Der Metavectum Tumor-Test

Metavectum wurde im Juli 2008 gegründet und befindet sich als eigenständiges Unternehmen auf dem Gelände des DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), einer Großforschungseinrichtung der Bundesrepublik Deutschland und befasst sich hauptsächlich mit medizinisch-molekularer Analytik im Humanbereich und der Entwicklung und Synthese von hochreinen Substanzen zur Anwendung im komplementär-medizinischen Bereich.

Im Team der Metavectum arbeiten Molekularbiologen und Biochemiker zusammen mit Labormedizinern.

Die Analysen und die Validierung der Assays und Reagenzien werden entsprechend den Richtlinien der Bundesärztekammer (Rili-BÄK) und den international verbindlichen MIQE Standards durchgeführt, die in die molekularbiologische Analytik eingebundenen Geräte sind CE-zertifiziert.

Um die Möglichkeit zur direkten Umsetzung der Ergebnisse zu geben, gehört Metavectum einem Netzwerk an, welches Onkologen, Chirurgen, Radiologen, Pathologen, spezialisierte Fachärzte und Facharztkliniken umfasst.

Das Geschäftsmodell der Metavectum umfasst drei Bereiche:

A Metavectum Präventions-Test

B Metavectum Tumor-Test

C Präventive und begleitende Substanzen

A) Mit dem Metavectum Präventions-Test wird eine Schwächung, Fehlfunktion oder Erkrankung durch eine neuartige Array-Analyse des Gesamt-Stoffwechsels frühzeitig diagnostiziert und aus den Resultaten ein Therapievorschlag abgeleitet und dem Arzt unterbreitet. Abweichungen im Stoffwechsel, die zu Erkrankung führen können, werden sehr früh erkannt, so dass geeignete Maßnahmen ergriffen werden können.

Der Test wird auch eingesetzt, um während und nach einer Tumortherapie Auskunft über beginnende Stoffwechselveränderungen zu erhalten, die auf ein Rezidiv deuten oder frühzeitig ein Abgleiten des Stoffwechsels in z.B. die Kachexie anzeigen.

Zur Analytik stehen Geräte zur Verfügung, die normalerweise nur in größeren Pharmaunternehmen zu finden sind (600MHz NMR gekoppelt mit Massenspektrometer und HPLC). Diese Daten auf niedermolekularer Ebene (Metabolom) werden gekoppelt mit Daten aus den Ebenen der Genexpressionen (Transkriptom) und der Proteine (Proteom) und ergeben so ein detailliertes Bild des Gesamtstoffwechsels.

B) Tumore und Metastasen entwickeln ein sehr individuelles Profil, welches von Mensch zu Mensch verschieden ist. Folglich muss auch die Behandlung des Tumors individuell erfolgen und die Vielfalt der therapeutischen Methoden (Radiotherapie, Chirurgie, Chemotherapie, komplementäre Therapien, Immuntherapie etc.) sollten konzertiert im Zusammenspiel genutzt werden.

Mit dem Metavectum Tumor-Test wird die individuelle Stoffwechselaktivität der tumorspezifischen Rezeptoren und Proteine („Achillesferse“ des Tumors) auf der Ebene der Genexpressionen im Transkriptom und der Gen-Mutationen im Genom ermittelt. Die Analysen werden auf schriftliche Anfrage des behandelnden Arztes erstellt, aus den Resultaten ein Therapievorschlag abgeleitet und dem Arzt unterbreitet. Das Testsystem ermittelt aus der Menge der insgesamt zugelassenen Tumormedikamente die optimalen Medikamente für den jeweiligen Patienten.

Im Test werden sowohl Genexpressions- als auch Genmutationsdaten miteinander korreliert. Das hat seinen Grund darin, dass zurzeit je nach Tumor nur ca. 2-35% aller Tumore klinisch relevante Mutationen erkennen lassen, die eine medikamentöse Inhibierung entsprechender Rezeptoren zulassen.

Es muss darauf hingewiesen werden, dass eine Kultivierung von Tumorzellen und Inkubation der Zellen mit verschiedenen Medikamenten als Wirknachweis nicht durchgeführt wird, das Verfahren liefert keine reproduzierbaren Ergebnisse. Das hier angewandte Verfahren beruht allein auf der Auswertung relevanter Genexpression auf mRNA-Basis und der Bestimmung klinisch relevanter Mutationen. DNA bzw. mRNA werden aus den isolierten Tumorzellen extrahiert.

Als Untersuchungsmaterial werden einerseits Resektate eingesetzt, die nach schriftlicher Einwilligung des Patienten vom Chirurgen/Onkologen auf Trockeneis (-80ºC) an Metavectum versandt werden. Da Tumor-Resektate im Mittel nur 10-20% reines Tumormaterial neben Bindegewebe und präkanzerösem Gewebe enthalten, werden die Proben zuerst an den Pathologen (hier Pathologie Grandweg, Hamburg) übersandt, der Art und Status des Tumors beschreibt sowie dessen genaue Lokalisation im Gewebe anzeigt. Anhand des pathologischen Berichtes werden bei Metavectum aus dem Resektat die Tumorzellen isoliert und untersucht.

Parallel oder als Monoanalyse werden aus dem Vollblut des Patienten zirkulierende Tumorzellen (CTC, Circulating Tumor Cells) isoliert („Liquid Biopsy“). CTC sind das Bindeglied zwischen Primärtumor und Metastasen und geben Auskunft, mit welchen Therapeutika die Metastasen behandelbar sind.

Durch die Analyse von mindestens 10 Tumormarker wird sichergestellt, dass es sich bei den isolierten Zellen tatsächlich um zirkulierende Tumorzellen und nicht um endotheliale oder epitheliale Zellen handelt, die von Organen oder dem Blutgefäßsystem laufend in den Blutkreislauf abgegeben werden und als falsch-positive Zahlen große Mengen an zirkulierenden Tumorzellen vortäuschen. Normalerweise finden sich in einem Milliliter Blut zwischen 5 und 120 CTC.

Aus dem reinen Tumormaterial und den CTC wird nun DNA und mRNA extrahiert. Mittels Real-Time PCR (RT-PCR) werden in der Tumor-RNA die Expressionen tumorrelevanter Gene im Transkriptom quantifiziert und mit den entsprechenden Expressionen der aus dem Blut isolierten zirkulierenden Tumorzellen (CTC) und mit Referenzmaterial verglichen. In der DNA des Tumorgewebes und zum Vergleich in der freien zirkulierenden DNA (cfDNA, cell free DNA) werden therapierelevante Mutationen bestimmt (BRAF, EGFR, MET, KRAS, NRAS, PTEN, MEK etc.) und mit den Ergebnissen der Genexpressionsanalyse korreliert.

Man erhält ein umfassendes Bild des individuellen Tumorstoffwechsels und damit Hinweise auf die medikamentösen Angriffspunkte für eine optimale Therapie. Die Expressionswerte der CTC erlauben es zudem, die Aggressivität des Tumors abzuschätzen. Die Mutationsanalyse der CTC zeigt auch auf, ob sich viele unterschiedliche Klone gebildet haben, die eine Therapie erschweren.

In der Gen-Expressionsanalyse wird die Expression oder Bildung bestimmter Rezeptoren, die der Tumor für seine Zwecke nutzt, den entsprechenden zugelassenen Medikamenten zugeordnet. Wenn zum Beispiel die Topoisomerase II (TOPOIIA1) gegenüber Nichttumorgewebe sehr hoch exprimiert ist, folgt daraus, dass die Anwendung des entsprechenden Inhibitors (> Anthrazykline) sinnvoll ist. Nutzt der Tumor für sein Wachstum stattdessen die Topoisomerase I (TOPOI), muss als entsprechender TOPOI-Inhibitor nun Topotecan eingesetzt werden. Die Anwendung von Anthrazyklinen wäre hier unwirksam, mit starken Nebenwirkungen und der Ausbildung von Resistenzen verknüpft, die dann nur sehr kostenintensiv bekämpft werden können. Eine wesentliche Rolle spielen Resistenzen und bestimmte Transportwege, die der Tumor nutzen kann um Medikamente aus der Zelle auszuschleusen.

Medizinisch-molekularbiologische Laboruntersuchung mittels RT-PCR und Mutationsanalytik zur Optimierung einer Therapieentscheidung werden grundsätzlich sowohl in der BRD als auch weltweit routinemäßig praktiziert.

In der Tumortherapie werden die vier bekanntesten Biomarker ERBB2/Her2neu (z.B. Medikament Herzeptin: ja oder nein), PGR, ER1 und KI67 in fast jeder onkologischen Praxis und Klinik routinemäßig immunhistochemisch auf ihre Genexpression hin analysiert. Die Bestimmung von EGFR- und KRAS Mutationen etc. sind für die Anwendung bestimmter Medikamente zwingend vorgeschrieben.

Metavectum hat das Panel der Biomarker bzw. die Bestimmung der Genexpressionen auf über 90 Expressionen erweitert, um die Wirkstoff-Targets für alle zurzeit zugelassenen Medikamente zur Therapie von soliden Tumoren zu erfassen und darauf basierend individuelle Therapievorschläge machen zu können, die dem Kliniker eine gezielte Therapie erlauben und dem Kostenträger Kosten ersparen. Das Verfahren und die Auswahl der Genexpressionen beruhen auf klinischen Studien, die auf Anfrage gerne mittgeteilt werden.

Sieht man von den oben erwähnten vier Markern ab, wird die überwiegende Zahl der Tumormedikamente zurzeit noch ohne entsprechende Tests angewandt, was die relativ niedrige Heilungsrate und das vermehrte Auftreten von Metastasen und resistenten Zellen erklärt. Der Kliniker ist gezwungen, etliche Therapieschemata nach Versuch und Irrtum durchzuprobieren. Dies ist für die Patienten mit erheblichen Nebenwirkungen (Toxizität) verbunden und für den Kostenträgen mit erheblichen Mehrkosten, die vermeidbar wären.

Das analytische System der Metavectum kann anschließend zur Erfolgskontrolle der Therapie eingesetzt werden.

Aus den Daten lassen sich auch wichtige Aussagen für eine Langzeit-Prognose bezüglich des Auftretens von Rezidiven und Metastasen gewinnen. Ergibt sich aus den molekularbiologischen Analysen nach chirurgischer oder radiotherapeutischer Entfernung des Primärtumors, dass die Aggressivität des Tumors und die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Rezidivs gering ist, kann eine Low-Dose Therapie eingeleitet werden bzw. im Einzelfall ganz auf eine Medikation verzichtet werden. Dies macht allerdings ein halbjährliches Monitoring notwendig.

Das Verfahren eignet sich ebenfalls zur intermittierenden Beobachtung und Therapieanpassung, wenn z.B. durch individuelle Chemotherapie Tumore oder Metastasen in eine operable Form gebracht wurden, aber aufgrund molekularbiologischer Daten Residuen wahrscheinlich sind.

Die Kosten des Metavectum Tumor-Test werden in der Regel von den privaten Krankenkassen übernommen, wenn eine Anforderung durch den Onkologen vorliegt.

C) Um Anfragen der Patienten und Therapeuten nach präventiven und begleitenden Substanzen gerecht zu werden, hat Metavectum Methoden zur hochreinen Darstellung von Substanzen entwickelt, die sich im Umfeld von Tumorerkrankungen in klinischen Studien als wirksam erwiesen haben und sich modulierend einsetzen lassen. Die Reinheit der Substanzen hat Arzneimittel-Status (>99%).

Hier sind insbesondere zu nennen (Auszug):

Sulforaphan/Querzetin

klinische Studien (DKFZ Heidelberg 2012) zeigen die Wirkung gegenüber Tumorstammzellen und Tumor-induzierenden Zellen dergestalt, dass sie diese für das Immunsystem angreifbar machen.

Apigenin

klinische Studien (Ohio State University 2013) belegen eindeutig eine präventive Wirkung gegenüber Metastasen bei Brust- und Prostata-Tumoren als auch Prävention im Vorfeld.

DBP-MAF

Immunstimulanz. Nur in Form der Eigenherstellung durch den Arzt nach §13AMG unter seiner unmittelbaren fachlichen Verantwortung!

Weitere Substanzen sind alpha Liponsäure, Artesunate und Cordyceps-Präparationen.

Zirkulierende Tumorzellen (CTC)

Es gibt weltweit etliche Unternehmen, die sich mit zirkulierenden Tumorzellen (CTC) befassen und versuchen, aus deren Analyse medizinisch verwertbare Ergebnisse zu gewinnen. Bei einem Großteil dieser Unternehmen beschränkt sich dies auf eine Zählung der CTC vor und nach der Chemotherapie unter dem Gesichtspunkt, dass bei erfolgreicher Therapie eine Reduktion festzustellen sein müsste.

In neueren Untersuchungen wurde allerdings gezeigt, dass die Anzahl der Tumorzellen grundsätzlich zeitlichen Schwankungen unterworfen ist: Die CTC sind nicht gleich über alle Blutgefäße des Körpers verteilt, CTC werden aus dem epithelialen Gewebe und dem Knochenmark nachgeliefert, CTC zerfallen aufgrund von Intravasation und Extravasation, EMT-Übergänge verändern den CTC-Barcode, der zur Identifizierung dient, das Immunsystem zerstört ja nach Aktivität CTC im Blutstrom, CTC schließen sich zu Clustern zusammen.

Dies macht deutlich, dass die Beschäftigung mit den zirkulierenden Tumorzellen ein komplexes Feld ist und eine umfangreiche Peripherie an Geräten und Methoden voraussetzt um zu einem für den Therapeuten medizinisch verwertbarer Befund zu kommen.

Circulating tumor cells
Zirkulierende Tumorzellen

Die Schwierigkeiten im Umgang mit den CTC lassen sich gut anhand einer Graphik darstellen, die einem jüngst erschienen Review entnommen ist [Lit.: Bin Hong et al; Theranostics 2013, Vol. 3, p 377-394]. Im Bild (1) zeigen sich Vorkommen und Entwicklung der CTC in den Blutgefäßen und im Körper bis hin zu Metastasen.

Der Primärtumor gibt Einzelzellen und Cluster ab, die unter EMT-Übergängen in die Blutbahn eindringen. Dort wird die Hauptmenge der CTC in die Apoptose und Nekrose getrieben, sei es durch Vorschädigung der Zellstruktur beim Ablösen vom Primärtumor oder beim Eindringen in das Blutgefäßsystem oder durch das Immunsystem. Bei der Apoptose wird der Zellinhalt freigesetzt (CTMat, CTDNA), der u.a. niedermolekulare Substanzen, Proteine und DNA enthält.

Überlebende CTC können nun die Blutbahn wieder verlassen und an geeigneter Stelle Metastasen gründen oder sie assoziieren im Blutkreislauf zu Clustern (CTM), die als Konglomerate andere Blutbestandteile wie Erythrozyten und Leukozyten integrieren und auch die oben erwähnten CTDNA und CTMat enthalten. Diese Zell-Cluster (CTM) werden vom Blutstrom weiter transportiert, setzen sich aufgrund ihrer Größe in Kapillaren fest und bilden hier Mikrometastasen und später Metastasen.

Dies zeigt auf, dass für Untersuchungen an CTC und Folgeprodukten bestimmte Techniken und Methoden essentiell sind, um zu einer medizinisch relevanten Aussage zu kommen. Dazu zählen u.a.:

  • Mutationsanalyse im Genom
  • Genexpressionsanalyse im Transkriptom
  • Proteinqualifizierung und Quantifizierung im Proteom
  • Analyse niedermolekularer Substanzen (Aminosäuren etc.) im Metabolom
  • Immunhistochemie an einzelnen CTC

Um die Kette Primärtumor, CTC, Folgeprodukte und Metastasen unter dem Gesichtspunkt einer therapeutisch relevanten Aussage zu analysieren, werden von Metavectum Aussagen aus dem Genom, dem Transkriptom, dem Proteom und dem Metabolom verknüpft, da sich diese vier Ebenen nachweislich wechselseitig beeinflussen.

Das bedeutet auch, dass die einzelnen Ebenen (Genom, Proteom, Metabolom) in der Lage sind, Arbeitsanweisungen oder Informationen einer anderen Ebene zu ignorieren, zu blockieren oder gar in ihr Gegenteil zu verkehren. Zum Beispiel wird die im Transkriptom eintreffende Arbeitsanweisung, die Apoptose einer Zelle einzuleiten, manchmal auf der Ebene des Proteoms in ihr Gegenteil verkehrt.

Aus diesen Gründen ist es nötig, alle Ebenen zu betrachten, wenn man valide Aussagen treffen will.

Für die Analysen setzt Metavectum u.a. folgende eigene Verfahren und Geräte ein:

Genom, Transkriptom

Hybridisierungstechniken

Next Generation-Sequencing

PCR und RT-PCR

Mutations-Analyse: Pyrosequenzierung

Proteom und Metabolom Analyse

2D-Gel, FPLC, HPLC, GC,

MALDI-TOF

NMR Spektroskopie (600 MHz NMR)

Massen-Spektrometrie

Zellkultur

2D und 3D Zellkultur

Immunfluoreszenzmikroskopie

Einzelzellanalyse

Alle Analysen werden nach den international verbindlichen und vorgeschriebenen MIQE Guidelines durchgeführt. Alle Geräte sind CE-zertifiziert.