Wie molekulare Tests die Diagnose und Behandlung von Hirntumoren revolutionieren

Inhaltsverzeichnis

• Einführung: Warum molekulare Tests für Hirntumoren wichtig sind
• Wichtige molekulare Tests für die Hirntumordiagnostik und -behandlung
• DNA-Methylierungsprofilierung: Ein revolutionäres Diagnosewerkzeug
• DNA- und RNA-Sequenzierung: Erkennung kritischer Mutationen
• Zusätzliche diagnostische Werkzeuge und Techniken
• Anwendung molekularer Tests in der Hirntumordiagnostik
• Diffuse Gliome bei Erwachsenen: Wie molekulare Tests die Diagnose leiten
• Was dies für Patienten bedeutet: Klinische Implikationen
• Grenzen molekularer Tests verstehen
• Empfehlungen für Patienten mit Hirntumordiagnose
• Quelleninformation

Einführung: Warum molekulare Tests für Hirntumoren wichtig sind

Die molekulare Profilierung hat in den letzten Jahren die Diagnose und Klassifikation von Tumoren des Zentralnervensystems (ZNS) grundlegend verändert. Die neueste Klassifikation der ZNS-Tumoren der Weltgesundheitsorganisation (WHO) aus dem Jahr 2021 verlangt nun die Kombination aus traditioneller mikroskopischer Untersuchung und molekularen Tests, um präzise, reproduzierbare Diagnosen zu stellen, die sich unmittelbar auf die Patientenversorgung auswirken.

Dieser integrierte Ansatz bedeutet, dass Pathologen heute mit verschiedenen molekularen Tests arbeiten müssen, vor allem mit DNA-Methylierungsprofilierung und Next-Generation-Sequenzierung von DNA/RNA. Diese fortschrittlichen Techniken helfen, Tumoren genauer zu klassifizieren, spezifische genetische Mutationen zu identifizieren und sogar potenzielle Behandlungsziele aufzudecken, die mit herkömmlichen Methoden allein nicht erkennbar waren.

Die Bedeutung der molekularen Profilierung hat stark zugenommen, da bei allen wichtigen ZNS-Tumortypen nun die Bewertung spezifischer molekularer Marker für eine korrekte Diagnose erforderlich ist. Viele neue Tumortypen wurden erst durch diese Technologien entdeckt, insbesondere durch DNA-Methylierungsanalyse, was zeigt, wie unverzichtbar sie in der modernen Neuropathologie geworden sind.

Wichtige molekulare Tests für die Hirntumordiagnostik und -behandlung

Die molekulare Neuropathologie umfasst heute eine breite Palette von Tests mit unterschiedlichen Zwecken, Komplexitätsgraden, Verfügbarkeiten und Kosten. Diese Unterschiede zu verstehen ist entscheidend, da es Ärzten hilft, für spezifische diagnostische Herausforderungen den jeweils geeignetsten Test auszuwählen und die Ergebnisse korrekt zu interpretieren.

Das aktuelle molekulare Werkzeugset umfasst mehrere essentielle Technologien, die komplementäre Informationen über Hirntumoren liefern. Jeder Test hat spezifische Stärken und Anwendungen, die ihn für bestimmte diagnostische Situationen oder Tumortypen besonders wertvoll machen.

DNA-Methylierungsprofilierung: Ein revolutionäres Diagnosewerkzeug

Die DNA-Methylierungsprofilierung war in den letzten Jahren wohl das einflussreichste molekulare Werkzeug zur Diagnose von Hirntumoren. Dieser Ansatz nutzt das einzigartige epigenetische Profil von Tumorzellen, das sowohl die Eigenschaften ihres Ursprungsgewebes als auch die während der Krebsentwicklung erworbenen Veränderungen widerspiegelt und so eine spezifische Signatur für jeden Tumortyp erzeugt.

Praktisch wird das DNA-Methylierungsprofil derzeit mit dem MethylationEPIC Array Beadchip (850K) untersucht, der den Methylierungsstatus mehrerer hunderttausend CpG-Inseln im gesamten Genom analysiert. Die Rohdaten werden dann auf eine spezielle Plattform hochgeladen und mit einem umfassenden Repository von ZNS-Tumoren und anderen ausgewählten Entitäten abgeglichen.

Ein Übereinstimmungswert von ≥ 0,9 stützt die diagnostische Klassifikation stark, obwohl Experten diese Ergebnisse stets im Zusammenhang mit klinischen, bildgebenden und histopathologischen Befunden überprüfen. Es ist wichtig zu beachten, dass die DNA-Methylierungsprofilierung mit dieser Plattform kein zertifizierter Assay ist, sodass verschiedene Länder unterschiedliche Vorschriften für ihre diagnostische Verwendung haben können.

Diese Technologie hat sich sowohl für die Forschung als auch für die tägliche Diagnostik als äußerst wertvoll erwiesen. In der Forschung wurden viele neue Tumortypen und -subtypen durch unüberwachte Analyse großer Hirntumordatensätze entdeckt. Viele neu identifizierte Tumoren zeigen signifikante Überschneidungen mit anderen Entitäten in Bezug auf morphologische Merkmale und/oder haben eine sehr geringe Inzidenz, was erklärt, warum sie zuvor nicht als eigenständige Neoplasien erkannt wurden.

In der klinischen Praxis haben mehrere Gruppen ihre Erfahrungen mit dieser Technologie sowohl bei pädiatrischen als auch bei erwachsenen Patienten veröffentlicht. Insgesamt wird ein Übereinstimmungswert (≥ 0,9) in etwa 50–65 % der Proben erreicht, und eine signifikante Auswirkung auf die Diagnose tritt in etwa 10–20 % der Fälle mit potenziellen klinischen Konsequenzen auf. Diese bemerkenswerte Erkenntnis rechtfertigt die schnelle Einführung dieses Werkzeugs innerhalb weniger Jahre.

Höhere mediane Klassifikationswerte werden normalerweise in Fällen beobachtet, die zur Bestätigung einer Diagnose oder zur Bewertung spezifischer Tumorsubtypen analysiert werden. Eine größere Bandbreite an Werten zeigt sich bei anspruchsvollen Proben oder kleineren Proben. Niedrigere Werte in komplexen Fällen können auf multiple Faktoren zurückzuführen sein, einschließlich kleiner, qualitativ schlechter oder nicht repräsentativer Biopsien, die sowohl durch traditionelle Pathologie als auch durch Methylierungsprofilierung möglicherweise nicht klassifizierbar sind.

Idealerweise sind 200 Nanogramm DNA mit ≥ 60 % Tumorzellkonzentration wünschenswert, obwohl eine diagnostische Klassifikation mit deutlich geringeren Mengen erreicht werden kann. Formalin-fixierte Paraffin-eingebettete (FFPE) Gewebeblöcke liefern typischerweise ähnliche Ergebnisse wie frische gefrorene Proben, und die Analyse älterer Proben kann ebenfalls eine korrekte Klassifikation ergeben.

Die DNA-Methylierungsprofilierung hat sich als besonders nützlich für die Reklassifizierung seltener Tumortypen mit unspezifischen histopathologischen Merkmalen erwiesen. Obwohl sie nun ein Schlüsselwerkzeug für die Diagnose von ZNS-Tumoren ist, stellt dieser Ansatz erhebliche Herausforderungen in Bezug auf erforderliche technologische Einrichtungen, Kosten, Bearbeitungszeit (mehrere Tage) und Expertise für Durchführung und Interpretation dar.

DNA- und RNA-Sequenzierung: Erkennung kritischer Mutationen

Viele ZNS-Tumoren weisen spezifische Punktmutationen auf, die durch DNA-Sequenzierung nachweisbar sind, oder Genfusionen, die hauptsächlich durch RNA-Sequenzierung identifiziert werden. Zum Beispiel charakterisieren Mutationen in IDH1/IDH2 und H3-kodierenden Genen spezifische Subgruppen von Gliomen bei Erwachsenen bzw. Kindern. Andere Mutationen wie BRAF V600E können in mehreren Tumortypen mit unterschiedlichen Häufigkeiten auftreten, tragen aber dennoch zur diagnostischen Bewertung bei und ermöglichen gezielte Behandlung.

Für die DNA-Sequenzierung können multiple Assay-Typen verwendet werden, einschließlich Einzelgen-Direktsequenzierung (Sanger-Sequenzierung) und Next-Generation Sequencing (NGS)-basierte Ansätze wie gezielte Panel-Sequenzierung und Whole Exome/Genome Sequencing (WES/WGS). Diese Analysen detektieren Einzelnukleotidvarianten (SNV), kleine Insertionen/Deletionen (InDel) und Kopienzahlvariationen (CNV).

Innerhalb von NGS-Assays ist die gezielte Gen-Panel-Sequenzierung derzeit das relevanteste Werkzeug für die tägliche molekulare Diagnostik von ZNS-Tumoren. Sie ermöglicht die Analyse relativ großer Sets relevanter Gene mit akzeptablen Kosten, Bearbeitungszeiten und Interpretationsmöglichkeiten. Viele für die Hirntumordiagnose relevante Gene sind relativ spezifisch für diese Neoplasien, was maßgeschneiderte oder größere Panels rechtfertigt.

Die diagnostische Wirksamkeit mittelgroßer Gen-Panels wurde nachgewiesen, wobei Mutationen und CNV sogar mit begrenztem Ausgangsmaterial detektiert werden. Neuere Studien mit größeren Gen-Panels (einschließlich IDH1/IDH2, TERT, TP53, ATRX, BRAF, H3F3A, H3F3B) bestätigten diese Ergebnisse. Diese Assays detektieren diagnostisch relevante Alterationen in mehr als der Hälfte der analysierten ZNS-Tumoren, mit informativen CNV in 57 % der Fälle, selbst wenn NGS-Ergebnisse nicht beitragend waren.

Laborprotokolle sind kritisch für den Sequenzierungserfolg. DNA-Qualität und Tumorzellrate sollten maximiert werden, mit angemessener Abdeckung/Lesetiefe gemäß Assay-Typ und Probencharakteristika. Die Datenanalyse-Pipeline und die Expertise des berichtenden molekularen Pathologen sind ebenso wichtig für korrektes Varianten-Calling und Interpretation.

Die Analyse von zirkulierender Tumor-DNA (ctDNA) aus Blut und/oder Liquor cerebrospinalis stellt einen weiteren Ansatz zur molekularen Profilierung von Tumoren durch minimalinvasive Flüssigbiopsie dar. Technische Herausforderungen haben die Implementierung in der täglichen Praxis bisher begrenzt, aber aktuelle Daten zeigen, dass umfassende NGS-Panels CNV detektieren und intratumorale Heterogenität adressieren können, sogar in ctDNA.

Für die RNA-Sequenzierung ist der Hauptzweck die Detektion von Genfusionen, die viele ZNS-Tumoren charakterisieren. Zum Beispiel weisen pilozytische Astrozytome häufig die KIAA1549::BRAF-Fusion auf, und spezifische molekulare supratentorielle Ependymom-Subtypen sind durch ZFTA- oder YAP1-Fusionen definiert. Genfusionen können ausbeutbare therapeutische Ziele darstellen, wie bei infantilen hemisphärischen Gliomen, die häufig durch NTRK1/NTRK2/NTRK3-, ROS1-, ALK- oder MET-Genfusionen mit verfügbaren wirksamen Inhibitoren charakterisiert sind.

Studien zur Bedeutung von RNA-NGS bei ZNS-Tumoren zeigen, dass dieses Werkzeug besonders wertvoll für pädiatrische Neoplasien ist, die häufiger diese Ereignisse aufweisen. Bei adulten Hirnneoplasien sind Genfusionen relativ selten und stellen üblicherweise keine therapeutischen Ziele dar.

Zusätzliche diagnostische Werkzeuge und Techniken

Die microarray-basierte Bewertung von genomweiten Kopienzahlvariationen (CNV) ist ein weiteres relevantes Diagnosewerkzeug, das häufig zur molekularen Charakterisierung von ZNS-Tumoren verwendet wird, besonders bevor DNA-Methylierungsprofilierung verfügbar wurde. Diese Assays detektieren viele chromosomale Alterationen (Deletionen, Amplifikationen, Verlust der Heterozygotie, kopienneutraler Verlust der Heterozygotie, Chromothripsis), die als diagnostische und/oder prognostische Kennzeichen spezifischer Tumortypen dienen.

Molekulare Profilierung bedeutet nicht notwendigerweise simultane Analyse multipler Alterationen. Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) kann spezifische DNA-Loci direkt auf Gewebeschnitten evaluieren, nützlich für Validierungszwecke oder wenn eine spezifische Alteration basierend auf Tumoreigenschaften stark vermutet wird oder wenn Material für andere Analysen unzureichend ist.

Statt Nukleinsäuren können Proteine mit weit verbreiteten, schnellen und kostengünstigen immunhistochemischen Färbungen evaluiert werden. Immunhistochemie kann das Vorhandensein mutierter Proteine (IDH1 R132H, p53, H3 K27M, H3 G34R/V, BRAF V600E), Verlust normaler/funktionierender Proteine (ATRX, H3 K27me3, INI1, BRG1) oder Hyperaktivierung aberrant

Gemäß der WHO-Klassifikation von 2021 werden diffuse Gliome bei Erwachsenen hauptsächlich nach dem IDH1/IDH2-Status stratifiziert. Diese Einteilung ist durch die unterschiedliche Tumorbiologie, onkogene Mechanismen und klinischen Implikationen, die mit diesem molekularen Marker assoziiert sind, gut begründet.

Das Glioblastom, IDH-Wildtyp, ist das häufigste diffuse Gliom und tritt gewöhnlich bei älteren Erwachsenen mit ungünstiger Prognose auf. Es handelt sich um einen morphologisch und molekular heterogenen Tumor, der typischerweise schlecht differenzierte astrozytäre Merkmale mit infiltrativem Wachstum, hoher Proliferation, mikrovaskulärer Proliferation und Nekrose zeigt. Bei konsistenter Morphologie müssen Ärzte eine IDH1/IDH2-Mutation ausschließen, um ein IDH-mutiertes Astrozytom oder ein IDH-mutiertes, 1p/19q-kodeletiertes Oligodendrogliom auszuschließen.

Für diese Aufgabe stehen mehrere Optionen zur Verfügung: Die Immunhistochemie für IDH1 R132H kann die häufigste Mutation (etwa 90 % der supratentoriellen IDH-mutierten Gliome) ausschließen. Diese Strategie ist bei Patienten ab 55 Jahren ausreichend, da die Wahrscheinlichkeit, eine alternative Mutation zu finden, weniger als 1 % beträgt. Wenn die Anamnese jedoch auf ein vorheriges niedriggradiges Gliom hindeutet, ist eine Sequenzierung erforderlich.

Wenn morphologische Merkmale eines Glioblastoms fehlen, aber vermutet werden, erlaubt die WHO-Klassifikation 2021 eine molekulare Diagnose des Glioblastoms. Dies erfordert entweder ein konsistentes DNA-Methylierungsprofil oder mindestens einen von drei Markern: Chromosom-7-Zugewinn plus Chromosom-10-Verlust, TERT-Promotor-Mutation oder EGFR-Amplifikation. Diese Marker zeigen in geeignetem Kontext eine relative Spezifität, mit ähnlichen Patientenoutcomes wie bei morphologisch diagnostizierten Fällen.

Für IDH-mutierte diffuse Gliome erfordert die Diagnose histopathologische Befunde, die mit einem infiltrierenden diffusen Gliom mit IDH1/IDH2-Mutation und ATRX-Verlust/Mutation oder Ausschluss einer 1p/19q-Kodeletion übereinstimmen. Ein IDH-mutiertes und 1p/19q-kodeletiertes Oligodendrogliom erfordert eine vollständige armspezifische kombinierte 1p/19q-Kodeletion. Alternativ kann die Diagnose durch Nachweis der entsprechenden Methylierungsklasse gestellt werden.

Der ATRX-Status kann durch Immunhistochemie (unter Beachtung von Artefakten durch Nekrose oder eingemischte positive nicht-neoplastische reaktive Astrozyten) oder Sequenzierung zum Nachweis von Loss-of-Function-Mutationen beurteilt werden. Die TP53/p53-Bewertung ist ebenfalls hilfreich, da sie häufig bei IDH-mutierten Astrozytomen vorkommt.

Für die Diagnose von IDH-mutierten, 1p/19q-kodeletierten Tumoren ist das entscheidende Merkmal die vollständige armspezifische 1p/19q-Kodeletion, die mit verschiedenen Assays einschließlich FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung) untersucht werden kann. Die begrenzte Zielerfassung einzelner Loci durch FISH kann jedoch falsch positive Ergebnisse erzeugen, insbesondere bei Tumoren mit komplexen Karyotypen. Falsch positive FISH-Befunde treten häufig in Fällen auf, in denen eine 1p/19q-Statusbewertung nicht indiziert gewesen wäre, was die Bedeutung des angemessenen Testeinsatzes unterstreicht.

Für die Graduierung von IDH-mutierten diffusen Gliomen bleiben morphologische Merkmale entscheidend, aber die WHO-Klassifikation 2021 führte die Bewertung des CDKN2A/B-Status als Graduierungskriterium für IDH-mutierte Astrozytome hinzu. Bei homozygoter CDKN2A/B-Deletion wird Grad 4 aufgrund der Assoziation mit ungünstigem Outcome vergeben. Der CDKN2A/B-Status kann durch DNA-Methylierungsprofiling-CNV-Plots, DNA-NGS (Next-Generation Sequencing) oder FISH bewertet werden, obwohl kein abschließender Cut-off-Wert etabliert wurde.

Was dies für Patienten bedeutet: Klinische Implikationen

Die Integration molekularer Tests in die Hirntumordiagnostik stellt einen grundlegenden Wandel in der Patientenversorgung dar. Diese fortgeschrittenen Techniken ermöglichen genauere Diagnosen, bessere prognostische Informationen und identifizieren potenzielle Behandlungsziele, die zuvor nicht nachweisbar waren.

Für Patienten bedeutet dies personalisiertere Behandlungsansätze basierend auf den spezifischen genetischen Eigenschaften ihres Tumors. Das molekulare Profiling kann zielgerichtete Therapien identifizieren, die wirksamer sein können als konventionelle Behandlungen, insbesondere bei Tumoren mit spezifischen Mutationen wie BRAF V600E oder Genfusionen mit NTRK, ROS1, ALK oder MET.

Die Fähigkeit, Tumore präziser zu klassifizieren, verbessert auch die prognostische Genauigkeit und hilft Patienten und Ärzten, fundiertere Entscheidungen über Behandlungsintensität und Nachsorge zu treffen. Zum Beispiel hat die Unterscheidung zwischen IDH-mutierten und IDH-Wildtyp-Gliomen erhebliche Auswirkungen auf die erwarteten Outcomes und Behandlungsansätze.

Molekulares Testing ermöglicht auch die Identifikation von Patienten, die von klinischen Studien mit neuartigen zielgerichteten Therapien profitieren könnten, und erweitert so die Behandlungsoptionen über Standardansätze hinaus. Dies ist besonders wichtig bei aggressiven oder seltenen Tumorarten, bei denen konventionelle Behandlungen nur begrenzten Nutzen bieten.

Grenzen molekularer Tests verstehen

Obwohl molekulares Testing die Hirntumordiagnostik revolutioniert hat, ist es wichtig, seine Grenzen zu verstehen. Diese Technologien erfordern erhebliche Expertise für die korrekte Interpretation, und Ergebnisse müssen stets im Kontext klinischer, bildgebender und traditioneller pathologischer Befunde betrachtet werden.

Technische Herausforderungen umfassen die Notwendigkeit ausreichenden Tumormaterials von angemessener Qualität. Kleine Biopsien, schlechte Konservierung oder niedriger Tumorzellgehalt können die Wirksamkeit molekularer Tests einschränken. Einige Assays haben auch relativ lange Bearbeitungszeiten (mehrere Tage) im Vergleich zur traditionellen pathologischen Untersuchung.

Kosten und Verfügbarkeit bleiben erhebliche Hindernisse für die flächendeckende Implementierung umfassenden molekularen Profilings. Nicht alle medizinischen Zentren haben Zugang zu diesen fortgeschrittenen Technologien, insbesondere in ressourcenlimitierten Settings.

Während die molekulare Klassifikation wertvolle Informationen liefert, führt sie nicht immer direkt zu Behandlungsentscheidungen. Einige molekulare Alterationen haben noch keine entsprechenden zielgerichteten Therapien, und die klinische Signifikanz neu entdeckter genetischer Veränderungen kann nicht vollständig verstanden sein.

Falsch positive und falsch negative Ergebnisse können bei jedem Test auftreten, was die Bedeutung expertenhafter Interpretation und Korrelation mit anderen diagnostischen Informationen unterstreicht. Dies ist besonders relevant für Tests wie FISH, bei denen technische Limitationen manchmal irreführende Ergebnisse produzieren können.

Empfehlungen für Patienten mit Hirntumordiagnose

Für Patienten mit diagnostiziertem oder vermutetem Hirntumor können mehrere Empfehlungen helfen, den diagnostischen Prozess zu navigieren:

1. Umfassendes molekulares Testing anstreben: Fragen Sie Ihr Behandlungsteam nach verfügbaren molekularen Profiling-Optionen, einschließlich DNA-Methylierungsprofiling und gezielter Sequenzierungspanels, da diese kritische diagnostische und prognostische Informationen liefern können.
2. Ihre spezifischen Tumoreigenschaften verstehen: Bitten Sie um klare Erklärungen aller molekularen Befunde und wie diese Ihre Diagnose, Prognose und Behandlungsoptionen beeinflussen.
3. Zweitmeinungen in Betracht ziehen: Die Interpretation molekularer Tests erfordert erhebliche Expertise. Die Überprüfung Ihres Falls in einem spezialisierten neuro-onkologischen Zentrum kann die genaueste Diagnose sicherstellen.
4. Klinische Studienoptionen besprechen: Wenn Ihr Tumor spezifische molekulare Eigenschaften hat, fragen Sie nach zielgerichteten Therapiestudien, die für Ihre Situation geeignet sein könnten.
5. Tumorgewebe konservieren: Wenn Sie sich einer Operation unterziehen, besprechen Sie mit Ihrem chirurgischen Team die Bedeutung der Konservierung angemessenen Tumormaterials für potenzielle molekulare Tests, sowohl initial als auch für eventuelle Nachuntersuchungen.
6. Genetische Beratung erwägen: Einige molekulare Befunde können auf eine vererbte Krebsprädisposition hindeuten. Besprechen Sie mit Ihrem Arzt, ob genetische Beratung angemessen sein könnte.

Denken Sie daran, dass molekulares Testing am wertvollsten ist, wenn es mit anderen klinischen Informationen integriert wird. Arbeiten Sie mit Ihrem Behandlungsteam zusammen, um zu verstehen, wie diese fortgeschrittenen Diagnostiken in Ihren Gesamtbehandlungsplan passen und was sie für Ihre spezifische Situation bedeuten.

Quelleninformation

Originalartikeltitel: Molekulare Neuropathologie: ein essenzielles und sich entwickelndes Werkzeug für die Diagnose und klinische Behandlung von Tumoren des Zentralnervensystems

Autoren: Luca Bertero, Luca Mangherini, Alessia Andrea Ricci, Paola Cassoni, Felix Sahm

Veröffentlichung: Virchows Archiv (2024) 484:181–194

DOI: https://doi.org/10.1007/s00428-023-03632-4

Dieser patientenfreundliche Artikel basiert auf peer-reviewter Forschung und zielt darauf ab, komplexe wissenschaftliche Informationen für Patienten und Betreuer zugänglich zu machen, während alle essenziellen medizinischen Informationen der Originalstudie erhalten bleiben.