Was sind Biomarker?

Allgemeine Definition

Ganz allgemein umfasst der Begriff Biomarker charakteristische biologische Merkmale, welche molekular, anatomisch, physiologisch oder biochemisch sein können. Diese Merkmale können objektiv, präzise und reproduzierbar gemessen und ausgewertet werden. Sie weisen zum einen auf den gesundheitlichen Zustand eines Patienten hin und können zum Beispiel Informationen darüber liefern, ob ein Patient bereits erkrankt ist oder wie sich eine Erkrankung weiter entwickeln wird. Zum anderen gibt es Biomarker, die auf die Wirkung einer Therapie bzw. eines Medikamentes hinweisen.

Beispiele für Biomarker, die Informationen über den Gesundheitszustand liefern, sind:

• die Höhe des Blutdrucks,
• die Form eines Leberflecks,
• die Menge eines Eiweißstoffes (Proteins) oder anderer Substanzen im Blut oder
• die Veränderung im Erbgut (Genom) von Zellen.

Je nach Befund wird so auf ein Krankheitsbild geschlossen und die Therapie entsprechend ausgerichtet.

• Ein hoher Blutdruck kann ein Indikator für einen drohenden Herzinfarkt sein, 
• ein abnormal geformter Leberfleck kann auf Hautkrebs hinweisen,
• das Vorhandensein von großen Mengen Zuckers im Blut über einen längeren Zeitraum kann ein Zeichen für Diabetes sein und
• eine Veränderung im Genom kann ein erhöhtes Krebsrisiko bedeuten.
   

Definition in der Onkologie

In der Onkologie gibt es verschiedene Arten von Biomarker, die Informationen über die Wirksamkeit von Krebsmedikamenten liefern.  

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Indirekte Wirksamkeitsprüfung für Krebsmedikamente über molekular-basierte Biomarker

Unter molekular-basierten Biomarkern versteht man Eiweißstoffe (Proteine) und deren Funktion, DNA sowie RNA. Die molekular-basierten Biomarker können mit Hilfe von Wirksamkeitstests für Krebsmedikamente analysiert werden. Dabei wird zum Beispiel das Vorhandensein (Expression) eines Proteins oder das Vorliegen einer Veränderung der DNA (Mutation) untersucht. Diese molekular-basierten Biomarker zeigen in der klinischen Literatur eine prädiktive Assoziation mit dem klinischen Ansprechen. Dies erlaubt einen Rückschluss auf die Wirksamkeit von Medikamenten auf Krebszellen. Für die Vorhersage der Wirksamkeit eines Medikaments kann es einen oder mehrere molekular-basierte Biomarker geben.

Eine umfassende Betrachtung von molekular-basierten Biomarkern wird durch den PCDx™ (Personalisierte Krebsdiagnostik) ermöglicht.

Mutationen und die damit assoziierte Wirksamkeit von Medikamenten können auch durch eine Flüssigbiopsie mit Guardant360^® untersucht werden.

Die molekular-basierten Biomarker liefern in der Regel riesige Datenvolumen und die Herausforderung ist es die richtigen Biomarker zu identifizieren, die eine klinische Relevanz aufweisen. Die oben erwähnten diagnostischen Verfahren haben sich darauf spezialisiert, die relevanten Informationen aus diesem Datenvolumen dem Arzt und Patienten zur Verfügung zu stellen.

Direkte Wirksamkeitsprüfung für Krebsmedikamente über Mikrotumor-basierte Biomarker

Eine Alternative zu molekular-basierten Biomarkern sind Mikrotumor-basierte Biomarker. Diese Biomarker verwenden 3-dimensionale Zellstrukturen (Spheroide). Mikrotumor-basierte Biomarker besitzen in der Regel eine höhere klinische Relevanz als molekular-basierte Biomarker. Der Grund dafür ist, dass Mikrotumor-basierte Biomarker (wie z.B. die Wirksamkeitsprüfung von Medikamenten auf den Mikrotumor) im Labor die Krebserkrankung innerhalb eines Patienten annähernd widerspiegeln. D.h., die Relevanz der Vorhersage der Wirksamkeit von Medikamenten wird besser je mehr die Komplexität des analysierten Systems der Erkrankung eines spezifischen Patienten ähnelt.

Des weiteren liefern Mikrotumor-basierte Biomarker ein geringeres Datenvolumen da direkt die 3-dimensionalen Zellstrukturen behandelt und ausgewertet werden können. Die Datenvolumina bei molekular-basierten Biomarkern können dagegen sehr hoch sein. Ein Beispiel ist die Sequenzierung von Genen, um dort Veränderungen (z.B. Mutationen, Insertionen, Deletionen, Translokationen) zu detektieren, die anschließend mit bestimmten Medikamentenwirkungen assoziiert werden. D.h., aus der großen Datenmenge müssen die relevanten Informationen, die über eine Wirksamkeit eines Medikamentes relevant sein können, extrahiert werden. Dieses Thema wird zurzeit auch als Big Data bezeichnet.

Ein Mikrotumor-basierter Wirksamkeitstest für Krebsmedikamente der 3D-Zellstrukturen verwendet, ist der CTR-Test^®. Dieser Test ist in der Lage die Wirksamkeit von Chemotherapeutika vorherzusagen.

Ein System welches noch näher die Verhältnissen im Patienten simulieren könnte, sind Tumor-Xenografts. Hierbei werden Mäusen die Tumorzellen eines Patienten injiziert. Die Versuchstiere werden anschließend mit Krebsmedikamenten behandelt und es wird untersucht, ob die verabreichten Medikamente eine Wirkung auf die Tumorzellen des Patienten haben. Allerdings ist dies in der klinischen Praxis nicht durchführbar, um damit die Wirksamkeit von Krebsmedikamenten für einzelne Krebspatienten zu bestimmen.

Aus diesem Grund sind Mikrotumor-basierte Biomarker die beste Methode für die Wirksamkeitstestung von Krebsmedikamenten mit der höchsten klinischen Relevanz.