Fortschritte bei der Erkennung, Charakterisierung und Überwachung von Krebs bei Haustieren

Sep 16, 2023

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Eine eingehende Untersuchung der neuesten onkologischen Technologien

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In der Vergangenheit haben Ärzte Krebs bei Menschen und Tieren anhand des Auftretens einer offensichtlichen Masse/Klumpen oder der Entwicklung klinischer Symptome erkannt, die typischerweise auftreten, wenn ein Tumor fortgeschritten ist (Gewichtsverlust, Erbrechen, Husten usw.). In den letzten Jahrzehnten haben sich die Technologien zur Erkennung von Krebs in früheren Stadien erheblich verbessert, wodurch sich die Heilungschancen dramatisch verbessert haben. Beim Menschen werden routinemäßige Mammographien und Koloskopien zur Früherkennung von Brustkrebs bzw. Dickdarmkrebs durchgeführt. Bei Patienten mit Krebserkrankungen in der Familienanamnese ermitteln routinemäßige Gentests, ob bestimmte Gene (z. B. BRCA1) Mutationen tragen, die die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass der Patient an Krebs erkrankt, was in einigen Fällen präventive Behandlungsstrategien unterstützt. Obwohl solche Ansätze die Praxis der Humanonkologie verändert haben, steht die Umsetzung in der Veterinäronkologie erst am Anfang. In diesem Aufsatz werden Standard- und fortschrittliche Bildgebungsmethoden erörtert, die in der Veterinärmedizin zur Erkennung von Krebs eingesetzt werden, sowie neuere Entwicklungen im Bereich der Gentests, die in den letzten Jahren verfügbar gemacht wurden.

Die routinemäßige diagnostische Bildgebung, einschließlich Radiographie und Ultraschall, stellt seit mehr als 40 Jahren die Grundlage der Patientenbeurteilung in der Veterinärmedizin dar, da sie einfach zu verwenden, in der Allgemeinmedizin leicht anwendbar und relativ kostengünstig ist. Allerdings weisen solche Modalitäten inhärente Einschränkungen bei der Erkennung von Krebs auf, insbesondere im Frühstadium. Beispielsweise erkennt die Standard-Thorax-Röntgenaufnahme Läsionen in der Lunge erst dann, wenn sie mindestens 7 bis 9 mm groß sind. Ähnliche Probleme bestehen bei der Ultraschalluntersuchung. Neben anderen Faktoren können die Größe des Patienten und Gase im Darmtrakt die Wirksamkeit dieses Ansatzes zur Erkennung kleiner Läsionen beeinträchtigen. Da der Ultraschall außerdem in Echtzeit durchgeführt wird, erfassen statische Bilder möglicherweise nicht die Gesamtheit der Untersuchungsergebnisse, die normalerweise 30 bis 60 Minuten dauern.

Ärzte setzen in der Veterinärmedizin zunehmend fortschrittliche bildgebende Verfahren ein, darunter CT und MRT. Diese verfügen über eine weitaus höhere Empfindlichkeit bei der Erkennung von Läsionen (Größe 1 bis 2 mm) und bieten einen Mechanismus für eine genauere Läsionsbeurteilung unter Verwendung von Kontrastmitteln (z. B. Jod, Gadolinium). Zu den Hindernissen für eine breitere Nutzung dieser Modalitäten zählen die Installations- und Wartungskosten, die Notwendigkeit einer Vollnarkose und die Kosten für Tierhalter, insbesondere als Screening-Instrument. In jüngerer Zeit haben Fortschritte in der CT-Technologie die Durchführung von Scans unter Sedierung ermöglicht, wodurch das Risiko verringert und die Kosten gesenkt wurden, wodurch die Nutzung und Anwendung verbessert wurde. Der Zugang bleibt jedoch eine Herausforderung, da CT-Geräte normalerweise in Spezialpraxen stehen und meist für Patienten mit einer aktiven Erkrankung und nicht als Screening-Mechanismus eingesetzt werden.

Im Rahmen der Krebserkennung können mithilfe der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) kleine Läsionen an Stellen gefunden werden, die mit Standardansätzen schwer abzubilden sind. PET ist ein funktionelles Bildgebungsverfahren, bei dem radioaktive Substanzen, sogenannte Radiotracer, eingesetzt werden, um Veränderungen in bestimmten Stoffwechselprozessen innerhalb von Zellen sichtbar zu machen und zu messen. Ganzkörperbilder nach der Tracer-Gabe zeigen Ansammlungen von Radiotracer. Der am häufigsten verwendete Radiotracer ist 18F-Fluordesoxyglucose (18F-FDG), ein radioaktiv markiertes Glucosemolekül. Da Tumorzellen häufig einen verstärkten Glukosestoffwechsel aufweisen, wird 18F-FDG bevorzugt von Tumorzellen im Körper aufgenommen und bietet so einen Mechanismus zur Identifizierung kleiner Läsionen im Rahmen eines Ganzkörperscans (d. h. sehr kleine Tumoren konzentrieren sich). 18F-FDG, wodurch sie leicht zu identifizieren sind). Mehrere andere Tracermittel sind in der Lage, bestimmte Tumortypen durch die bevorzugte Expression spezifischer Proteine ​​zu erkennen, und diese haben dazu beigetragen, die Genauigkeit des Ansatzes zu verbessern. Ein CT-Scanner ist oft mit der PET-Plattform verbunden und ermöglicht so eine doppelte Bildgebung in einer Sitzung. Dies erleichtert eine genauere anatomische Lokalisierung der im PET-Scan gefundenen Läsionen. Obwohl der Einsatz von PET-CT in der Humanonkologie zugenommen hat, stehen seiner breiten Anwendung in der Veterinärmedizin mehrere Hindernisse im Wege. Zu diesen Hindernissen gehören die Kosten und die Nähe zu einem Zyklotron, dem Teilchenbeschleuniger, der für die Erzeugung der Radioisotope erforderlich ist, die zur Herstellung der Radiotracer erforderlich sind. Schließlich gibt es in mehreren Bundesstaaten umfangreiche Vorschriften zur Verwendung von Radioaktivität bei Hunden, die eine Eindämmung nach der Bildgebung erforderlich machen, bis ein ausreichender Zerfall des radioaktiven Isotops stattgefunden hat. Zusammengenommen haben diese Hindernisse den Einsatz der PET-CT auf eine relativ begrenzte Anzahl akademischer Einrichtungen beschränkt und dadurch ihre Umsetzung in der Veterinärmedizin eingeschränkt.

Obwohl bildgebende Verfahren beträchtliche Fortschritte gemacht haben, wurden die vielleicht schnellsten Fortschritte bei der Krebserkennung und -überwachung im Bereich der sogenannten Flüssigkeits- oder Blutbiopsie erzielt. Hierbei handelt es sich um ein minimalinvasives Verfahren, das darauf beruht, dass tote und sterbende Zellen unter anderem DNA und RNA in den Blutkreislauf abgeben und andere Körperflüssigkeiten (z. B. Urin) mit neueren genetischen Methoden nachweisbar sind. Die meisten Bemühungen konzentrierten sich auf die Identifizierung zirkulierender Tumor-DNA (ctDNA) aus dem breiteren Pool der gesamten zellfreien DNA (cfDNA), der aus dem allgemeinen Zellumsatz resultiert. Die Analyse von ctDNA verwendet eine Technik namens Ultralow-Pass Whole Genome Sequencing (ULPWGS). Diese Technik berechnet den Gesamtanteil der ctDNA in der cfDNA (bekannt als Tumorfraktion). Wenn dieser Wert hoch genug ist (normalerweise mehr als 10 %), kann er für fortgeschrittenere Tests verwendet werden, beispielsweise für die detaillierte Sequenzierung ganzer Exome (der DNA, die für Proteine ​​kodiert). Allerdings liegt die aktuelle Nachweisgrenze für ULPWGS bei einem Tumoranteil von 3 % bis 5 %. Daher ist es eine Herausforderung, diesen Ansatz zur Früherkennung von Krebs zu nutzen, wenn der Tumoranteil recht gering ist.

In der Humanonkologie verwenden Ärzte die von der FDA zugelassene Flüssigbiopsie-Diagnostik im Allgemeinen als Ergänzung zu Standarddiagnosemethoden und nicht speziell als Screening-Instrument. Zu diesen Diagnosen gehören das Guardant360 CDx und das FoundationOne Liquid CDx. Die Tests basieren auf einem Ansatz namens Exome Capture. In diesem Rahmen wird eine definierte Liste von Genen, von denen bekannt ist, dass sie an bestimmten menschlichen Krebsarten (z. B. Melanom, Lungenkrebs) beteiligt sind, auf bei diesen Krebsarten gefundene Mutationen abgefragt, wobei der ctDNA-Spiegel im Blutkreislauf als Vorlage dient. Wie bereits erwähnt, bestehen weiterhin Herausforderungen in Bezug auf die Sensitivität für die Früherkennung von Krebs und die Identifizierung eines frühen Wiederauftretens von Krebs nach der Behandlung. Darüber hinaus funktioniert die Exom-Capture-Panel-Methode nicht gut bei Tumoren, bei denen spezifische Genmutationen selten vorkommen, was bei den meisten Sarkomen der Fall ist.

Die Nachweisempfindlichkeit kann mithilfe einer digitalen Tröpfchen-Polymerase-Kettenreaktion (ddPCR) verbessert werden. Diese Methode erfordert jedoch bereits vorhandene Kenntnisse über Mutationen, die wahrscheinlich im Tumor vorhanden sind. In Situationen wie dem Übergangszellkarzinom der Blase beim Hund funktioniert die ddPCR gut. Tatsächlich nutzt der CADET-Test für Blasenkrebs bei Hunden die Tatsache, dass bei mehr als 80 % der Hunde eine Mutation im BRAF-Gen auftritt, die zu einem Aminosäurewechsel von Valin zu Glutaminsäure an Position 595 führt, was die Anwendung von ddPCR erleichtert . Im Rahmen der Hundeonkologie helfen kommerzielle blutbasierte Biopsietests bei Hunden bei der Diagnose von Krebs bei Hunden. Einer dieser Tests, OncoK9 von PetDx, umfasst den Nachweis von ctDNA/Tumorfraktionen, gefolgt von ULPWGS mit einer begrenzten Analyse spezifischer Gene (z. B. TP53). Allerdings ist die Sensitivität bei der Erkennung von Krebserkrankungen zu einem früheren Zeitpunkt im Krankheitsverlauf wie bei aktuellen Plattformen für die menschliche Flüssigbiopsie relativ gering (20 % bei der Erkennung von Krebserkrankungen mit einer Größe von weniger als 5 cm). Obwohl einige Tumortypen wie Lymphome und Hämangiosarkome mithilfe der Flüssigbiopsie relativ leicht zu finden sind, verdeutlichen darüber hinaus erhebliche Unterschiede in der Tumorfraktion im Zusammenhang mit anderen Krebsarten, beispielsweise bei Mastzelltumoren, selbst bei hoher Krankheitslast, die aktuellen Herausforderungen bei einer wirksamen Umsetzung dieses Instrument als zuverlässige Methode zur Früherkennung.

Ein weiterer im Veterinärbereich verfügbarer blutbasierter Test umfasst den Nachweis zirkulierender Nukleosomen, kleiner Chromosomenfragmente, die aus DNA bestehen, die um einen Histonkern aus 4 doppelten Histonproteinen gewickelt sind, die ein Oktamer bilden. Der als Nu.Q-Assay bezeichnete Test wird von Volition Veterinary hergestellt und verwendet einen enzymgebundenen Immunosorbens-Assay, der einen gegen Histon 3.1 gerichteten Fängerantikörper und einen nukleosomenspezifischen Nachweisantikörper enthält. Wie der PetDx-Test weist auch der Nu.Q-Test eine hohe Spezifität für bestimmte Krebsarten bei Hunden auf, weist jedoch bei allen Krebsarten eine geringere Gesamtsensitivität (weniger als 50 %) auf. Insbesondere ist die Leistung bei der Erkennung von Lymphomen, Hämangiosarkomen, histiozytären Sarkomen und malignen Melanomen besser, bei der Erkennung von Weichteilsarkomen, Osteosarkomen und Mastzelltumoren ist die Wahrscheinlichkeit jedoch geringer.

Angesichts der derzeitigen Einschränkungen hinsichtlich der Empfindlichkeit der blutbasierten Krebsdiagnostik werden Anstrengungen unternommen, die Kapazitäten der Flüssigbiopsie durch die Verwendung eines Multiomics-Ansatzes zu erweitern, der Informationen aus zirkulierender DNA, Methylierungsmustern in der ctDNA, zirkulierender RNA und anderen Quellen integriert. Darauf aufbauend laufen derzeit Studien an menschlichen Patienten mit Lungenkrebsrisiko, um solche Ansätze als Screening-Instrument zu nutzen und die Empfindlichkeit mit Screenings auf CT-Scan-Basis zu vergleichen.

Ein weiterer Ansatz zur Charakterisierung von Krebserkrankungen bei Patienten zur Bestätigung der Tumorherkunft/-art und zur Unterstützung bei Behandlungsempfehlungen umfasst die direkte genetische Analyse der Tumoren nach der Entfernung. Wenn Tumorproben entnommen und eingefroren werden, werden sie einer Sequenzierung des gesamten Genoms unterzogen, bei der die gesamte kodierende und nichtkodierende DNA sequenziert wird, oder einer Sequenzierung des gesamten Exoms, bei der die gesamte kodierende DNA (die etwa 1 % der gesamten DNA ausmacht) sequenziert wird . Beide Prozesse identifizieren Mutationen in der Tumor-DNA, die die Expression oder Funktion eines bestimmten Gens verändern können und letztendlich das Wachstum von Tumorzellen vorantreiben. Darüber hinaus kann das Wissen über diese Mutationen dabei helfen, neue Therapiestrategien zu identifizieren. Für kommerziell erhältliche Mutationstests für Krebserkrankungen bei Hunden stehen derzeit Plattformen von FidoCure und Vidium zur Verfügung. Beide Plattformen verwenden ein kuratiertes Exom-Capture-Panel, um 50 bis 60 spezifische Gene zu analysieren, die häufig Mutationen bei einer Vielzahl von Krebsarten bei Hunden aufweisen. FidoCure kombiniert außerdem Mutationen, die bei bestimmten Krebsarten auftreten, mit niedermolekularen Inhibitoren, um durch die Veränderungen gestörte Signalwege anzugreifen. Leider sind diese Tests nur für Hunde verfügbar, für Katzen oder andere Tierarten wurde noch keiner entwickelt.

Obwohl es wichtig ist, die Mutationslandschaft von Krebs zu charakterisieren, ist es ebenso wichtig zu verstehen, welche genetischen Eigenschaften der Keimbahn zu einer höheren Wahrscheinlichkeit der Erkrankung an bestimmten Krebsarten beitragen können. Wie bereits erwähnt, werden solche Gentests häufig bei Patienten mit bekannter familiärer Krebserkrankung eingesetzt (z. B. der Test auf BRAC1-Mutation). Das Hundegenom wurde kürzlich einer gründlicheren Charakterisierung und Kommentierung unterzogen, und es werden Anstrengungen unternommen, um die normalen Varianten rassenübergreifend besser zu definieren. Diese können als Grundlage für die Identifizierung spezifischer DNA-Veränderungen im Zusammenhang mit Krebserkrankungen dienen, die bei bestimmten Rassen häufig auftreten, wie z. B. T-Zell-Lymphom bei Boxern, Übergangszellkarzinom bei West Highland White Terriern und Hämangiosarkom bei Deutschen Schäferhunden. Ein besseres Verständnis dieser vererbbaren Faktoren kann dann genutzt werden, um Gentests für ein rassespezifisches Mutationsscreening zu entwickeln, mit dem Ziel, diejenigen, die das Krebsrisiko tragen, aus dem Zuchtpool zu eliminieren.

Der technologiegetriebene Fortschritt hat zu umfassenden Innovationen im Bereich der Krebserkennung und -überwachung geführt. Mehrere neue Tools verbinden Fortschritte in der digitalen Pathologie mit der Multiomics-Analyse, bei der Informationen über die Protein- und Genexpression in Tumorzellen und der umgebenden Mikroumgebung aus formalinfixierten, in Paraffin eingebetteten Biopsieproben auf Einzelzellebene gewonnen werden können. Solche Daten können mithilfe von Algorithmen für maschinelles Lernen analysiert werden, um die genauen Signalwege, die in Tumorzellen fehlreguliert sind, besser zu definieren und, was noch wichtiger ist, dabei zu helfen, wirksamere Behandlungsinterventionen zu entwickeln. Obwohl solche Innovationen nur für menschliche Tumorproben allgemein verfügbar sind, wachsen die Kapazitäten für die Durchführung ähnlicher Studien an Hundetumoren. Daher wird die Veterinärmedizin im Laufe des nächsten Jahrzehnts wahrscheinlich über das nötige Rüstzeug verfügen, um ähnliche Studien durchzuführen, zumindest im Bereich der Heimtiere.

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