ctDNA beim CRC im multimodalen Therapiekonzept: Personalisierte Medizin

Das kolorektale Karzinom ist weltweit die dritthäufigste Krebserkrankung und die zweithäufigste Ursache krebsbedingter Todesfälle. Häufig wird die Diagnose erst in fortgeschrittenen Stadien gestellt, was die Prognose erheblich verschlechtert. Trotz bedeutender Fortschritte in der Chirurgie bleiben bei der Chemotherapie und bei zielgerichteten Therapien die frühzeitige Erkennung von Rezidiven, die Überwachung des Therapieansprechens sowie die Individualisierung der Behandlung nach wie vor eine große Herausforderung. Der Einsatz von Liquid Biopsies, insbesondere die Analyse von zirkulierender Tumor-DNA (ctDNA), verspricht eine grundlegende Veränderung im Management des kolorektalen Karzinoms. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass die Bestimmung der ctDNA derzeit nicht von den Kostenträgern übernommen wird. Dennoch weisen aktuelle Leitlinien der ESMO darauf hin, dass die ctDNA-Analyse zur Individualisierung der Therapie beim kolorektalen Karzinom herangezogen werden kann [1]. Aktuell untersucht die prospektive CIRCULATE-Studie der AIO (AIO-KRK-0217) den prädiktiven Wert von ctDNA für die Entscheidung über eine adjuvante Chemotherapie im Stadium II. Ein ähnlicher Ansatz wird auch in der US-amerikanischen COBRA-Studie (NCT04068103) verfolgt.

Definition von ctDNA

ctDNA bezeichnet kleine Fragmente der DNA, die von Tumorzellen in die Blutbahn freigesetzt werden. Diese Fragmente enthalten genetische Informationen des Tumors und können durch nichtinvasive Blutproben gewonnen und analysiert werden. ctDNA entsteht durch die Apoptose, Nekrose und möglicherweise aktive Sekretion von Tumorzellen. Diese DNA-Fragmente zirkulieren im Blut und sind typischerweise kürzer als normale zirkulierende DNA-Fragmente. Sie spiegeln die genetischen und epigenetischen Veränderungen des Primärtumors und eventueller Metastasen wider.

Technologische Methoden

Die Analyse von ctDNA erfordert hochsensitive und spezifische Methoden, da die Konzentration von ctDNA im Blut sehr gering sein kann. Zu den wichtigsten Techniken gehören die digitale PCR (dPCR) sowie Next Generation Sequencing (NGS)-Verfahren.

Mittels dPCR lassen sich einzelne oder mehrere Tumormutationen (bei Multiplexverfahren) mit sehr hoher Sensitivität und Spezifität in Plasma-ctDNA nachweisen. Durch den gezielten Ansatz sind die Kosten niedriger als bei NGS; die Durchführung der Messung ist bei standardisierten Tests innerhalb von ein bis zwei Arbeitstagen möglich.

Mittels NGS können gezielt unterschiedlich umfangreiche Panels von Tumormutationen oder ungezielt umfassende Gen­charakterisierungen vorgenommen werden, unter anderem in Whole-Exome-Sequencing(WES)- oder Whole-Genome-Sequencing(WGS)-Ansätzen.

Dank verschiedener Methoden zur Fehler­unterdrückung oder -kontrolle und sehr tiefer Sequenzierung (mindestens 3.000-fach) werden heutzutage ebenfalls hohe Sensitivitäten von bis zu 0,1 % Variant Allele Frequency (VAF) und sogar noch niedriger erreicht, die die strengen Qualitätsanforderungen der Richtlinien der Bundesärztekammer (RiliBäK) von < 0,5 % VAF erfüllen – diese sind für Liquid-Biopsy-Labore verbindlich. Weiterentwicklungen der NGS-Methode, die eine Vielzahl an Mutationen oder auch Fragmentierungs- und Methylierungsmuster der Plasma-DNA miteinbeziehen – welche durch Machine Learning miteinander verrechnet werden –, erreichen noch höhere Sensitivitäten. Diese sind zum Beispiel für den Nachweis einer minimalen Resterkrankung in der Tumornachsorge erforderlich.

Im klinischen Alltag werden vorgefertigte Kits verwendet, die eine Anzahl von weniger als zehn Mutationen im Sinne einer zielgerichteten („targeted“) Analyse adressieren. Daher bedeutet ein negativer ctDNA-Nachweis nicht notwendigerweise eine negative ctDNA. Hierfür ist ein Abgleich mit einer Mutationsanalyse des Tumors erforderlich und daran anschließend einer sich daraus ergebenden Neudefinition potenzieller Mutationstargets. NGS-basierte Analysen erlauben eine komplette Aufarbeitung der genetischen Veränderungen in ctDNA und ermöglichen die Detektion von Mutationen, Kopiezahlvariationen und Methylierungsmustern. 

Eine der größten Herausforderungen bei der Nutzung von ctDNA ist die Standardisierung der Analytik. Unterschiede in den Protokollen zur Blutentnahme, DNA-Extraktion und Analyse können die Vergleichbarkeit der Ergebnisse beeinträchtigen. Es ist notwendig, standardisierte und validierte Protokolle zu entwickeln, um die Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der ctDNA-Analysen zu gewährleisten.

Die Technologie zur Analyse von ctDNA entwickelt sich ständig weiter. Neue Methoden wie Einzelmolekül-Real-Time(SMRT)- und Longread-Sequenzierung bieten das Potenzial für noch sensitivere und umfassendere Analysen. Darüber hinaus könnten Kombinationen von ctDNA mit anderen Biomarkern wie zirkulierenden Tumorzellen (CTCs) und Proteomen zu einer noch präziseren Diagnostik und Überwachung führen.

Bedeutung von ctDNA in der modernen Onkologie

Die stadienabhängige Therapie des kolorektalen Karzinoms basiert bisher auf der TNM-Klassifikation (Primärtumor [T], regionäre Lymphknotenmetastasen [N] und Fernmetastasen [M]). Hierbei bleiben tumorbiologische Kriterien weitgehend unberücksichtigt, was zu einer Über- oder Untertherapie führen kann. In den vergangenen Jahren hat die Forschung jedoch gezeigt, dass die Analyse von ctDNA wertvolle Informationen über die genetische Beschaffenheit und Dynamik von Tumoren liefern kann. Diese Erkenntnisse können genutzt werden, um die Diagnose zu verfeinern, den Krankheitsverlauf zu überwachen und fundierte Therapieentscheidungen zu treffen. Besonders beim kolorektalen Karzinom bietet ctDNA das Potenzial, die Prognose zu verbessern und das Management, insbesondere im multimodalen Kontext, weiter zu individualisieren (Abb. 1) [2].

Die Bestimmung der ctDNA mittels Liquid Biopsy ist jedoch mit einer Reihe von Schwierigkeiten verbunden, unter anderem mit der oft extrem geringen Konzentration von ctDNA.

Prognoseparameter

Eine Vielzahl von Studien zeigt einen Zusammenhang zwischen einem positiven Nachweis von ctDNA beim kolorektalen Karzinom und dem Gesamtüberleben. Dabei konnte ein Zusammenhang vor Therapiebeginn zum Zeitpunkt der Diagnosestellung, postoperativ nach Resektion und auch nach Chemotherapie aufgezeigt werden [3, 4].

Therapieansprechen

Im Bereich des Rektumkarzinoms kommen im nichtmetastasierten lokal fortgeschrittenen Tumorstadium die Strahlen­therapie sowie Systemtherapien neoadjuvant zum Einsatz. Die Integration der ctDNA in das Behandlungskonzept stellt einen zusätzlichen Faktor dar, das Therapieansprechen zu validieren, und korreliert mit dem zukünftigen Gesamtüberleben [5].

Des Weiteren kann durch Intensivierung der Vorbehandlung mittels Strahlen- und Chemotherapie [6–8] bei einem Teil der Patient:innen eine komplette Remission erzielt und so bei einigen Betroffenen eine Resektion vermieden werden. Der klinische Nachweis einer kompletten Remission stellt dabei weiterhin ein Problem dar und erfolgt mittels Schnittbildgebung und Endoskopie. In einer Studie von Wang et al. konnte durch die Kombination einer MRT-Diagnostik mit der ctDNA die Patientensicherheit in Bezug auf eine komplette Remission signifikant verbessert werden [9].

Bedeutung der ctDNA in der Adjuvanz

Prognostische Bedeutung von ctDNA nach der Operation

Nach der chirurgischen Entfernung eines kolorektalen Tumors stellt die Detektion von ctDNA einen starken Indikator für eine minimale Resterkrankung (MRD) dar. Studien haben gezeigt, dass Personen mit nachweisbarer ctDNA nach der Operation ein signifikant höheres Risiko für ein Rezidiv haben als Personen ohne nachweisbare ctDNA. Die ctDNA-Analyse könnte somit helfen, Hochrisikopatient:innen zu identifizieren, die von einer intensiveren adjuvanten Therapie profitieren könnten.

ctDNA als Marker für MRD

Die Detektion von MRD ist entscheidend für die Prognose und das Management von Betroffenen nach der Operation. ctDNA kann genutzt werden, um kleinste Mengen residualer Tumorzellen (MRD) wie zum Beispiel Mikrometastasen zu erkennen, die durch bildgebende Verfahren nicht nachweisbar sind. Damit stellt die ctDNA eine Erweiterung des histopathologischen R-Status dar und könnte zukünftig als „molekularer R-Status“ interpretiert werden. Malla et al. konnten in diesem Zusammenhang aufzeigen, dass nach Resektion der positive Nachweis von ctDNA über alle Stadien hinweg mit einem signifikant erhöhten Risiko für das Auftreten eines Tumorrezidivs verbunden ist [10].

Diese postoperative Information hat eine Implikation in der Qualitätskontrolle chirurgischer Maßnahmen und einer Risikostratifizierung der Betroffenen. Die Aussagen über den molekularen Resektionsstatus homogenisieren Patientenkollektive für klinische Studien und werden daher zunehmend als Einschlusskriterium in Adjuvanzstudien herangezogen. Die Integration von ctDNA-Analysen könnte diese Entscheidung präzisieren, indem sie eine genauere Risikobewertung ermög­licht. Patient:innen mit nachweisbarer ctDNA könnten intensiver behandelt werden, während Erkrankten ohne ctDNA möglicherweise eine unnötige Chemotherapie erspart bleibt.

Die Entscheidung über eine adjuvante Systemtherapie beim kolorektalen Karzinom nach Resektion basiert traditionell auf klinisch-pathologischen Kriterien in den Stadien I–III. Dies hat bei einem Teil der Betroffenen eine Übertherapie mit einer assoziierten Morbidität bzw. eine Untertherapie im adjuvanten Setting nach Chemotherapie zur Folge. Eine wegweisende Arbeit von Tie et al. an 441 Personen mit kolorektalem Karzinom Stadium II konnte zeigen, dass eine ctDNA-dirigierte Indikation zur adjuvanten Chemotherapie zu einer Halbierung der durchgeführten Chemotherapien geführt hat (28 vs. 15 %). Bei der ctDNA-guided Gruppe wurde eine Intensivierung mit einer Oxaliplatin basierten Dublette signifikant häufiger durchgeführt. Diese risikoadaptierte Therapiestrategie mit weniger Chemotherapie führte nicht zu einer Verschlechterung des Überlebens (91,7 vs. 92,4 % Drei-Jahres-Überleben) [11].

In der Studie von Kotani et al. konnte in einer Subgruppenanalyse aufgezeigt werden, dass bei Personen mit kolorektalem Karzinom Stadium II–IV nach Resek­tion bei postoperativer ctDNA-Positivität das Überleben durch eine adjuvante Chemo­therapie signifikant verbessert werden konnte [3]. Bei ctDNA-negativen Patient:innen hatte ein adjuvante Therapie über alle Stadien keinen Effekt.

Die Möglichkeit, eine positive ctDNA nach Tumorresektion durch eine adjuvante Chemotherapie in einen negativen ctDNA-Status zu überführen, resultiert in einem signifikant besseren Überleben [10].

Ziel muss eine maßgeschneiderte multimodale Therapie zur Verringerung vermeidbarer Nebenwirkungen bei gleichzeitiger Nutzung aller Therapieoptionen sein (Abb. 2) [2].

Monitoring des Therapieansprechens

Während der adjuvanten Chemotherapie kann ctDNA zur Überwachung des Therapieansprechens genutzt werden. Ein Rückgang der ctDNA-Spiegel könnte auf ein gutes Ansprechen hinweisen, während persistierende oder ansteigende ctDNA-Spiegel eine Anpassung der Therapie erfordern könnten. Dies ermöglicht eine dynamische und individuelle Anpassung der Behandlung.

Studien im adjuvanten Setting

Verschiedene klinische Studien haben die Rolle von ctDNA im adjuvanten Setting untersucht. Eine der bekanntesten ist die DYNAMIC-Studie, die die Nutzung von ctDNA zur Entscheidungsfindung über adjuvante Chemotherapie bei Patient:innen mit kolorektalem Karzinom im Stadium II untersucht [11]. Die Ergebnisse dieser Studien haben das Potenzial, die klinische Praxis zu verändern und ctDNA als Standardwerkzeug in der postoperativen Überwachung zu etablieren.

Nachsorge und palliative Versorgung

Früherkennung von Rezidiven und Metastasen

Nach Resektion respektive einer kompletten Remission unter Chemotherapie und Strahlentherapie kann die Messung der ctDNA zur frühzeitigen Erkennung von Tumorrezidiven und Metastasen genutzt werden.  Dies ist besonders wichtig, da eine frühzeitige Intervention die Lebensqualität und das Überleben der Erkrankten verbessern kann. Regelmäßige ctDNA-Analysen ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung und eine schnellere Reaktion auf Krankheitsprogression. Die Analyse der ctDNA ist dabei der konventionellen Computertomographie in einer Studie von Scholer et al. bezüglich des Detektionszeitpunkts signifikant überlegen [12].

Monitoring des Therapieansprechens und Resistenzmutationen

Besonders in der palliativen Situation ist es entscheidend, die Balance zwischen dem Nutzen und den Nebenwirkungen einer systemischen Therapie zu wahren. ctDNA kann als Marker für die Tumorlast fungieren und wertvolle Informationen über das Ansprechen auf die Therapie liefern. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für das Anpassen der Behandlungsstrategien und die Auswahl des optimalen Therapiekonzepts. Eine der größten Herausforderungen im palliativen Bereich ist die Entwicklung von Resistenzen gegen die Behandlung. ctDNA kann genutzt werden, um genetische Veränderungen und Resistenzmutationen frühzeitig zu identifizieren. Im Kontext der zielgerichteten Therapie in der Präzisionsonkologie ist das Erkennen von selektionierten Tumorklonen, neuen Mutationen oder dem Verschwinden von Tumorzellen in der Targetläsion von großer Bedeutung [13]. Wenn spezifische genetische Veränderungen identifiziert werden, können diese für gezielte Therapien genutzt werden. Dies ermöglicht eine an die Tumorbiologie angepasste personalisierte Behandlung.

Studien im palliativen Setting

Mehrere Studien haben die Nutzung von ctDNA im palliativen Setting untersucht. In einer Studie von Hua et al. konnte gezeigt werden, dass ctDNA ein effektiver Marker für die Überwachung der Therapie und die Erkennung von Resistenzmutationen bei Menschen mit einem metastasierten kolorektalen Karzinom ist [14]. Diese Studien unterstreichen das Potenzial von ctDNA als Werkzeug für die personalisierte Medizin im palliativen Setting.

Praktische Anwendung

Integration in die klinische Routine

Die Integration von ctDNA-Analysen in die klinische Routine erfordert die Zusammenarbeit zwischen Klinik, Pathologie und Labor. Es ist wichtig, Schulungen und Fortbildungen anzubieten, um das Bewusstsein und Verständnis für die Nutzung von ctDNA zu fördern. Klinische Algorithmen und Leitlinien sollten entwickelt werden, um den Einsatz von ctDNA in der Praxis zu standardisieren.

Nutzen und Grenzen in der täglichen Praxis

Der Nutzen von ctDNA in der täglichen Praxis liegt in der nichtinvasiven Natur der Testung, der Möglichkeit zum frühzeitigen Erkennen von Rezidiven und der Überwachung des Therapieansprechens. Allerdings gibt es auch Grenzen wie die Variabilität der ctDNA-Spiegel und die Notwendigkeit hochsensitiver Analyse­methoden. Es ist wichtig, die Ergebnisse der ctDNA-Analyse im klinischen Kontext zu interpretieren und in Kombination mit anderen diagnostischen Verfahren zu nutzen.

Ökonomische Aspekte

Die Durchführung von ctDNA-Analysen kann mit erheblichen Kosten verbunden sein. Eine Kosten-Nutzen-Analyse sollte die potenziellen Vorteile wie verbesserte Prognose und Therapieanpassung gegenüber den Kosten der Testung und Analyse abwägen. Es ist wichtig, ökonomische Aspekte zu berücksichtigen und Strategien zur Kostensenkung zu entwickeln, um die breite Implementierung von ctDNA-Analysen zu ermöglichen.

Patientenaufklärung und ethische Überlegungen

Die Aufklärung der Patient:innen über die Bedeutung und Anwendung von ctDNA ist entscheidend für den Erfolg der Therapie. Betroffene sollten über die Möglichkeiten und Grenzen der ctDNA-Analyse informiert werden. Ethische Überlegungen wie der Schutz der genetischen Daten und die Auswirkungen von Testergebnissen auf die psychische Gesundheit der Erkrankten sollten ebenfalls berücksichtigt werden.

Entwicklungen und Perspektiven

Forschungsprojekte

Die Forschung zur Nutzung von ctDNA beim kolorektalen Karzinom ist ein aktives und dynamisches Feld. Aktuelle Projekte erforschen neue Analysemethoden, die Rolle von ctDNA in verschiedenen Krankheitsstadien sowie die Integration von ctDNA in personalisierte Therapieansätze. Zukünftige Studien sollten die Langzeitwirksamkeit und den klinischen Nutzen von ctDNA-Analysen weiter untersuchen.

Interdisziplinäre Ansätze

Die erfolgreiche Nutzung von ctDNA erfordert eine interdisziplinäre Zusammenarbeit von Onkologie, Molekularbiologie, Pathologie und Bioinformatik. Interdisziplinäre Ansätze und Netzwerke können den Wissensaustausch fördern und die Entwicklung neuer Techniken und Anwendungen vorantreiben. Zusammenarbeit und Kommunikation sind entscheidend für die Weiterentwicklung und Implementierung von ctDNA in der klinischen Praxis.

Visionen für die Zukunft

Die Vision für die Zukunft der Onkologie mit ctDNA umfasst eine präzisere und personalisierte Medizin, die auf die individuellen genetischen Profile der Patient:innen abgestimmt ist. ctDNA könnte in Zukunft eine zentrale Rolle bei der Überwachung von Krebs und der Anpassung von Therapien spielen. Fortschritte in der Technologie und Methodik werden dazu beitragen, die Sensitivität und Spezifität der ctDNA-Analyse weiter zu verbessern und neue Anwendungen zu erschließen.

Fazit

Die wichtigsten Erkenntnisse

Der Einsatz von ctDNA beim kolorektalen Karzinom eröffnet vielfältige Vorteile und Chancen. Im adjuvanten Bereich kann ctDNA zur Erkennung von minimaler Resterkrankung und zur Entscheidungsfindung über adjuvante Therapien herangezogen werden. Im palliativen Kontext ermöglicht ctDNA die Überwachung der Tumorlast, die Identifizierung von Resis­tenzmutationen und die Anpassung der Therapie. Fortschritte in der Technologie und neue Analyse­methoden erhöhen dabei die Sensitivität und Spezifität der ctDNA-Tests.

Bedeutung für die personalisierte Medizin

ctDNA hat das Potenzial, die personalisierte Medizin zu revolutionieren. Durch die Bereitstellung detaillierter genetischer Informationen über den Tumor kann ctDNA dazu beitragen, Therapien individuell anzupassen und die Prognose der Betroffenen zu verbessern (Abb. 3).

Die Integration von ctDNA in die klinische Praxis erfordert jedoch weitere Forschung, Standardisierung und die Entwicklung klinischer Leitlinien.

Ausblick

Die Zukunft der ctDNA-Forschung und -Anwendung ist äußerst vielversprechend. Künftige Entwicklungen könnten die Sensitivität und Spezifität der ctDNA-Analysen weiter steigern und neue Einsatzmöglichkeiten bei verschiedenen Krebsarten eröffnen. Dennoch bleiben Herausforderungen wie die Standardisierung der Analytik, die Kosten-Nutzen-Bewertung sowie ethische Fragestellungen, die es zu bewältigen gilt, um das volle Potenzial von ctDNA auszuschöpfen. Abschließend lässt sich sagen, dass ctDNA ein wertvolles Werkzeug in der modernen Onkologie darstellt, das zur Verbesserung der Diagnostik, Überwachung und Therapie des kolorektalen Karzinoms beitragen kann. Mit kontinuierlicher Forschung und technologischem Fortschritt wird ctDNA zunehmend an Bedeutung gewinnen und einen wichtigen Beitrag zur personalisierten Krebsbehandlung leisten.