Der frühe Wurm fängt den Krebs

Erinnert ihr euch noch an die Krebs-erschnüffelnden Hunde? Bereits vor einigen Jahren war das ein ziemlich großes Thema, Hundebilder werten natürlich jeden Artikel medienwirksam auf. Im Prinzip ging es darum, dass Krebszellen bestimmte Duftstoffe absondern, die von Hunden auch im System Mensch wahrgenommen werden konnten und das ziemlich gut, nachzulesen z.B. hier. Dass sich diese sehr Erkennungsmethode als leider nicht massentauglich erwiesen hat, liegt u.a. in der Natur des Hundes selbst. Sobald die Hunde ihre Konzentration nicht mehr aufrechterhalten konnten, sank die Genauigkeit der Erkennungsrate. Für groß angelegtes Screening sind die Vierbeiner daher bisher noch nicht zu gebrauchen.

Trotzdem bleibt der Ansatz vielversprechend und wurde daher auch von dieser japanischen Arbeitsgruppe aufgegriffen. Für ihre Versuche verwendeten sie allerdings Würmer, genau genommen Caenorhabditis elegans, kurz C.elegans, einen Fadenwurm. Dieser kleine Wurm ist in den Laboren der Welt sehr beliebt. Das liegt vor allem an seiner stets konstanten Anzahl von Zellen, jeder Hermaphrodit besitzt exakt 959 Zellen, und jedes Männchen genau 1031 Zellen. Darüber hinaus sind sie quasi durchsichtig. Dieser Umstand macht die Würmchen besonders beliebt in der Entwicklungsbiologie, aus dem simplen Grund, dass man gut sehen kann was vor sich geht. In dieser Veröffentlichung ging es aber um olfaktorische Krebserkennung. C.elegans wurde gewählt, da nach Analyse seines Genoms mindestens 1500 sogenannte G-protein-gekoppelte Rezeptoren erwartet wurden, und darunter einige, die für die olfaktorische Erkennung wichtig sein könnten.

Da nicht alles was einem so vorschwebt gleich am Menschen ausprobiert werden darf, ging es für die Würmer erst einmal in die Zellkultur. Hier dienten zunächst verschiedene Krebszelllinien als Testsystem im Vergleich mit Zelllinien von normalen humanen Geweben. Zellen werden in Kultur in Nährmedien gehalten und sekretieren allerlei Stoffe, darunter auch Duftstoffe. Auf der Oberfläche der Medien bildet sich dabei ein klarer Film, der normalerweise ignoriert wird. Hier wurde dieser Film allerdings gesammelt und auf eine Platte aufgetragen. Dann wurden 50-100 Würmer auf die Platte gelegt und beobachtet, ob sie sich von dem Duft angezogen oder abgestoßen fühlten, bzw. sich überhaupt bewegten. Das sieht dann so aus, wie auf dem Bild unten.

Die Würmer wurden stets an der Stelle mit dem weißen Dreieck aufgetragen. Auf dem Bild oben wurden zunächst nur Duftstoffe von Krebszellen verwendet. In der Vergrößerung kann man gut erkennen, dass die Würmer sich davon angezogen fühlten, wohingegen auf dem mittleren Bild sich die Würmer von dem normalen Gewebe wegbewegt haben. Um Effekte des Mediums selbst auszuschließen, wurde dabei auf der Gegenüberliegenden Seite jeweils unbehandeltes Medium aufgetragen. Im direkten Vergleich der verschiedenen Zelltypen, dem dritten Bild, bevorzugen die Würmer das Krebsgewebe links, gegenüber dem normalen Gewebe auf der rechten Seit. Genannt wird diese Bewegung auf Grund von chemischen Reizen als Chemotaxis. Quantifiziert sieht man das Ganze dann ganz unten dargestellt. Ein positiver Chemotaxis-Index beschreibt dabei Anziehung und ein negativer Wert Abstoßung. Dabei wurden verschiedene Verdünnungen der aufgetragenen Duftstoffe eingesetzt. Bei höherer Konzentration zeigten die Würmer eine weniger starke Anziehung.

Die Zusammenfassung seht ihr in der Abbildung unten. Die Medien wurden in jeweils zwei verschiedenen Verdünnungen aufgetragen, daher immer zwei Balken. Die ersten fünf Balken mit negativem Chemotaxis-Index bezeichnen entweder normale Zelllinien (z.B. KMST-6) oder frisches Medium (z.B. RPMI). Die restlichen Balken mit einem positiven Chemotaxis-Index beschreiben die verschiedenen Krebszelllinien. Es wurden u.a. Zelllinien von Brust- und Colonkrebs verwendet. Man kann sehen, dass sich die Würmer signifikant zu den Krebszelllinien hingezogen fühlten.

Als nächstes wurde dieses für die Zellkultur funktionierende System an Gewebeschnitten von Krebspatienten im Vergleich zu normalen Gewebe desselben Patienten getestet. Um es kurz zu machen: auch das hat gut funktioniert.

Der eigentliche Sinn hinter der Krebs-Geruchserkennung durch Hunde war aber, dass das System nicht-invasiv erfolgen konnte. Anstatt einen möglichen Patienten umständlich zu öffnen um möglichweise bösartiges Gewebe zur Untersuchung zu gewinnen, konnte man einfach einen Hund schnüffeln lassen. Um dies auf die Würmer anwenden zu können, wurden nun von verschiedenen Krebspatienten sowohl Urin- als auch Blutproben gewonnen. Dabei zeigte sich schnell, dass die Blutproben für einen Geruchstest nicht geeignet waren. Es gab keinen Unterschied zu den gesunden Kontrollproben. Die Autoren diskutieren, dass dies an der Anwesenheit anderer starker Duftstoffe bzw. Molekülen, welche die eigentlichen Krebsduftstoffe überdecken könnten, liegt. Bei den Urinproben zeigte sich allerdings, dass bei einer 10-fachen Verdünnung die Würmer sich zu den Patientenproben hingezogen fühlten, sich aber von den gesunden Kontrollen wegbewegten. Zu sehen ist das in der nächsten Abbildung. Es wurden zehn gesunden Kontrollen (c1-c10) gegen 20 verschiedene Krebspatienten getestet (p1-p20).

Um dieses viel versprechende System endlich einmal in realer Umgebung zu testen, wurden über 200 Urinproben gesammelt, davon rund 10 % von Krebspatienten und mit dem Nematoden-Geruchserkennungstest (NSDT) überprüft. Der positive Vorhersagewert lag dabei bei 67,6%, es gibt also eine gewisse Anzahl an falsch positiv erkannten Proben. Allerdings lag die Sensitivität bei 95,0%. Die Ergebnisse aus dem NSDT wurden dann mit herkömmlichen Tumormarkern verglichen, darunter CEA und p53. Die Spezifizität als auch Sensitivität des NSDT war dabei gegenüber der herkömmlichen Marker deutlich erhöht. Außerdem war der Test in der Lage mit großer Genauigkeit Tumoren in allen Stadien, insbesondere den frühen, zu erkennen.

Eine Zusammenfassung seht ihr unten. Dargestellt ist die Sensitivität der Erfassung durch verschiedene herkömmliche Tumormarker (CEA, Anti-p53, DiAcSpm), deren zusammengefasster Wert (some TMs) im Vergleich mit dem neuen NSDT. Die anderen Marker sind dabei nur in Stadium IV ähnlich sensitiv. Auch sonst schnitt der neue Test deutlich besser ab als die üblich verwendeten Marker.

Besonders zu bemerken ist, dass der neue Test fünf Teilnehmer zum Zeitpunkt der Messung fälschlicherweise als Krebs-positiv identifizierte, diese aber innerhalb von zwei Jahren tatsächlich Krebs entwickelten. Das System wurde in dieser Studie erfolgreich bei Krebs in Geweben von Brust, Rectum, Colon, Pankreas, Prostata und der Speiseröhre angewandt.

Ihr solltet euch also nicht wundern, wenn euer Arzt beim nächsten Termin zur Krebsvorsorge ein paar Würmer aus dem Glas holt.

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