Türkische Wissenschaftler haben 12 Gene identifiziert, die die Reaktion auf Strahlentherapie bei Lungenkrebs bestimmen.

Eine wissenschaftliche Studie wurde in Zusammenarbeit mit den Gesundheitsinstituten der Türkei (TÜSEB) und dem Validebağ- Forschungszentrum der Universität für Gesundheitswissenschaften (SBU) durchgeführt, um die Auswirkungen hochdosierter Strahlung auf die Genexpression nach einer Strahlentherapie bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs zu ermitteln und festzustellen, welche Gene sich signifikant verändert haben.

In diesem Zusammenhang wurden Lungenkrebsmodelle mit speziellen Versuchstieren, den sogenannten „Nacktmäusen“, entwickelt.

Sobald das Tumorgewebe ein bestimmtes Volumen erreicht hatte, wurden die Mäuse in der Klinik für Strahlentherapie des Haydarpaşa Numune Lehr- und Forschungskrankenhauses mit Strahlentherapie behandelt. Nach insgesamt 48 Stunden wurden die Tumorgewebe genetisch untersucht.

In der Studie, die „Next Generation Sequencing (NGS)“ und „bioinformatische Analysemethoden“ verwendete, traten unter Hunderten von Genen 12 Gene in den Vordergrund, die mit Lungenkrebs in Zusammenhang stehen und sich aufgrund der Strahlentherapie in allen Versuchsgruppen gemeinsam verändert hatten.

Wissenschaftler haben in Experimenten herausgefunden, dass einige Tumorsuppressor- und Immunantwort-bezogene Gene eher auf eine Behandlung ansprechen, wenn sie durch Strahlentherapie aktiviert werden.

Nach der Strahlentherapie wurde ein signifikanter Anstieg der Strukturlevel einiger Gene beobachtet, die eine Rolle bei Krankheitsrezidiven und Metastasierung in Gewebe wie Knochen und Gehirn spielen.

Es zeigte sich also, dass der Tumor einen Abwehrmechanismus entwickelt hatte, um sich selbst zu schützen, und dass er einer Strahlentherapie widerstehen konnte.

In der Studie zeigten NGS-Analysen, wie Krebszellen auf molekularer Ebene auf Strahlentherapie reagieren.

Man geht davon aus, dass dieser Ansatz das bisherige Verständnis der Strahlentherapie, bei der alle Patienten die gleiche Dosis erhalten, verändern und den Weg für eine personalisierte Behandlung in der Zukunft ebnen könnte.

Es wird erwartet, dass durch die Integration von NGS-basierten radiogenomischen Daten in klinische Entscheidungsprozesse bei der Behandlung von Lungenkrebs die Behandlungseffektivität gesteigert und potenzielle Nebenwirkungen einer hochdosierten Strahlentherapie reduziert werden können.

„Lungenkrebs gehört zu den häufigsten Krebsarten weltweit.“

Der Projektkoordinator und außerordentliche Professor Dr. Serhat Aras von der Abteilung für Strahlentherapie am SBU Haydarpaşa Numune Ausbildungs- und Forschungskrankenhaus sagte, dass Lungenkrebs eine der häufigsten Krebsarten weltweit sei.

Aras erklärte, dass Chemotherapie, Strahlentherapie und Operationen eine wichtige Rolle bei der Behandlung spielen, und erläuterte, dass das Hauptziel der Forschung darin bestehe, die Wirkung der Strahlentherapie auf die Gene von nicht-kleinzelligem Lungenkrebs aufzudecken.

Privatdozent Dr. Aras erklärte: „Wir wollten herausfinden, wie die Strahlentherapie die Genetik und die Genexpressionsniveaus des Tumors verändert. Jedes Gen reagiert unterschiedlich auf die Strahlentherapie und weist eine unterschiedliche Wahrscheinlichkeit für Resistenzen auf. Wir haben diese Karte mithilfe von Next-Generation-Sequenzierung und bioinformatischer Analyse erstellt.“

Aras stellte fest, dass sieben der zwölf in den Analysen identifizierten Gene, die gemeinsame Veränderungen durch die Strahlentherapie aufwiesen, für die Tumorproliferation, -suppression und Immunantwort verantwortlich waren und dass nach der Strahlentherapie signifikante Anstiege dieser Gene beobachtet wurden.

Aras wies darauf hin, dass eines der auffälligsten Ergebnisse der Studie der signifikante Anstieg von fünf Genen nach der Strahlentherapie sei, und sagte: „Diese Gene spielen eine Rolle beim Wiederauftreten der Krankheit und bei Hirn- oder Knochenmetastasen. Dies zeigt, dass der Tumor resistent gegen die Strahlentherapie ist. Krebszellen, die Abwehrmechanismen gegen die Strahlentherapie entwickeln, werden resistent gegen die Behandlung, und die Krankheit kann mit einem Rezidiv oder Metastasen zurückkehren.“

„Es wird den Weg für patientenspezifische Strahlentherapieanwendungen ebnen.“

Aras betonte, dass NGS-basierte Analysen den Weg für personalisierte Strahlentherapiebehandlungen in der Zukunft ebnen könnten, und sagte: „Wenn die Reaktion auf molekularer Ebene bestimmt wird, wird die personalisierte Strahlentherapie bei jedem angewendet, nicht die gleiche Dosis.“

Assoc. Prof. Dr. Aras erklärte, dass durch die Einbindung der Methode in klinische Entscheidungshilfesysteme die Krankheit effektiver behandelt und mögliche Nebenwirkungen im Zusammenhang mit der Strahlentherapie reduziert werden könnten.

„Wenn wir bei Lungenkrebspatienten vor der Strahlentherapie eine Genanalyse durchführen können, können wir feststellen, welche Gene empfindlich oder resistent sind“, sagte Aras und fuhr fort:

„Dies ermöglicht eine individuelle Anpassung der dem Patienten verabreichten Dosis. Ist das Gen strahlenresistent, reicht die Strahlentherapie allein möglicherweise nicht aus. In solchen Fällen können Immuntherapie, Gen-Silencing oder Kombinationsbehandlungen mit zielgerichteten Medikamenten eingesetzt werden. Unsere Studie legt den Grundstein für eine personalisierte Strahlentherapie. Mit der Entdeckung von zwölf Genen konnte die Reaktion auf Strahlentherapie bei Lungenkrebs auf genetischer Ebene kartiert werden. Diese Erkenntnisse könnten zukünftig den Weg für patientenspezifische Strahlentherapieanwendungen ebnen. Unser nächstes Ziel in dieser Studie ist die Aufklärung der Mechanismen, die den strahlenresistenten Genen zugrunde liegen.“

Assoc. Prof. Dr. Serhat Aras merkte an, dass es sich um die erste Studie handele, die in der Türkei mit Next-Generation-Sequenzierung durchgeführt wurde und dass sie in einer angesehenen internationalen Fachzeitschrift veröffentlicht worden sei.

„Mit dieser Methode werden DNA-Fragmente erzeugt.“

Dr. Tuğba Kul Köprülü, ein Fakultätsmitglied der Abteilung für Molekulare Medizin am SBU Hamidiye Health Sciences Institute, erklärte, dass sie das Verhalten von Genen mithilfe der Next-Generation-Sequenzierungstechnologie detailliert untersucht hätten.

Köprülü erklärte, dass sie im Rahmen des Projekts eine RNA-Seq-Analyse (Transkriptomanalyse), eine Untereinheit der NGS, durchgeführt hätten: „Die Sequenzierung der nächsten Generation ist eine Technologie, die die DNA- oder RNA-Sequenzierung deutlich schneller, in größerem Umfang und zu geringeren Kosten als herkömmliche Methoden ermöglicht. Bei dieser Methode werden DNA-Fragmente erzeugt. Diese Fragmente werden dann gleichzeitig und parallel sequenziert. Die resultierenden Daten werden mithilfe von Software für große Datenmengen kombiniert und kartiert.“

Köprülü betonte, dass die Transkriptomanalyse eine wichtige Methode sei, mit der sich die Genexpression von Zellen unmittelbar visualisieren lasse: „Die RNA-Seq-Analyse ermöglicht es uns, sehr schnell große Datenmengen zu gewinnen. Mithilfe dieser Daten können wir beispielsweise sehen, welche Gene nach einer Strahlentherapie aktiviert und welche stillgelegt werden. Dies ermöglicht es, Gene zu identifizieren, die eine Rolle bei Resistenzmechanismen spielen, und die regulatorischen Schritte bei der Bildung verschiedener Proteinisoformen zu erfassen.“