Mithilfe von Biomarkern bösartige Lymphknoten diagnostizieren

Ein Darmstädter Forscherteam entwickelt in Kooperation mit der HNO Uniklinik Düsseldorf eine neue Diagnosemethode für bösartige Lymphknoten im Kopf-Hals-Bereich, mit der die Diagnose objektiviert und invasive Eingriffe reduziert werden könnten.

Veränderungen an Lymphknoten im Halsbereich treten recht häufig und bei unterschiedlichsten Erkrankungen auf, beispielsweise bei Kopf-Hals-Tumoren oder in Form von Metastasen anderer Krebserkrankungen.

Während sich die Primärtumoren in der Schleimhaut des Mundbereiches ansiedeln, bilden sich die Tochtergeschwulste typischerweise zuerst in den Halslymphknoten. Daher müssen die Halslymphknoten bei der Diagnose und in der Nachsorge immer miterfasst werden. Hier kommen bildgebende Verfahren zum Einsatz. Der Ultraschall spielt in der ersten Diagnostik und der jahrelangen Nachsorge eine entscheidende Rolle, da er vergleichsweise günstig und in den meisten Arztpraxen verfügbar ist. Außerdem kann er vor Ort direkt durchgeführt werden und ist nicht mit einer Strahlenbelastung für den Patienten verbunden.

Dabei gibt es allerdings zwei Beschränkungen: Zum einen hängt die Güte der Ultraschall-Diagnostik stark mit der Qualität des Ultraschallgerätes, zum anderen vor allem mit der Erfahrung und subjektiven Beurteilung des untersuchenden Arztes zusammen. Daher reicht die aktuell angewandte Ultraschalluntersuchung insbesondere bei „Grenzbefunden“ nicht aus, um eine sichere Diagnose zu stellen. Zur Absicherung der Diagnose muss deshalb nach dem Ultraschall meist noch ein Stück Gewebe aus dem verdächtigen Lymphknoten entnommen werden (Biopsie), das dann daraufhin untersucht wird, ob es sich tatsächlich um bösartiges Tumorgewebe handelt. Dies bedeutet einen invasiven, operativen Halseingriff für den Patienten.

Prof. Sakas bei einer Ultraschalluntersuchung

Prof. Georgios Sakas von der MedCom Gesellschaft für medizinische Bildverarbeitung mbH, hier bei der Demonstration einer Ultraschalluntersuchung, leitet das Verbundprojekt ECHOMICS.

Georgios Sakas

Diagnose ohne Gewebeentnahme

Nun soll das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt ECHOMICS ein neues, auf Ultraschall basierendes Diagnoseverfahren entwickeln, das die Lymphknoten unabhängig vom menschlichen Untersucher ausreichend und objektiv charakterisiert. Dadurch könnte künftig im Idealfall auf eine invasive Biopsie verzichtet werden. Auch teurere und belastende Bildgebungen wie zum Beispiel Computertomographien könnten so reduziert werden.

Für das neue Verfahren wollen die Forscher drei Parameter nutzen, die sich mit der Krankheit verändern: Das Aussehen und die Härte der angeschwollenen Lymphknoten sowie deren Feinstruktur, die sich verändert, wenn das Gewebe bösartig wird.

  • Um das Aussehen der Lymphknoten zu erfassen, wendet das Forscherteam nicht wie bisher 2D-Aufnahmen, sondern 3D-Ultraschall-Daten an. Das ermöglicht eine genauere Analyse des Erscheinungsbildes, somit können beispielsweise Ausdehnung oder Form des Randes besser analysiert werden.
     
  • Mit Elastographie-Aufnahmen, einem neuartigen Ultraschallverfahren zur Messung der Gewebesteifigkeit beziehungsweise -elastizität, soll die Schwellung und damit die Härte der Lymphknoten gemessen werden. Dabei soll das Schallgerät das machen, was der Untersucher heute beim Abtasten mit dem Finger macht: die Härte des Lymphknotens beurteilen, diese jedoch in eindeutigen, nachprüfbaren Härte-Zahlen ausdrücken.
     
  • Für die Erfassung der feingeweblichen Eigenschaften prüfen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Absorptionsspektrum der Lymphknoten. Das heißt, es wird ermittelt, welche Wellenlänge des Ultraschallimpulses vom Gewebe zurückgestrahlt oder geschluckt wird. Dem liegt die Hypothese zugrunde, dass sich krankhaftes Gewebe anders verhält als gesundes. Die erfassten Werte werden mithilfe intelligenter Computerunterstützung analysiert.
    Elastographie-Aufnahme

    Das obere Bild zeigt die Elastographie-Aufnahme eines befallenen Lymphknotens, das untere einen nicht befallenen Lymphknoten. Die Farben korrespondieren mit der Härte: Blau bedeutet weich und rot hart. Der unauffällige Lymphknoten ist homogen weich und wird daher vorwiegend blau dargestellt, beim mit Krebs befallenen Knoten zeigt die rote Farbe deutlich die harte Stelle.

    Georgios Sakas

Biomarker ermöglichen objektivere Diagnose

Die aus diesen drei Ultraschalluntersuchungen gewonnenen Werte werden mit weiteren Patientendaten verknüpft, wodurch pro Lymphknoten hunderte, zum Teil sogar tausende Datenwerte zusammenkommen können. Die Forscherinnen und Forscher nutzen Methoden zur visuellen und maschinellen Datenanalyse, um in diesen großen Datenmengen genau die Eigenschaften zu identifizieren, die für einzelne Krankheiten charakteristisch sind. Diese objektiv messbaren, charakteristischen Merkmale einer Krankheit nennt man Biomarker.

Anhand dieser Biomarker könnten also typische Veränderungen der Lymphknoten erkannt und verschiedenen Krankheiten zugeordnet werden. So ließe sich beispielsweise ohne eine Biopsie, nur aufgrund der oben genannten Daten beurteilen, ob der Patient an einem bösartigen Lymphknotenbefall leidet und welche Erkrankung dahintersteht.

Das Projekt, das im August 2018 startete, hat derzeit die Rekrutierung von ca. 100 Patienten als Testgruppe fast abgeschlossen. Das Forschungsvorhaben wird bis Ende 2021 gefördert. Solange haben die Forscherinnen und Forscher nun Zeit, geeignete Biomarker zu identifizieren und die dafür benötigten Messmethoden zu präzisieren und zu evaluieren.


An Krebs im Kopf-Hals-Bereich erkranken jedes Jahr etwa 4.500 Frauen und 12.600 Männer. Die einfachste Möglichkeit, durch das eigene Verhalten das Risiko für einen Kopf-Hals-Tumor zu minimieren, ist der Verzicht auf das Rauchen und das übermäßige Trinken von Alkohol. Eine HPV-Impfung, wie sie auch vom Deutschen Krebsforschungszentrum befürwortet wird, reduziert die Gefahr für eine Ansteckung mit humanen Papillomaviren.