Biomarker sind ein wichtiger Bestandteil der personalisierten Medizin. Deshalb thematisiert der erste Blogbeitrag des Jahres die enorme Bedeutung dieser Marker.

Was ist ein Biomarker

Laut des National Institutes of Health sind Biomarker Merkmale, die objektiv gemessen werden können und als Indikatoren für normale oder pathogene biologische Prozesse, sowie für pharmakologische Reaktionen auf therapeutische Behandlung dienen.¹ Sie fungieren somit als Referenz für verschiedene Vorgänge im Körper und geben Hinweise auf das Vorhandensein und die Schwere eines Krankheitszustandes.

Beispiele für Biomarker

• Körpertemperatur: eine Erhöhung weist darauf hin, dass der Körper mit einer Krankheit kämpft²
• Hormon HCG (humanes Choriongonatropin): im Urin ein Hinweis für eine Schwangerschaft²
• C-reaktives Protein (CRP): eine erhöhte Konzentration im Blut ist ein Indikator für eine Entzündung, Infektion oder einen Gewebeschaden³

Die Anzahl der verfügbaren Biomarker wächst kontinuierlich, gerade durch eine immer weiter fortschreitende Aufklärung der molekularen Grundlagen.²

Klassifizierung

Die Einteilung erfolgt grob in molekulare und DNS-basierende Biomarker. Erstere besitzen biophysikalische Eigenschaften, die die Messung in biologischen Proben wie Plasma, Urin, Speichel oder in Biopsien ermöglicht.² Ein Beispiel hierfür wäre das Messen der Glucosekonzentration im Urin: ist dieser Wert erhöht, dann ist dies ein Anzeichen für die Krankheit Diabetes.² DNS-basierende Marker sind zum Beispiel Genmutationen oder Polymorphismen, aber auch Transkripte, Proteine, Peptide oder Metaboliten.

Eine genauere Klassifizierung erfolgt anhand der Anwendung:⁴

• Diagnostische und prognostische Biomarker werden unter krankheitsbezogenen Biomarkern zusammengefasst. Sie geben an, ob eine Krankheit existiert (diagnostisch) oder wie sich eine solche Erkrankung im Einzelfall unabhängig von der Art der Behandlung entwickelt (prognostisch).⁵
• Ein prädikativer Marker, auch behandlungsbezogen genannt, gibt Hinweise auf die wahrscheinliche Wirkung einer spezifischen Behandlung auf den Patienten.⁵
• Pharmakodynamische Biomarker zeigen die mögliche Wirksamkeit von Medikamenten,
• wohingegen toxikologische Aufschluss darüber geben, ob ein neues Medikament Nebenwirkungen hat und wann die maximale tolerable Dosis davon erreicht ist.⁵
• Surrogat-Parameter sind indirekte Biomarker, die teilweise den primären klinischen Endpunkt (= Hauptziel der Studie, zum Beispiel die Überlebensrate oder die Tumorregression oder – stagnation) einer Studie ersetzen können.⁵

Bedeutung in der Onkologie

Vor allem in der Onkologie sind Biomarker von enormer Bedeutung. Durch moderne Diagnosemethoden wie molekular-genetische Analysen von Gewebe- oder Blutproben können folgende Fragen beantwortet werden:⁶ Welche Veränderungen liegen in der Tumorzelle im Vergleich zu einer gesunden Zelle vor? Durch was werden diese Veränderungen charakterisiert? Dadurch können geeignete Biomarker gefunden werden und der Tumor genau an dieser Stelle angegriffen werden.⁶

Ausgewählte Beispiele

Bei einem Blick auf die fünf häufigsten Todesursachen in Deutschland lässt sich erkennen, dass sowohl Krebs als auch der Herzinfarkt unter den Top 3 zu finden sind. Aus diesem Grund beschäftigen sich die nächsten zwei Absätze mit diesen beiden Erkrankungen. Im dritten Absatz wird Alzheimer thematisiert.

Krebs

• Brustkrebs ist die häufigste vorkommende Krebsart bei Frauen
• jedes Jahr kommen rund 69.000 Neuerkrankungen hinzu
• fast ein Drittel erhalten die Diagnose bereits vor dem 55. Lebensjahr
• ca. 18.300 Menschen starben an dieser Form des Krebses (2015) ⁷⁸

Auch hier gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Formen, das bedeutet, dass unterschiedliche Gene betroffen und somit mutiert sind.

Bei einer besonders aggressiven Form spielt das Gen ERBB2 eine entscheidende Rolle. Dieses kodiert den Wachstumsfaktorrezeptor HER-2. Dieser Rezeptor steht für Humaner Epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor Typ 2 (englisch: human epidermal growth factor 2) und befindet sich auf den Zelloberflächen.⁹ Nach Aktivierung dieses Proteins wird die Zellproliferation stimuliert und Apoptose gehemmt.²

Über diesen Rezeptor werden Signale von der Oberfläche in das Innere der Zelle weitergeleitet.⁹ Normale, gesunde Zellen besitzen relativ wenig solcher Proteine.⁹ Durch eine Amplifikation (Vermehrung) werden die kodierenden DNA-Abschnitte vermehrt, was mit einer Überexpression der Rezeptoren einhergeht.⁹ Sind auf der Oberfläche von Tumorzellen zu viele solcher HER-2 Rezeptoren, teilen sich die Zellen häufiger⁹ der Tumor wächst schneller und unkontrollierter.⁹ Diese vermehrte Bildung von HER-2 kommt bei ca. 20% aller Brustkrebspatienten vor und hat einen direkten Einfluss auf den Verlauf der Erkrankung.⁹ Durch einen Gentest lässt sich bestimmen, ob jemand HER-2 positiv ist.¹⁰ Ist dies der Fall, wird das Zytostatikum Trastuzumab bei der Behandlung eingesetzt.¹⁰

Das Protein HER-2 ist somit ein prädikativer Biomarker.⁵ Durch den Nachweis der Überexpression des Rezeptors, lässt sich die entsprechende Therapie auswählen und vorhersagen, dass diese erfolgversprechend ist.⁵

Herzinfarkt (Myokardinfarkt)

Der Herzinfarkt ist die häufigste Todesursache weltweit.² Dabei stirbt Herzmuskelgewebe ab – meist infolge einer Gefäßverstopfung.¹¹ Der Herzmuskel ist wie die Skelettmuskeln auch aus Muskelfasern aufgebaut.¹² Diese wiederum bestehen aus hunderten von Muskelfibrillen (Myofibrillen), in denen fadenartige Stränge enthalten sind, sogenannte Myofilamente.¹² Daran angeheftet sind verschiedene Eiweiße, die den Herzmuskel beim auseinander- und zusammenziehen unterstützen.¹² Eines dieser Eiweiße ist Troponin, welches nur durch Herzschäden aus den Herzmuskelzellen ins Blut freigesetzt wird.¹²

Somit wird dieser Eiweißkomplex neben einem EKG bei der Diagnose verwendet.¹¹Die Konzentration von Troponin ist somit ein diagnostischer Biomarker, der auf eine Schädigung hindeutet.

Alzheimer

Demenz wird zum immer größeren Problem unserer Gesellschaft. Weltweit wird die Anzahl der Erkrankten von 2010 bis 2050 um mehr als das Dreifache ansteigen. In Deutschland leben aktuell 1,5 Millionen Demenzkranke (Stand 2014).¹³ Zwei Drittel von ihnen haben bereits das 80. Lebensjahr vollendet, nur knapp 20.000 sind jünger als 65 Jahre.¹³ Es wird damit gerechnet, dass jährlich 40.000 neue Fälle dazu kommen, sodass 2050 allein in Deutschland 3 Millionen Erkrankte leben werden.¹³

Die häufigste Form der Demenz ist Alzheimer, die in der Regel bei Menschen ab 65 Jahren auftritt.² Es entstehen dabei charakteristische Ablagerungen, welche durch sogenannte Tau-Proteine oder β-Amyloid-Peptide verursacht werden.^2,14 Bevor die Krankheit ausbricht, verändert sich die Konzentration dieser Proteine.² Diese Veränderung werden im Liquor (Nervenwasser) nachgewiesen.²

Durch die Entdeckung dieser diagnostischen Biomarker wird eine frühzeitige Diagnose dieser Krankheit ermöglicht.¹⁴ Außerdem stellen diese Marker einen Angriffspunkt für die Entwicklung von Wirkstoffen dar. Bislang gibt es noch kein Medikament, dass die Krankheit heilt.² Doch durch die immer bessere Aufklärung und das immer bessere Verständnis der Krankheit befinden sich derzeit 92 Medikamente in der Entwicklung.¹⁵

 

Ansprechpartner:

Kristina Schraml (kristina.schraml@biovariance.com)

Quellen