Spurensuche im Stoffwechsel: Metabolischer Fingerabdruck von Tumoren

Eine neue Studie zeigt das große wissenschaftliche Potenzial der Kernspinresonanz-Analyse für die Erforschung von Tumorerkrankungen. Damit konnte im Blutserum von Patienten mit Tumoren des oberen Verdauungstrakts eine spezifisch veränderte Zusammensetzung an Metaboliten gemessen werden.

Eine Analyse im Zeitverlauf lieferte den Forschenden der Hochschulmedizin Dresden und am Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen Dresden (NCT/UCC) zufolge starke Anhaltspunkte dafür, dass der ermittelte metabolische Fingerabdruck unmittelbar auf das Tumorwachstum zurückzuführen ist und somit Rückschlüsse auf die Krebserkrankung erlaubt. Die gezielte Messung von Stoffwechselprodukten des Tumors – zum Beispiel beim Wiederauftreten von Tumoren – sollte daher in zukünftigen Forschungsprojekten untersucht werden.

Die Heilungschancen für Patienten mit Tumoren des oberen Verdauungstrakts (Magen und Speiseröhre) haben sich in den letzten Jahren deutlich verbessert. Dennoch zählt die Erkrankung weiterhin zu den weltweit führenden krebsbedingten Todesursachen. Neue Ansätze für ein verbessertes Verständnis der Krankheit sind daher nötig, um Diagnostik und Therapieverläufe weiter zu verbessern. Das Dresdner Forscherteam hat nun in seiner Studie gezeigt, dass die Methode der Kernspinresonanz-Analyse (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy [NMR])  dafür ein wichtiger Baustein werden könnte.

Mithilfe der NMR maßen die Forschenden im Blutserum von Patienten mit Magen- oder Speiseröhrenkrebs eine – auch im Vergleich mit anderen Krebsarten – spezifische Zusammensetzung an Metaboliten. Durch vergleichende Blut-Analysen vor und nach der operativen Entfernung des Tumors konnten sie erstmals zeigen, dass sich auffällige Stoffwechselveränderungen in dieser Patientengruppe nach der Operation normalisierten. Dies liefert starke Anhaltspunkte dafür, dass die charakteristische Stoffwechsel-Signatur unmittelbar auf das Tumorwachstum zurückzuführen ist.

„Die potenziellen Einsatzmöglichkeiten der Methode für die Erforschung von Tumorerkrankungen sind groß. Künftige Studien könnten beispielsweise untersuchen, ob die NMR-Analyse eine sinnvolle Ergänzung zu bildgebenden Methoden ist, um das mögliche Wiederauftreten eines Tumors nach einer Operation zu überwachen“, erklärt Co-Studienleiter Dr. Peter Mirtschink vom Institut für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin (IKL) des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus Dresden.
Im Rahmen der Studie untersuchten die Forschenden in insgesamt 283 Blutserums-Proben 42 verschiedene Metaboliten, die bei Krebserkrankungen typischerweise Veränderungen aufweisen können. Denn Krebszellen wachsen und teilen sich schnell und haben dadurch mehr „Hunger“ als die übrigen Körperzellen. Die Abbauprodukte dieses erhöhten Stoffwechsels lassen sich im Blut nachweisen.

Mittels NMR wurden Proben von 43 Betroffenen mit Magen- oder Speiseröhrenkrebs vergleichend mit Proben von 59 gesunden Kontrollpersonen und 39 Patienten mit Pankreaskrebs analysiert. Erkrankte mit Bauchspeicheldrüsenkrebs eignen sich durch vergleichbare Merkmale (z. B. ähnliche Tumor-Lokalisierung sowie krankheitsbedingte erschwerte Nahrungsaufnahme und Mangelernährung) als Kontrollgruppe, um metabolische Veränderungen zu identifizieren, die ausschließlich für Betroffene mit Magen- und Speiseröhrenkrebs charakteristisch sind. Bei der Analyse wurden 15 signifikant veränderte Metaboliten für Tumoren des oberen Verdauungstraktes gefunden. Am deutlichsten erhöht war die Stoffwechselgruppe der Ketonkörper – Zwischenprodukten des Fettstoffwechsels.

Analyse zeigt direkte Abhängigkeit von Stoffwechselsignatur und Tumorwachstum

Anschließend wurden Blutseren von Betroffenen mit Magen- oder Speiseröhrenkrebs, die unmittelbar vor der chirurgischen Entfernung des Tumors entnommen wurden, mit Proben vom ersten, dritten und siebten Tag nach der Operation verglichen. Dabei zeigte sich, dass die erhöhten Konzentrationen bestimmter Metaboliten bereits in den ersten 24 Stunden nach der Operation stark zurückgingen, in denen die Patienten noch keine Nahrung zu sich nahmen. Sieben Tage nach der Operation hatte sich die Zusammensetzung der Stoffwechselprodukte weitgehend normalisiert und denen der gesunden Kontrollgruppe angeglichen.

„Die Untersuchung im Zeitverlauf zeigt deutlich, dass die gemessenen charakteristischen Veränderungen bei den Metabolit-Konzentrationen auf die Aktivität des Tumors zurückzuführen sind. Weitere mögliche Einflussfaktoren wie Entzündungen oder den Ernährungszustand der Betroffenen konnten wir hingegen weitgehend ausschließen. Der ermittelte metabolische Fingerabdruck ist somit ein geeigneter Marker für eine spezifische Gruppe an Tumoren“, betont Dr. Janusz von Renesse, Erstautor der Studie von der Klinik für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie des Uniklinikums Dresden.

Deutschlandweit gibt es nur wenige NMR-Geräte, die für die Untersuchung von Flüssigproben wie Urin oder Blut (Serum, Plasma) zu Forschungszwecken genutzt werden. Mithilfe einer zwanzigminütigen vollautomatischen Messung können dabei zahlreiche gängige Metaboliten in ihrer jeweiligen Konzentration nachgewiesen werden. Auch die Untersuchung von Gewebe, Zellkulturen und Organoiden ist möglich. Das Dresdner Gerät wurde aus Mitteln des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) für den NCT-Standort Dresden finanziert und ist Teil der Metabolomics-Plattform des Instituts für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin (IKL). Zurzeit laufen bereits eine Vielzahl weiterer Studien mit dem hochmodernen Gerät, um Tumor-bedingte Stoffwechselveränderungen zu entschlüsseln.