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Klein aber kraftvoll: microRNA für die Diagnose von Lungenkrebs

Lungenkrebs verursacht weltweit die meisten Todesfälle aller Krebserkrankungen, weil erst spät Symptome spürbar werden und die Fälle sehr heterogen ausgeprägt sind. Ein europäisches Projekt hat sich die Kraft der microRNAs zunutze gemacht, die hauptsächlich die Genexpression regulieren. Aus ihren Eigenschaften konnte so ein Biomarker-Test für die Schnelldiagnose von Lungenkrebs erstellt werden.

Gesundheit

In den letzten 20 Jahren rückten microRNAs als Biomarker für die Tumordiagnose, Prognosestellung und Vorhersage des Behandlungserfolgs immer stärker in den Fokus. Auch da sie in biologischen Flüssigkeiten vorkommen, werden sie als nicht-invasive Biomarker für die Früherkennung von Krebs interessant. Zur Messung der microRNA-Expression in biologischen Flüssigkeiten sind bereits mehrere Techniken bekannt. Doch trotz aller technologischen Fortschritte erfordern diese Methoden für die Probenvorbereitung und -vermehrung mehrere arbeitsintensive Schritte, die ein Einfallstor für Variabilität und Fehler bieten. Deswegen konnte der medizinische Nutzen von microRNAs als klinisch wertvolle Biomarker noch nicht ausgeschöpft werden.

Eigens entwickelte Technologie zur Erkennung von microRNA

Mit Unterstützung durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen hat das Projekt miRNA-DisEASY nun einen innovativen Ansatz gefunden, bei dem zwei Technologien in einem Assay vereint werden. Um microRNAs in biologischen Flüssigkeiten zu erkennen, kommt ein hochempfindliches photonisches Lesegerät (von Optoi) zum Einsatz, das mit Chem-NAT arbeitet, einem einzigartigen chemischen Testverfahren für Nukleinsäuren. „Wir wollten ein empfindliches, kostengünstiges Assay entwickeln, mit dem sich Biomarker von Lungenkrebs in biologischen Flüssigkeiten nachweisen lassen“, erklärt Projektkoordinatorin Cristina Ress. Das Assay von miRNA-DisEASY nutzt die geschützte Technologie von DestiNA Genomica, um microRNAs auf die einzelne Base genau auszulesen. Dazu werden Sonden aus Peptid-Nukleinsäure (PNS) genutzt, die sich perfekt an microRNA-Stränge binden können. Diese PNS-Sonden wurden mit einer Leerstelle synthetisiert, an der eine komplementäre markierte SMART-Nukleinbase sitzt und Licht abgibt. Über diese Herangehensweise wird eine Spezifität auf die einzelne Base genau möglich und microRNAs, die sich in nur einer Base unterscheiden, können präzise gefunden werden.

Validierung der Plattform

Um die miRNA-DisEASY-Plattform zu validieren, prüfte das Forschungsteam die Erkennung der miR-21, einer der am häufigsten deregulierten microRNAs bei Patienten mit nicht-kleinzelligem Bronchialkarzinom (NSCLC). Die Ergebnisse zeigten das Potenzial der Profilerstellung von microRNAs aus einer Flüssigbiopsie ohne Extraktion, vorherige Vermehrung oder Markierung der RNS. Es ging vor allem um microRNAs, die bei einem Adenokarzinom der Lunge oder Plattenepithelkarzinom laut Analyse differentiell exprimiert werden. Bei der Unterscheidung neuroendokriner und nicht-neuroendokriner Lungenkarzinome gelangen erste Erfolge mit einer bestimmten microRNA-Expression (miR-375), während zwei andere microRNAs als Biomarker für die Hilfsdiagnose von NSCLC geeignet schienen.

Bedeutung des Projekts und Aussichten für die Zukunft

Lungenkrebs wird meist erst in fortgeschrittenem Stadium diagnostiziert, wenn die Fünf-Jahres-Überlebensrate bei unter 20 % liegt. Um unnötige Computertomografien zu vermeiden, werden nicht-invasive Untersuchungsmethoden benötigt. „Die miRNA-DisEASY-Plattform kann die Routinetests und -untersuchungen mit zirkulierenden microRNAs in der klinischen Diagnosepraxis grundlegend verändern und erweitern“, betont Ress. Der Ansatz von miRNA-DisEASY ermöglicht sowohl eine qualitative als auch eine quantitative Analyse von microRNA-Biomarkern in biologischen Flüssigkeiten, was für die Diagnoseforschung ein wichtiger Schritt nach vorn ist. Die Methode lässt sich auch für die Analyse von microRNA-Biomarkern von klinischer Relevanz für die Diagnose und Prognose anderer Erkrankungen außer Krebs sowie für toxikologische Tests anpassen. Außerdem kann die Plattform so konfiguriert werden, dass sie Profile von microRNAs in Trägervesikeln wie den Exosomen erstellt, die für die diagnostische Forschung immer interessanter werden. Ress erwartet „aufgrund der schnellen Analyse, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz der Methode eine reibungslose, aber schnelle Integration der Technologie in die klinische Routine.“ Sie merkt allerdings an, dass die Entwicklung zu einem späteren Zeitpunkt nur mit zusätzlicher Finanzierung oder über gemeinsame Unternehmen abgeschlossen werden kann, wenn die Plattform kommerziell genutzt werden soll.

Schlüsselbegriffe

miRNA-DisEASY, Biomarker, microRNA, Lungenkrebs, Lungenkarzinom, Assay, Test, Chem-NAT, Flüssigbiopsie, optischer Sensor

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