Sichere Pränatal-Diagnostik

Die Fruchtwasserpunktion und die Chorionbiopsie bleiben die wichtigsten Verfahren bei der Früherkennung von Krankheiten des Ungeborenen im Mutterleib. Weil diese Untersuchungen invasiv sind und Fehlgeburten zur Folge haben können, werden sie normalerweise nur Frauen mit bekannten Risikofaktoren empfohlen. Gleich mehrere neue Testmethoden sollen nun dafür sorgen, dass Gendefekte bereits mit einer einfachen Blutprobe der Mutter erkannt werden können.

"Das ist seit Langem der heilige Gral: Den Frauen eine Diagnose mitzuteilen, ohne dass man einen invasiven Eingriff vornehmen muss", sagt Joe Leigh Simpson vom Florida International University College of Medicine, der Pionier im Bereich noninvasiver, pränataler Testverfahren ist.

Obwohl die Plazenta dafür sorgt, dass der Kreislauf des Fetus von dem der Mutter getrennt ist, dringt doch eine geringe Menge Nukleinsäure des neuen Lebens und eine kleine Anzahl seiner Zellen in ihr Blut vor. Seit Jahrzehnten suchen Forscher daher schon nach einem Weg, dieses Material zu isolieren und daraus dann Rückschlüsse auf den genetischen Status des Babys zu ziehen.

Es ist relativ einfach, im Blut zirkulierende DNA- und RNA-Schnipsel zu reinigen und ihre Sequenzen dann zu analysieren. Das Problem ist aber, die Nukleinsäuren des Fetus von dem der Mutter zu trennen. Besonders im Fall des Down-Syndroms, dessen Erkennungsmerkmal eine zusätzliche Kopie des Chromosoms 21 ist, wird es schwierig – ohne intakte Zellen des Ungeborenen lässt sich die Anzahl der Kopien nicht zählen.

Um diese Hürde zu nehmen, setzt Dennis Lo, Professor für chemische Pathologie und Medizin an der chinesischen Universität von Hongkong, auf die so genannten SNPs, oft vorkommende Unterschiede einzelner Buchstaben eines Gens. Ein normaler Fetus mit zwei Kopien von Chromosom 21 kann zwei verschiedene Schreibweisen eines bestimmten Gens auf dem Chromosom besitzen, die Genexpression erfolgt dann in einem Verhältnis von eins zu eins. Ein Fetus mit Down-Syndrom würde die Extrakopie einer Version besitzen, was ein Zwei-zu-eins-Verhältnis ergäbe.

Durch die Analyse des Verhältnisses der RNA, das mittels SNP festgestellt wird, lassen sich indirekt die Kopien von Chromosom 21 zählen, die beim Fetus existieren. Je mehr SNPs für die Analyse verfügbar sind, desto genauer ist das Ergebnis. Sequenom, eine Molekulardiagnostik-Firma aus San Diego, ist derzeit dabei, Los Arbeit für klinische Tests auf Down-Syndrom aufzubereiten.

Andere Untersuchungen, etwa die der so genannten Rh-Inkompatibilität, sind besser für eine Analyse der Nukleinsäuren des Fetus aus mütterlichem Blut geeignet. Rh ist ein Protein, das bei Menschen der Blutgruppe Rhesus-positiv aus den roten Blutkörperchen herausragt. Ist die Mutter Rhesus-negativ, reagiert ihr Immunsystem womöglich aggressiv auf einen solchen Fetus. In diesem Fall lässt sich der Blutkreislauf der Mutter nach der Präsenz eines Rh-Gens oder der dazu passenden RNA suchen – so ergibt sich ein einfacher Weg, um zu erkennen, ob eine präventive Behandlung notwendig ist. Traditionell werden derzeit alle Frauen der Blutgruppe Rhesus-negativ behandelt – falls der Vater nicht selbst als Rhesus-negativ bekannt ist. Allerdings trägt nur ein geringer Anteil der Frauen auch wirklich ein Baby der Blutgruppe Rhesus-positiv.

Obwohl Rh-Tests auf dieser Basis seit Jahren in Europa verwendet werden, kam die erste US-Version, die von Lo in Zusammenarbeit mit Sequenom entwickelt und vom Lenetix Medical Screening Laboratory implementiert wurde, erst im vergangenen Dezember auf den Markt.

Diana Binachi, Professorin für Kinderheilkunde und Gynäkologie an der Tufts University School of Medicine, glaubt, dass der Sequenom-Rh-Test viel versprechend, aber nicht perfekt sei. "Es wird interessant, zu sehen, ob die Frauenärzte in den Vereinigten Staaten das Risiko von Fehltreffern eingehen wollen", sagt sie.

Eine ähnliche Technologie, entwickelt von Biocept, ebenfalls aus San Diego, wurde bereits klinisch bestätigt und soll im Mai auf den Markt kommen. Biocept erweitert den Sequenom-Ansatz, indem nach einer großen Zahl von SNPs gesucht wird, die zwischen mütterlicher und Fetus-DNA unterscheiden. Auf diese Art soll ein negatives Resultat mit Sicherheit einem Rh-negativen Baby entsprechen, nicht jedoch einem Fehltreffer.

Ein zusätzlicher Ansatz im Bereich noninvasiver Techniken ist die Isolierung von Zellen des Fetus. Diese Strategie ist besonders für das Down-Syndrom und andere Chromosom-Kopie-Defekte interessant. Sind Fetus-Zellen verfügbar, ist die Diagnose leicht: Man braucht nur einen fluoreszierenden Abdruck vom Chromosom 21 und ein Mikroskop, um die Anzahl der Kopien zu zählen. "Wenn man eine intakte Zelle des Ungeborenen erhält, hat man einen noninvasiven Zugriff auf das gesamte Genom", sagt Bianchi.

Biocept löst das Problem, in dem nach unreifen roten Blutkörperchen gefahndet wird, die mit wesentlich größerer Wahrscheinlichkeit vom Fötus statt von der Mutter stammen. Diese so genannten NRBCs können mit Hilfe von Antikörpern, die sich an spezielle Proteine anlagern, herausgefischt werden. Ihre ungewöhnliche Morphologie macht es außerdem leicht, sie unter dem Mikroskop zu erkennen. "Wenn man NRBCs findet, sind die Chancen, dass sie vom Fetus stammen, groß", meint Biocept-Vizepräsident Farideh Bischoff.

Die zellbasierte Testplattform nutzt ein Mikrofluid-System, bei dem das Blut der Mutter durch eine Oberfläche geleitet wird, auf der viele Antikörper sitzen und die unreifen roten Blutkörperchen "einfangen". Die Oberfläche wird dabei so verändert, dass sie das Blut so nah wie möglich zu den Antikörpern bringt. Die Chancen, NRBCs zu finden, steigen so deutlich. Biocept will die Idee in den nächsten Wochen klinisch testen und plant einen Verkauf ab Ende 2008.

Eine weitere Firma, die Fetus-Zellen nutzt, ist Ikonisys aus New Haven. Statt NRBCs von anderen Zelltypen physikalisch auszusortieren, wird hier jedoch ein "Brute Force"-Ansatz verwendet: Das Unternehmen hat ein automatisiertes Mikroskop entwickelt, das Schicht um Schicht des Blutes der Mutter untersucht und nach Fetus-Zellformen Ausschau hält, die typisch sind. Das Mikroskop enthält eine Software, die dann die Bereiche potenziell relevanter Zellen zusammenstellt. Ein eher subjektiver manueller Scan entfällt, menschliche Fehler werden so ausgeschlossen. Ein Laborangestellter kann sich die ermittelten Zellen dann später näher ansehen.

"Statt mechanisch zu filtern, setzen wir auf eine Kombination aus Visualisierungssystemen und künstlicher Intelligenz", sagt Paul White, Finanzchef und Präsident von Ikonisys. "Das Mikroskop erledigt den schwierigen Teil."

Ikonisys plant den Verkaufsstart seines Down-Syndrom-Tests ebenfalls Ende 2008. Die Firma passt die Technik außerdem für die Krebsmedizin an. Auch hier dürfte die Fähigkeit, seltene Tumorzellen in einem Meer aus gesunden Zellen zu entdecken, höchst interessant sein – in der Diagnostik und auch, um die Wirksamkeit von Therapien zu überprüfen. (bsc)