Thema: Bioanalytik, Mess- und Regeltechnik

Interview

Proteome für die personalisierte Medizin

Bisher spielten Proteome in der personalisierten Medizin kaum eine Rolle. Das Forscherteam um Ruedi Aebersold schickt sich an das zu ändern: Ausgefeilte Massenspektrometrie-Techniken könnten sich auch für den Einsatz in der klinischen Diagnostik eignen. Erste Untersuchungen an Tumorbiopsien (doi: 10.1038/nm.3807) gibt es bereits.

LABORWELT:
Herr Professor Aebersold, mit klassischen Methoden lassen sich MS-Messergebnisse zwischen unterschiedlichen Laboren kaum reproduzieren. Das verhindert bisher einen breiten klinischen Einsatz.  

Aebersold:
Das ist richtig. Viele bisherige MS-Methoden wählen zufällig etwa jedes tausendste Peptid aus und analysieren es. Weil nicht jedes Mal dieselben Peptide ausgewählt werden, sind die Ergebnisse zwar richtig, aber nicht reproduzierbar. Die von uns entwickelte SWATH-MS-Technik kann diese Einschränkungen überwinden.

LABORWELT:
Wie funktioniert das neue Verfahren denn genau?

Aebersold:
Wir reduzieren die Komplexität auf andere Weise als die bisherigen Methoden. Wir suchen nicht länger nach einem bestimmten Vorläuferion eines Peptids, um das Molekül dann zu fragmentieren. Stattdessen führen wir alle Peptide einer Probe zunächst anhand ihrer Masse und der Fähigkeit, Wasser abzustoßen in etwa 30.000 Gruppen zusammen. Sie alle analysieren wir dann innerhalb einer Stunde. So erhalten wir eine riesige Menge komplizierter Peptid-Fingerprints, die zwischen den verschiedenen Gruppen gemischt sind. Sie können wir mit Hilfe von Computeralgorithmen voneinander unterscheiden. In unserer Methode spielt der Zufall keine Rolle, unsere Technik ist sowohl reproduzierbar als auch schnell.

LABORWELT:
Im Rahmen einer Longitudinal-Studie an Zwillingspaaren haben Sie nachgewiesen, dass genetische und temporale Effekte die Abundanz einer Reihe von Proteinen im  Plasmaproteom beeinflussen (DOI: 10.15252/msb.20145728). Wurden diese Effekte bisher bei der Entwicklung von plasmabasierten Biomarkern berücksichtigt?

Aebersold:
Diese Effekte waren bisher nicht bekannt. Wir haben in dieser Studie gezeigt, dass die Abundanz von vielen Proteinen aus verschiedenen Gruppen unterschiedlich stark schwankt. Dazu tragen sowohl genetische als auch nicht-genetische Faktoren bei, etwa Umweltbedingungen oder das Altern. Aus Kohortenstudien ist bekannt, dass die Expression einiger Proteine sogar innerhalb der Kontrollgruppe stark schwankt. Solche Proteine eignen sich kaum als Biomarker. Unsere Studie ist aber die erste, die solche Veränderungen systematisch und für viele Proteine gleichzeitig untersucht hat.

LABORWELT:
Was bedeutet das für künftige Studien?

Aebersold:
Ich würde vermuten, dass bei der Suche nach Biomarkern in Zukunft ein besonderes Augenmerk auf jene Proteine gelegt wird, die eine im Allgemeinen sehr geringe Variabilität zeigen. Außerdem sollten sie wenn möglich nicht von Umweltfaktoren beeinflusst werden, die nur sehr schwer zu kontrollieren sind.

LABORWELT:
Gibt es eine Möglichkeit, die von Ihnen beschriebenen Effekte zu kompensieren, so dass auch Proteine als Biomarker in Frage kommen, die stärkere Abundanzschwankungen zeigen?

Aebersold:
Es stimmt: Die Suche nach Biomarkern ist schwierig und wir sind nicht in der luxuriösen Position, dass wir eine große Auswahl haben. Wir müssen nehmen, was wir kriegen können und dürfen nicht zu wählerisch sein. Unsere Studie macht jedoch deutlich, wie wichtig es ist, dass die Kontrollgruppen in Biomarkerstudien möglichst passend zu den Studiengruppen gebildet werden. Sie sollten sich in Bezug auf Alter, Umweltbedingungen und so weiter stark ähneln, damit sinnvolle statistische Analysen möglich werden.

LABORWELT:
Können Sie das an einem Beispiel erläutern?

Aebersold:
Eines unserer Ergebnisse war, dass die Variabilität in der Proteinabundanz mit zunehmendem Alter ansteigt – oder genauer gesagt, dass die genetische Kontrolle mit dem Alter abnimmt.  Eine übliche Quelle für die Blutproben in der Kontrollgruppe könnte die Armee sein, dort spenden viele junge Leute Blut. Krebs ist aber eher eine Erkrankung von älteren Menschen. Wird dies in der Studienplanung nicht berücksichtigt, kann nicht davon ausgegangen werden, dass in der Studien- und der Kontrollgruppe die gleiche Variabilität vorliegt. Was wir aus dieser Studie lernen, ist, dass wir dem geeigneten Design von Studien- und Kontrollgruppe mehr Aufmerksamkeit schenken müssen.

LABORWELT:
Was ist mit den bereits von der FDA anerkannten Biomarkern: Müssen die erneut untersucht werden?

Aebersold:
Das dürfte nicht notwendig sein. Die Validierung eines Biomarkers durch die FDA ist ein sehr aufwendiger Prozess. Ich bin mir sicher, dass die Faktoren, über die wir sprechen, bei den bereits validierten Biomarkern schon berücksichtigt worden sind.

LABORWELT:
Die von Ihnen beschriebenen Einflussfaktoren dürften die Suche nach geeigneten Biomarkern noch schwieriger machen.

Aebersold:
Das Problem ist doch, dass es fast keine Biomarker gibt, die es überhaupt bis zur Validierung schaffen. Es gibt zahlreiche Studien, in denen Patienten mit einer bestimmten Krankheit und eine Kontrollgruppe miteinander verglichen werden. Gewöhnlich schließt diese Art von Veröffentlichung mit einer kurzen Liste von einigen wenigen Proteinen, die es bis zu einem gewissen Grad erlauben, die beiden Gruppen voneinander zu unterscheiden. Aus all diesen Veröffentlichungen sind bisher aber nur eine Handvoll Proteine als klinisch bedeutsame Biomarker von der FDA anerkannt worden. Lange Zeit konnte man annehmen, das sei nur so, weil es eben lange dauert, den Prozess zu durchlaufen und die Arbeiten daran würden fortschreiten. Wenn das so wäre, müssten wir inzwischen jedoch die ersten dieser potentiellen Biomarker in klinisch validierten Testsystemen wiederfinden. Dass das nicht passiert, deutet doch darauf hin, dass wir noch grundlegende Probleme bei der Suche nach Biomarkern haben. Möglicherweise verhindern einige der Faktoren, die wir beschrieben haben, dass Biomarker erfolgreich validiert werden.

LABORWELT:
Haben Sie mit Ihrer Methode denn auch schon einmal klinisches Probenmaterial untersucht?

Aebersold:
In unserer jüngsten Studie (doi: 10.1038/nm.3807) haben wir den biochemischen Zustand kleiner Nadelbiopsien untersucht, konkret von Nierenkrebs-Biopsien, die wir von an der Studie beteiligten Ärzten am Kantonsspital St. Gallen erhielten. Ausgehend von ungefähr einem Milligramm Gewebe konnten wir innerhalb eines Tages die SWATH-MS-Untersuchungen durchführen. Den Befund der Pathologen konnten wir so sehr gut auf Protein-Ebene nachvollziehen.

LABORWELT:
Könnte SWATH-MS also den Weg für den Einzug der Proteomik in die klinische Routinediagnostik bereiten?

Aebersold:
Um eine Methode in der personalisierten Medizin einzusetzen, müssen die Ergebnisse über viele unterschiedliche Proben hinweg möglichst genau zu reproduzieren sein. SWATH-MS ist die erste Methode in den Proteomics, die genau das erreicht.

LABORWELT:
Wie wollen Sie die Methode denn weiterentwickeln?

Aebersold:
Wir sind dabei, die Zahl der damit messbaren Proteine ständig zu erhöhen. Außerdem möchten wir die Methode so weiterentwickeln, dass wir damit auch ältere Proben messen können, wie zum Beispiel Formalin-fixiertes Paraffin-eingebettetes Gewebe. Wir könnten dann aufbewahrte Proben von Patienten analysieren, von denen der spätere Krankheitsverlauf und die gewählte Therapie bekannt sind. So können wir Zusammenhänge zwischen Proteinmuster und späterem Krankheitsverlauf erkennen.

LABORWELT:
In der klinischen Diagnostik sind viele Ärzte eher konservativ – müssen es sein, arbeiten sie doch mit den Proben lebender Menschen und behandeln echte Patienten. Wie hat sich die Zusammenarbeit aus Ihrer Sicht gestaltet?

Aebersold:
Wir erhielten positive Rückmeldungen von klinischen Forschern, und wir erwarten, dass Pathologen die Methode bald für klinische Entscheide verwenden werden. Bisher hatte die Proteomik unter Ärzten einen eher schlechten Ruf, weil sie vergleichsweise teuer und komplex ist. Auch litt die Proteomik unter der schlechten Reproduzierbarkeit. Dies haben wir nun korrigiert, und wir sind davon überzeugt, dass unsere Methode in der Klinik ein großes Potential hat. Unsere jüngste Forschungsarbeit haben wir daher absichtlich nicht in einer biologischen, sondern in einer medizinischen Fachzeitschrift zur Publikation eingereicht. Davon erhoffen wir uns, Ärzten und Medizinforschern die Vorteile unserer Technik noch stärker bekanntzumachen. Uns freut auch, dass unsere Methode nicht mehr ausschließlich auf den Geräten funktioniert, die wir verwendeten. Andere Forschende haben die Methode bereits für weitere Geräte angepasst.

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2/2015

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