DE102007037008B4 - Diagnosesubstanz zur Anwendung in einem Verfahren zur Bestimmung der Aggressivität eines Prostatatumors - Google Patents

Abstract

Diagnosesubstanz zur Anwendung in einem Verfahren zur Bestimmung der Aggressivität eines Prostatatumors, bei dem die Diagnosesubstanz über die Blutbahn der Prostata zugeführt wird, enthaltend – einen Biomarker, der mit einem mit einer Detektionseinrichtung detektierbaren ersten Label versehen ist und der spezifisch an ein VEGF-Molekül bindet, und – einen Biomarker der spezifisch an ein Zielmolekül bindet, das im Endothel von Blutgefäßen gesunden Gewebes und von Blutgefäßen des Prostatatumors gleichermaßen vorkommt, und der mit einem zweiten Label versehen ist, das mit Hilfe einer Detektionseinrichtung unabhängig von dem ersten Label detektierbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Diagnosesubstanz zur Anwendung in einem Verfahren zur Bestimmung der Aggressivität eines Prostatatumors. Jeder sechste Mann entwickelt Prostatakrebs. Allerdings ist ein erheblicher Prozentsatz der Tumore wenig aggressiv und wächst so langsam, dass dem Patienten während seiner Lebensspanne keine Beschwerden entstehen. Dementsprechend ist eine sorgfältige Beobachtung eine wichtige Form der Therapie bei Prostatakrebs. Ausgehend von dieser Situation ist es nicht ausreichend, das Vorhandensein eines Prostatatumors lediglich zu detektieren. Vielmehr ist es von besonderer Bedeutung, zusätzlich Informationen über dessen Typ und damit über dessen Aggressivität zu erhalten, da diese über die anzuwendende Therapie entscheidet. Bisher ist es so, dass bei Verdacht auf Prostatakrebs, erweckt etwa durch eine PSA-Analyse und rektale Tastuntersuchung, Biopsien durchgeführt werden, um aus dem Prostatagewebe Proben zu entnehmen. Die Gewebeproben werden histologisch untersucht und nach ihrer Morphologie in so genannte „Gleason-Grade” eingeteilt. Je weniger ausdifferenziert das Gewebe ist, desto höher ist der Gleason-Grad und desto höher ist die Gefährlichkeit bzw. Aggressivität des Tumors einzuschätzen. Dieses so genannte „klinische Grading” hat den Nachteil, dass dazu eine Biopsie erforderlich ist. Zur Erhöhung der Genauigkeit werden oft sogar mehrere Biopsien mit jeweils mehreren Nadeln durchgeführt. Nachteilig ist weiterhin, dass das Verfahren rein auf morphologischen Eigenschaften des Gewebes aufbaut. Da eine Biopsie aggressives Gewebe immer verfehlen kann, ist auch die Sensitivität des Verfahrens begrenzt. Da genaue molekulare Charakteristika des Gewebes, die für den Grad der Aggressivität ursächlich sind, nicht berücksichtigt werden, ist auch die Selektivität des Verfahrens begrenzt. Deshalb wird aus Sicherheit gründen bei sehr vielen Tumoren eine – oft nicht notwendige – Behandlung durchgeführt. Sowohl durch oft wiederholte Biopsien als auch durch eventuell unnötige Behandlungen entstehen für den Patienten erhebliche Belastungen physischer und psychischer Natur.
• Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Diagnosesubstanz zur Anwendung in einem Verfahren zur Bestimmung der Aggressivität von Prostatatumoren anzugeben, mit denen der Grad der Tumoraggressivität verlässlich, aber auf eine für den Patienten verträgliche Art und Weise bestimmbar ist.
• Diese Aufgabe wird durch eine Diagnosesubstanz nach Anspruch 1. Eine erfindungsgemäße Diagnosesubstanz enthält einen Biomarker, der mit einem mit einer Detektionseinrichtung detektierbaren ersten Label versehen ist und der spezifisch an ein VEGF-Molekül bindet. Die Erfindung geht dabei von Erkenntnissen betreffend die molekulare Charakteristik von Prostatakrebs-Gewebe aus. So wurde festgestellt, dass die Transkriptionsfaktoren Id-1 und Id-2 umso stärker aktiv sind und damit in umso höherer Konzentration in den Tumorzellen vorliegen, je aggressiver der Tumor ist, je höher also sein Gleason-Grad ist (Coppe, Itahana et al., Clin. Cancer Res. 10 (2004)). Ein Transkriptionsfaktor (auch als trans-Element bezeichnet) ist ein Protein, das für die Initiation der RNA-Polymerase bei der Transkription von Bedeutung ist. Die genannten Transkriptionsfaktoren, insbesondere Id-1, sind für die Tumorentstehung und -verbreitung von zentraler Bedeutung (Wong, Wang et al., Acta Histochem. Cytochem. 37 (2004)). Insbesondere stellt die hohe Expression dieser Moleküle ein funktionelles Charakteristikum aggressiver Tumore dar, und ist damit ein verlässlicherer Indikator für deren Aggressivität als ein Epiphänomen, wie z. B. die morphologische Ausprägung von Tumorgewebe. Allerdings operieren Id-1 und Id-2 im intrazellulären Bereich und sind daher vom Blutstrom aus schwer zu detektieren. Sie sind daher als Zielmoleküle, die von über die Blutbahn zugeführten Biomarkern erkannt werden können, nur wenig geeignet. Es ist nun bekannt, dass Id-1 bei Prostatakrebs die Angiogenese, also die Blutgefäßneubildung im Krebsgewebe antreibt, wobei dies durch Aktivierung von VEGF-Molekülen (vascular endothelial growth factor) geschieht (Ling, Tracy et al., Carcinogenesis 26 (2005)). Da Id-1 seinen Effekt durch Steuerung der Proteinproduktions-Maschinerie ausübt, ist davon auszugehen, dass die Menge bzw. Dichte an VEGF proportional zur Menge von Id-1 ist. Somit ist die Menge bzw. Dichte an VEGF-Molekülen im Bereich neu gebildeter Blutgefäße im Krebsgewebe ein Indikator bzw. ein Maß für die Aggressivität des Prostatakrebses. Dementsprechend werden erfindungsgemäß Biomarker eingesetzt, die an VEGF-Moleküle binden. Im Falle eines aggressiven Prostatakrebses ergibt sich dann eine entsprechend hohe Anreicherung dieser Biomarker, was mit Hilfe einer geeigneten Detektionseinrichtung und mit von dieser detektierbaren Labels erkennbar ist.
• Bei der Bestimmung der Aggressivität eines Tumors wird über die Blutbahn der Prostata ein Diagnosemittel zugeführt, das einen Biomarker und ein. mit diesem verbundenes, mit einer Detektionseinrichtung detektierbares erstes Label enthält, wobei ein Biomarker verwendet wird, der spezifisch an ein VEGF-Molekül des vaskulären Endothels bindet. Eine Anreicherung der Biomarker im Bereich des Krebsgewebes wird mit Hilfe einer extra- oder intrakorporal positionierten Detektionseinrichtung gemessen, wobei die Detektionseinrichtung ein Signal erzeugt, dessen Stärke proportional zur Anzahl bzw. der Dichte der in einem Gewebebereich vorhandenen VEGF-Moleküle ist. Hinsichtlich der damit verbundenen Vorteile wird auf obige Ausführungen verwiesen.
• In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen angegeben, die in der nun folgenden Beschreibung, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, erläutert werden. Es zeigen jeweils in schematischer Prinzipdarstellung:
• 1 und 2 die unterschiedliche Bildung von VEGF in der Blutgefäßwand bei Prostatakrebs mit niedrigem und bei Prostatakrebs mit hohem Aggressivitätsgrad,
• 3 das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• 1 zeigt die Situation, die im Falle eines Tumors 1 geringer Aggressivität der Prostata 2 vorliegt. Im Prostatatumor 1 ist nur eine relativ geringe Konzentration an Transkriptionsfaktoren Id-1 vorhanden. Die geringe Tumoraggressivität ist mit einem entsprechend geringeren Grad der Bildung von Blutgefäßen 3 verknüpft. Dies bedeutet wiederum, dass die Wachstumsfaktoren VEGF dem Endothel des Blutgefäßes 4 nur mit einer geringen Dichte vorhanden sind. Demgegenüber ist bei einem Prostatatumor 1 mit hoher Aggressivität die Id-1 Konzentration und dementsprechend die Anzahl bzw. Dichte der VEGF-Moleküle im vaskulären Endothel erhöht (2). Die Dichte an VEGF-Molekülen im vaskulären Endothel wird nun dadurch festgestellt, dass der Prostata 2 über die Blutbahn bzw. über Blutgefäße 3 eine Diagnosesubstanz zugeführt wird, die einen Biomarker 5a enthält, der an VEGF-Moleküle bindet. Der Biomarker 5a, wie auch die weiter unten beschriebenen Biomarker, umfasst einen bindenden Teil, der ein Molekül oder eine molekulare Struktur ist, im Folgenden als Koppelmolekül 6 bezeichnet, und ein mit Hilfe einer Detektionseinrichtung 7 detektierbare Label 8 umfasst. Als für die Bindung an VEGF geeignete Koppelmoleküle 6 kommen etwa Antikörper, Aptamere bzw. Spiegelmere, Anticaline sowie Viruspartikel, insbesondere M13-Phagen in Frage. Aptamere sind künstlich hergestellte kurze RNA- oder DNA-Moleküle, die wie das Erbgut aus einzelnen Nukleotiden aufgebaut sind. Spiegelmere sind das spiegelverkehrte Pendant der Aptamere. Anticaline sind maßgeschneiderte Rezeptorproteine mit Eigenschaften ähnlich den Antikörpern, sind jedoch leichter herstellbar als diese. Hinsichtlich der Ausprägung bestimmter spezifischer Bindungseigenschaften sind auch Viruspartikel, insbesondere M13-Phagen von Interesse. Deren Proteinhülle kann durch gezielte biologische Evolution so mutiert werden, dass eine spezifische Affinität zu ganz bestimmten Molekülen oder molekularen Strukturen besteht. Wird eine Diagnosesubstanz der oben beschriebenen Art der Prostata zugeführt, binden die Biomarker 5a an die VEGF-Moleküle des vaskulären Endothels der Blutgefäße 3. Je höher die gebundene Menge an Biomarkern 5a ist, desto höher ist auch die Menge an detektierbaren Labels 8. Hinsichtlich der Ausgestaltung eines Labels bestehen, abgesehen von der Körperverträglichkeit, praktisch keine Beschränkungen. Das Label 8 muss nur auf eine geeignete Art und Weise mit der Detektiereinrichtung 7 erkennbar sein. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung beispielsweise ist das Label 8 ein elektromagnetische Wellen absorbierender Farbstoff, insbesondere ein im nahen Infrarot absorbierender und fluoreszierender Farbstoff, beispielsweise der im längerwelligen Bereich absorbierende und fluoreszierende Farbstoff Indocyaningrün. Eine zur Detektion geeignete Detektionseinrichtung 7 umfasst dementsprechend eine im nahen Infrarot emittierende Lichtquelle 9a. Das von dieser emittierte Licht 10a wird von den Labels 8a der Biomarker 5a absorbiert, wobei diese ein Fluoreszenzlicht 12 aussenden, das von einem Infrarotsensor 13 erkannt und in ein elektrisches Signal 14a umgewandelt wird. Der Vorteil des Nahinfrarot liegt darin, dass es Gewebestrukturen, etwa gesundes Prostatagewebe oder die Enddarmwand 15 im Falle einer rektal eingeführten, den Infrarotsensor 13 enthaltenden Rektalsonde 16, sehr leicht durchdringt, d. h. beim Gewebedurchgang nur geringfügig abgeschwächt wird. Um eine verlässliche Maßzahl für die Tumoraggressivität zu haben, reicht es nicht aus, lediglich einen zur Anzahl der Labels 8a proportionalen Messwert zu bestimmen und ein entsprechendes Signal 14a zu erzeugen. Es kommt nämlich auf die Dichte der Biomarker 5a bzw. der Labels 8a an. Es wäre nun sehr schwierig, den Flächenbereich zu bestimmen, an dem die Biomarker 5a immobilisiert sind. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine indirekte Dichtebestimmung dadurch erreicht, dass der Prostata 2 ein Biomarker 5b zugeführt wird, dessen Koppelmolekül 6 an ein Zielmolekül bindet, das im Endothel von Blutgefäßen gesunden Gewebes und von den Blutgefäßen des Prostatatumors 1 gleichermaßen bzw. mit gleichförmiger Verteilung vorhanden ist, z. B. an das Molekül CD34. Als Koppelmoleküle 6 können die oben genannten Koppelmoleküle, also etwa Antikörper, Anticaline und dergleichen dienen. Bei einer Verfahrensvariante wird also dem Prostatatumor 1 über die Blutbahn eine Diagnosesubstanz zugeführt, die neben dem Biomarker 5a zusätzlich noch einen an CD34 bindenden Biomarker 5b enthält. Es kommt nun darauf an, dass die Biomarker 5b von den mit VEGF zusammenwirkenden Biomarkern 5a unterschieden werden können. Damit dies möglich ist, ist der an CD34 bindende Biomarker 5b mit einem zweiten Label 8b versehen, das unabhängig von dem ersten Label 8a des Biomarkers 5a, mit der Detektionseinrichtung 7 detektierbar ist. Im Falle einer im Nahinfrarot arbeitenden Detektionseinrichtung 7 wird dies dadurch gewährleistet, dass als zweites Label 8b ein Farbstoff verwendet wird, der in einem anderen Wellenlängenbereich absorbiert und fluoresziert als der Farbstoff des ersten Labels 8a. Beispielsweise kann für das Label 8b der Farbstoff NIR-1 verwendet werden, der in einem kürzeren Wellenlängenbereich absorbiert und fluoresziert als Indocyaningrün. Die Detektoreinrichtung 7 enthält dann eine zweite Lichtquelle 9b, deren emittiertes Licht 10b von den Labels 8b absorbiert wird. Deren Fluoreszenzlicht 12b wird von dem Infrarotsensor 13 detektiert. Gegebenenfalls können in die Strahlengänge Filter 17 eingesetzt werden, welche beispielsweise die Detektion des Fluoreszenzlichts 12 verbessern. Es kann nun eine verlässlichere Maßzahl für die Dichte der VEGF-Moleküle im Prostatatumor 1 erhalten werden, wenn das mit dem Fluoreszenzlicht 12a der ersten Labels 8a korrelierte Signal 14a mit dem entsprechenden Signal 14b der zweiten Labels 8b ins Verhältnis gesetzt wird.
• Bei einer weiteren Verfahrensvariante wird der Diagnosesubstanz ein weiter Biomarker (nicht dargestellt) zugesetzt, wobei dieser so ausgestaltet ist, dass er an Moleküle bindet, die für entzündetes Gewebe spezifisch sind. Für diesen Zweck kommt beispielsweise das Molekül ICAM-1 in Frage. Mit dieser Verfahrensvariante ist es möglich festzustellen, ob eine Angiogenese, d. h. die erhöhte Bildung von Blutgefäßen, eine andere, nicht maligne Ursache hat. Die genannten Marker können in unterschiedlicher Kombination verwendet werden, um damit unterschiedliche Diagnoseziele zur verfolgen. Denkbar ist natürlich auch eine serielle Anwendung von Diagnosesubstanzen, die jeweils nur einen Typ von Biomarker enthalten.
• Neben den oben genannten Labels beispielsweise auch Microbubbles verwendet werden, die mit einer mit Ultraschall arbeitenden Detektionseinrichtung 7 erkannt werden können. Eine andere Möglichkeit besteht darin ferromagnetische Partikel als Label zu verwenden, wobei hier eine Detektionseinrichtung 7 mit Magnetsensoren oder eine solche auf MRT-Basis eingesetzt werden kann.

Claims (10)

1. Diagnosesubstanz zur Anwendung in einem Verfahren zur Bestimmung der Aggressivität eines Prostatatumors, bei dem die Diagnosesubstanz über die Blutbahn der Prostata zugeführt wird, enthaltend – einen Biomarker, der mit einem mit einer Detektionseinrichtung detektierbaren ersten Label versehen ist und der spezifisch an ein VEGF-Molekül bindet, und – einen Biomarker der spezifisch an ein Zielmolekül bindet, das im Endothel von Blutgefäßen gesunden Gewebes und von Blutgefäßen des Prostatatumors gleichermaßen vorkommt, und der mit einem zweiten Label versehen ist, das mit Hilfe einer Detektionseinrichtung unabhängig von dem ersten Label detektierbar ist.
2. Diagnosesubstanz nach Anspruch 1, die einen an das CD34-Molekül bindenden Biomarker enthält.
3. Diagnosesubstanz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zusätzlich einen Biomarker enthält, der spezifisch an ein entzündungsbedingt im Prostatagewebe vorhandenes Zielmolekül bindet und der mit wenigstens einem dritten Label versehen ist, das mit Hilfe einer Detektionseinrichtung unabhängig von dem ersten und dem zweiten Labels detektierbar ist.
4. Diagnosesubstanz nach Anspruch 3, enthaltend einen an ICAM-1 bindenden Biomarker.
5. Diagnosesubstanz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Biomarker aus der Gruppe „Antikörper, Anticalin, Aptamer, Spiegelmer, Virus” verwendet wird.
6. Diagnosesubstanz nach Anspruch 5, enthaltend einen gezüchteten M13-Phagen.
7. Diagnosesubstanz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als Label einen elektromagnetische Wellen absorbierenden Farbstoff enthält.
8. Diagnosesubstanz nach Anspruch 7 mit einem im nahen Infrarot absorbierenden Farbstoff.
9. Diagnosesubstanz nach Anspruch 7, bei dem das Label ein Fluoreszenzfarbstoff-Molekül ist.
10. Diagnosesubstanz nach Anspruch 9, mit einem Fluoreszenzfarbstoff-Molekül, dessen Absorptions- und Fluoreszenzspektrum im nahen Infrarot liegen.

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