Molekulare Diagnoseverfahren: miRNA-Biomarker im Blut

Ein Bluttest auf Basis mikrofluidischer Biochips könnte künftig Gewebebiopsien bei der Diagnose komplexer Krankheiten ablösen.

Spezifische Micro-Ribonucleic- Acid(miRNA)-Muster im Blut können Lungenkrebs oder multiple Sklerose (MS) mit einer Zuverlässigkeit von mehr als 95 Prozent nachweisen. Das Verfahren wurde vom Heidelberger Biotechnologieunternehmen Febit entwickelt. Es beruht auf dem mikrochipbasierten Nachweis von RNA-Molekülen im Blut. Die miRNAs sind nur 21 bis 23 Nukleotide lang und codieren nicht für Proteine. Durch Bindung an „ihre“ messenger RNA beeinflussen sie jedoch deren Translation und spielen deshalb eine wichtige Rolle in der Genregulation (1). Das wirkt sich letztlich auf die gesamte Entwicklung und Funktion der Zelle aus, weshalb die kleinen Moleküle von großem Interesse für die Biomedizin sind (2).

Foto: febit

Mit dieser Biochipmethode konnten Prof. Dr. med. Eckart Meese und seine Mitarbeiter von der Universität des Saarlandes aus Blutproben von Patienten mit Lungenkarzinom oder MS aussagekräftige Daten gewinnen. Die Arbeitsgruppe wies nicht nur im Gewebe selbst, sondern auch in Blutzellen und freien Nukleinsäuren im Blut für die jeweilige Erkrankung charakteristische miRNA-Signaturen nach.

Zunächst wurden typische Expressionsmuster von miRNAs identifiziert, die für Proben von Patienten mit nichtkleinzelligem Lungenkarzinom (NSCLC) oder MS charakteristisch sind. Biomarker-Sets von 24 (Lungenkrebs) beziehungsweise 48 (MS) unterschiedlichen miRNAs ermöglichten eine zu über 95 Prozent zuverlässige Differenzierung zwischen Patienten mit NSCLC oder MS und einer Kontrollgruppe. Die Sensitivität des Tests lag bei 92,5 Prozent und die Spezifität bei 98,1 Prozent in der Lungenkarzinom-Gruppe. Bei den MS-Patienten betrug die Sensitivität 97,6 Prozent und die Spezifität 95 Prozent (3, 4).

Biomarker-Sets
Die wachsende Zahl bekannter miRNAs ermöglicht es, bestimmte miRNA-Signaturen mit spezifischen Zellaktivitäten in Verbindung zu bringen. Solche Biomarker-Sets sind wesentlich aussagekräftiger als die einzelnen Markermoleküle. Interessant ist dies insbesondere für die Biomedizin, die mittels Biomarker Krankheiten diagnostizieren, ihren Verlauf beobachten und die Wirkung von Therapien untersuchen will. Gesammelt werden sämtliche publizierten miRNA-Sequenzen in der miRBase, einer Online-Sequenzdatenbank (www.mirbase.org). Mehr als 10 000 miRNAs konnten bereits identifiziert werden.

Um ein umfassendes miRNA-Profiling durchführen zu können, benötigen Forscher leistungsfähige Analysemethoden, die einen sofortigen, experimentellen Zugang zu den Updates der miRBase erlauben. Dabei gilt es, viele verschiedene miRNAs zu berücksichtigen, damit möglichst vollständige miRNA-Signaturen erstellt werden können. Die „Geniom“-Technologie von Febit zum miRNA-Nachweis basiert auf mikrofluidischen Biochips, die in dem „Geniom RT Analyzer“ ausgelesen werden. Dass dieses System Blutproben und andere Körperflüssigkeiten mit hoher Sensitivität analysieren kann, belegen die Studien von Meese. Derzeit wird in acht weiteren Studien geprüft, ob sich die Chiptechnologie zum miRNA-Nachweis auch für die Identifikation weiterer schwerer Erkrankungen eignet.

Personalisierte Medizin
Am Biomarker Discovery Center in Heidelberg beschäftigt man sich ebenfalls mit der Erforschung neuer Biomarker auf Basis dieser Technologie. In der vom Bund finanzierten Forschungsgemeinschaft arbeiten Wissenschaft und Industrie gemeinsam an der Charakterisierung von miRNAs. Da diese direkt an die Zellaktivität gekoppelt sind, lassen sie nicht nur Aussagen über „krank“ und „gesund“ zu. Vielmehr könnten sie künftig Fragen zum möglichen Krankheitsverlauf und Therapieerfolg beantworten. So ist es denkbar, dass die kleinen RNAs bald als therapeutisch einsetzbare Moleküle von großer Bedeutung für die personalisierte Medizin sein werden.
Peer Stähler

Literatur

1. Amaral, Dinger, Mercer, Mattick (2008): The eukaryotic genome as an RNA machine. In: Science 319: 1787–9.

2. Beier, Hoheisel (2008): miRNAs – Small molecules with big impact on cancer. In Bioforum -Europe 12/2008.

3. Keller et al. (2009): miRNAs in lung cancer – studying complex fingerprints in patient’s blood cells by microarray experiments. In: BMC Cancer.

4. Keller et al. (2009): Multiple Sclerosis: MicroRNA expression profiles accurately differentiate patients with relapsing-remitting disease from healthy controls. In: PLoS one.