Personalisierte Medizin: Aktuelle Herausforderungen & Methoden individualisierter Therapiekonzepte

Schlaganfälle mittels Personalisierter Medizin vorhersagen

„Predictive Stroke Modeling ermöglicht eine personenbezogene Vorhersage von Schlaganfällen, da hier multidisziplinäre Quellen wie Genomik, Biochemie, Soziales, Lebensstil, Geschlecht oder die Arbeitswelt integriert werden“, erklärt VDGH-Geschäftsführer Walger.

„Eine aktuelle Errungenschaft ist die Liquid Biopsy, die sogenannte Flüssigbiopsie.“ Sie ermöglicht den Nachweis zirkulierender Tumorzellen beziehungsweise Tumor-DNA im Blut. Hierfür sind hochsensitive Nachweisverfahren wie weiterentwickelte Polymerase-Chain Reaction-Technologien (PCR) und Next Generation Sequencing (NGS) erforderlich.

„Die Flüssigbiopsie dürfte in den nächsten Jahren stärker neben die Biopsie, das heißt die Gewebeentnahme und deren histopathologische Untersuchung treten, auch weil sie für den Patienten weniger invasiv ist“, sagt Walger. Einsetzbar ist die Liquid Biopsy für die Früherkennung von Tumoren im Screening, für das Monitoring der Therapie oder für die Abschätzung eines individuellen Metastasierungsrisikos.

Diagnose und Therapie im Tandem

„Die Personalisierte Medizin hat in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung gemacht. Voraussetzung dafür war die Erforschung und Entschlüsselung des Erbguts“, bestätigt Dr. Martin Walger, Geschäftsführer des Verbandes der Diagnostika-Industrie (VDGH). Mit der Entschlüsselung des Humangenoms und den daraus resultierenden Möglichkeiten der modernen Gendiagnostik wurde dieser Trend maßgeblich beschleunigt. Standardisierte Therapiekonzepte zielten bisher oft auf ganze Patientengruppierungen ab ohne Berücksichtigung des Gesundheitszustandes jedes Einzelnen, seiner körperlichen Verfassung und ohne Differenzierung nach Alter und Geschlecht. Demnach zeigten auch Medikamente und Therapien bei gleichen Erkrankungen unterschiedliche Wirksamkeiten von höchst effizient bis völlig unwirksam. Die medizinische Forschung konzentriert sich deshalb heute auf die Entwicklung neuartiger individuell ausgerichteter Diagnoseverfahren und innovativer Medikamente für maßgeschneiderte Behandlungsansätze.

Insbesondere onkologische Patienten profitieren davon, dass die Begleitdiagnostik, die sogenannte Companion Diagnostics, wichtige Informationen vor und während der Behandlung liefert: Diese Informationen ermöglichen einen passgenauen Therapieeinsatz und zeigen, ob ein Medikament geeignet und wirksam ist oder nicht. „Durch molekulargenetische Methoden wie Next Generation Sequencing (NGS)-Technologien können heute in kurzer Zeit umfassende Tumorprofile oder sogar ganze Genomsequenzierungen erstellt werden“, erläutert Walger. Deshalb können individualisierte bzw. sogenannte personalisierte Behandlungswege bereits heute erfolgreich in der Tumordiagnostik und in der Therapie bei Brust- und Darmkrebs eingesetzt werden. So lässt sich mittlerweile bei Darmkrebs mit einem Gentest an einer Gewebeprobe aus dem Tumor ganz genau feststellen, welche Medikamente für einen bestimmten Patienten in Betracht kommen oder nicht. Auch bei der Immunschwäche HIV und bei gewissen Infektionskrankheiten wie Hepatitis zeigen personalisierte Therapien Behandlungserfolge. Die moderne Diagnostik liefert dabei nicht nur die Vortests für den erfolgreichen Einsatz der Personalisierten Medizin, sondern ermöglicht auch eine immer bessere Differenzialdiagnose. Im Labor lassen sich heute bereits sechs Genotypen von Hepatitis-C-Viren unterscheiden.

Einsatz in der Onkologie

Die größten Erfolge kann die Personalisierte Medizin in der Onkologie verbuchen, hier hat die Personalisierung eine besondere Bedeutung für die effiziente Behandlung. Krebszellen entstehen durch Mutationen. Jedoch ist Krebs nicht gleich Krebs. Im Tumorgewebe verschiedener Patienten mit der gleichen Krebsart sind nicht unbedingt auch die gleichen Mutationen festzustellen. Von den Mutationen hängt jedoch ab, ob bestimmte Therapien wirksam sind oder nicht. So können Immunoglobuline wie die monoklonalen Antikörper Cetuximab (Handelsname Erbitux; Eli Lilly, Bristol-Myers Squibb, Merck) oder Panitumumab (Handelsname Vectibix; Amgen) bei fortgeschrittenem Darmkrebs nur dann wirken, wenn das Gen KRAS noch nicht mutiert ist. Mit einem Gentest lässt sich nun bei einer Gewebeprobe aus dem Tumor feststellen, ob die Medikamente für einen bestimmten Patienten wirksam sind oder nicht. Aufgrund der Gewebediagnostik sind in der Onkologie Tumore und Metastasen exakt identifizierbar, was ein genaueres Monitoring ermöglicht und Perspektiven für eine maßgeschneiderte Behandlung eröffnet.

Kenntnisse über die genetischen Daten ermöglichen dabei eine frühere und präzisere Diagnose, eine effektivere Vorbeugung und eine optimierte Behandlung. Dabei ist es wichtig die Prozesse im Körper zu entschlüsseln und zu verstehen. So lassen sich gezielt die Wirkmechanismen entsprechender Medikamente aufklären, um maßgeschneiderte Therapien zu entwickeln. Erfolge mit personalisierten Therapieansätzen konnten bei Brust-, Darm-und Lungenkrebs sowie bei seltenen malignen Tumorerkrankungen wie dem Mantelzelllymphom verbucht werden.

Brustkrebspatientinnen, auf deren Tumorzellen der spezielle Wachstumsfaktorrezeptor HER2 im Übermaß vorkommt, können mit einer gegen HER2-gerichteten Therapie (Handelsnamen Herceptin, Perjeta; Roche) basierend auf den Wirkstoffen Trastuzumab oder Pertuzumab behandelt werden.

Auch bestimmte Lungenkrebserkrankungen sind mit zielgerichteten Medikamenten behandelbar. So lässt sich bei einigen nicht-kleinzelligen Lungentumoren mit dem Wirkstoff Erlotinib (Handelsname Tarceva; Roche) das EGFR-Gen hemmen, das bei Lungenkrebs spezifische Mutationen aufweist. Die bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs häufig auftretende ALK-Mutation können Mediziner mit dem zielgerichteten Wirkstoff Alectinib (Handelsname Alecensa; Roche) ebenfalls therapieren.

Die moderne Analytik und Molekulargenetik erlauben die genetischen und biologischen Prozesse aufzuklären, molekulare Strukturen und Schalterstellen zu entschlüsseln sowie die Mechanismen der Genexpression zu verstehen, um gezielt individualisierte maßgeschneiderte Therapiekonzepte erfolgreich einzusetzen. Eine wichtige Schlüsselrolle kommt dabei krankheitsspezifischen Biomarkern zu, die den Wissenschaftlern aussagekräftige Informationen über die Art, die molekulare Ursache und über den Zustand der Erkrankung liefern. „Die Diagnostikindustrie arbeitet in enger Abstimmung mit der pharmazeutischen Industrie an der Erforschung von Biomarkern und der Entwicklung entsprechender Tests, die für die Personalisierte Medizin Voraussetzung sind“, ergänzt VDGH-Geschäftsführer Walger. Dadurch können zielgerichtete Therapien bei verschiedenen Krebserkrankungen wie Brust-, Darm- oder Lungenkrebs und sowie bei HIV eingeleitet und damit die Behandlungserfolge maßgeblich gesteigert werden.

Personalisierte Gentherapien, Regenerative Medizin, Tissue Engineering und Bioprinting schaffen zudem neue Wege in der Gewebe- und Organforschung. Funktionelle Organstrukturen aus sogenannter Biofabrikation für intelligente Therapien basieren auf dem Einsatz von maßgeschneiderten Biomaterialien wie den funktionellen Peptiden und erlauben neuartige individuelle Behandlungsmethoden. So ist es möglich, bestimmte Zellkulturen und Gewebestrukturen in Kultur- und Nährmedien zu züchten, um diese als Implantate in der orthopädischen, plastischen und kardiovaskulären Chirurgie einzusetzen. Humane In-vitro-Modelle auf Basis humaner Zellen, insbesondere der menschlichen Leber, werden bereits von Hepacult entwickelt.

Das Potenzial der Personalisierten Medizin

Die Mitgliederumfragen des VDGH zeigen, dass für immer mehr Unternehmen der In-Vitro-Diagnostik (IVD)-Industrie die Personalisierte Medizin an Bedeutung gewonnen hat. Waren es 2016 etwa 27 Prozent der befragten IVD-Unternehmen, so wuchs der Anteil bis 2019 auf über 61 Prozent, Tendenz weiter steigend.

„Forscher prognostizieren, dass die meisten Krebsarten in Zukunft durch genetische Bluttests bereits in einem Frühstadium diagnostizierbar werden“, sagt Walger. „Voraussetzung dafür ist die Entwicklung validierter Biomarker mit hoher Sensitivität, um die Erkrankung im präsymptomatischen Stadium erkennen zu können. Dies ist eine der Aufgaben und Herausforderungen, an denen die Life-Science- und Diagnostik-Industrie arbeiten. Auf der Therapieseite sind Entwicklungen in der Immunonkologie, der Zell- und Gentherapie entscheidende Felder, in denen sich heute schon sehr viel tut und in den nächsten fünf bis acht Jahren noch mehr bewegen wird“.

Nach Aussage des VDGH wurden bei der Erstattung von Companion Diagnostics in der vertragsärztlichen Versorgung in den letzten Jahren Fortschritte erzielt. „Setzt die Anwendung eines Arzneimittels eine vorherige Testung voraus, so muss eine Vergütungsziffer für das Testverfahren zeitnah vereinbart werden. Dieser Automatismus fördert die Umsetzung der personalisierten Medizin außerhalb des stationären Settings“, erklärt Walger.

Digitalisierung und Datenmanagement sind ein Schlüssel für den Erfolg

Computergestütztes Wirkstoffdesign und Next Generation Ultra-Hochdurchsatz-Methoden erzeugen sehr schnell gigantische Datenmengen. Die Digitalisierung schafft dabei die notwendige Basis für aussagekräftige Auswertungen und ein effizientes Datenmanagement für Biobanken, Peptidbibliotheken oder Patientendaten. Weitere Erfolge in der Personalisierten Medizin werden entscheidend von der Digitalisierung abhängen. Innovative und schnelle Technologien, die eine immer präzisere Diagnostik in immer kürzerer Zeit ermöglichen, produzieren enorme Datenmengen, die gespeichert, analysiert und intelligent vernetzt werden müssen. „Mit jedem Datensatz wächst das Verständnis von Erkrankungen, können Muster erkannt werden und Hinweise für neue Behandlungsstrategien abgeleitet werden. Dies bedeutet eine enorme Transferleistung. Ein intelligentes Informations- und Datenmanagement – und hierzu gehört auch die Nutzungsmöglichkeit von Daten aus der Versorgungsrealität – sind die Voraussetzung dafür“, urteilt Walger.

Next Generation-Technologien auf der analytica

Next Generation-Technologien aus der Bio- und Genforschung, der Diagnostik sowie der Analytik sind die Taktgeber für die Personalisierte Medizin. Die neuesten Trends aus diesen Bereichen werden auf der analytica 2020 der Fachwelt vorgestellt. Die Leistungsshow präsentiert umfassend Spitzentechnologien und zukunftsfähige Methoden. Internationale Experten und die Global Player treffen sich zum Erfahrungsaustausch in München, wo das Know-how der Branche und der neueste Stand der Technik beispielhaft abgebildet werden.

Dem Anwender werden gut strukturiert und umfassend praktische Systemlösungen vorgestellt, mit denen kürzere Analysen- und Versuchszeiten sowie bessere Interpretationsmöglichkeiten der Messergebnisse und zentrale Verfügbarkeiten aussagekräftiger Daten erreichbar sind. Neue Diagnosemöglichkeiten und individuelle Therapien werden nur durch neue molekulargenetische Verfahren möglich, wie sie auf der analytica präsentiert werden. Eine effektive und präzise Diagnostik ist letztlich die entscheidende Voraussetzung für mehr Behandlungserfolge in der Personalisierten Medizin.