete Deutsche Zentrum für Lungenforschung (DZL) ist eines der sechs Deutschen Zentren der Gesundheitsforschung, die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und den Ländern gefördert werden. Im DZL arbeiten exzellente Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und deren Teams aus universitären und außeruniversitären Institutionen an fünf Standorten auf dem Gebiet der Lungenforschung zusammen. Gemeinsam haben sie das Ziel, neue Ansätze für die Prävention, Diagnose und Therapie von Lungenerkrankungen zu entwickeln. Neben Lungenkrebs stehen sieben weitere Krankheitsbereiche im Fokus: Asthma und Allergien, chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD), Mukoviszidose, Lungenentzündung und akutes Lungenversagen, diffus parenchymatöse Lungenerkrankungen, Lungenhochdruck und Lungenerkrankungen im Endstadium.
Weitere Informationen im Internet unter www.dzl.de.

Ansprechpartner: 
PD Dr. Guillermo Barreto
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung
Parkstraße 1
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guillermo.barreto@mpi-bn.mpg.de

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