Wiener Forschung ermöglicht präzise Tumorklassifikation über Gehirnwasser
Ein neues KI-Verfahren der MedUni Wien kann Hirntumoren ohne Operation diagnostizieren und überwachen – ein Durchbruch für die Kinderonkologie.
Ein revolutionärer Durchbruch in der Hirntumor-Diagnostik könnte künftig vielen Patienten invasive Eingriffe ersparen: Forscher der Medizinischen Universität Wien haben gemeinsam mit internationalen Partnern ein KI-basiertes Analyseverfahren entwickelt, das Hirntumoren präzise über genetisches Material aus dem Gehirnwasser klassifizieren kann. Die bahnbrechende Methode wurde kürzlich im renommierten Fachjournal "Nature Cancer" veröffentlicht.
Das neue Verfahren namens "M-PACT" (Methylation-based Predictive Algorithm for CNS Tumors) markiert einen Paradigmenwechsel in der Hirntumor-Diagnostik. Bislang waren neurochirurgische Eingriffe zur Gewinnung von Tumorgewebe für eine präzise Diagnose unerlässlich – ein Verfahren, das insbesondere bei schwer zugänglichen Tumoren oder bei Kindern mit erheblichen Risiken verbunden ist.
"Unser Ansatz zeigt, dass eine präzise molekulare Diagnostik bei einem Großteil von Hirntumoren auch ohne Tumorgewebe möglich ist", erklärt Johannes Gojo, Kinderonkologe an der Universitätsklinik für Kinder- und Jugendheilkunde der MedUni Wien und einer der Studienleiter. Diese Innovation könnte insbesondere für junge Patienten mit schwer zugänglichen Tumoren oder in frühen Krankheitsstadien lebensrettend sein.
Das innovative Verfahren nutzt zellfreie DNA aus Liquorproben – dem Gehirnwasser, das das zentrale Nervensystem umgibt. Diese winzigen Fragmente genetischen Materials werden von Tumorzellen in das Gehirnwasser abgegeben und tragen charakteristische molekulare Muster, die verschiedene Hirntumortypen eindeutig identifizierbar machen.
Die künstliche Intelligenz von M-PACT analysiert diese molekularen Fingerabdrücke selbst bei extrem geringen DNA-Mengen mit hoher Präzision. Dabei werden epigenetische Signaturen – chemische Veränderungen der DNA, die deren Aktivität beeinflussen – als Grundlage für die Tumorklassifikation verwendet.
Besonders für die Behandlung von Hirntumoren bei Kindern eröffnet die neue Methode revolutionäre Möglichkeiten. Kinderärzte stehen oft vor dem Dilemma, zwischen dem Risiko invasiver Eingriffe und der Notwendigkeit einer präzisen Diagnose abwägen zu müssen. Mit M-PACT könnte diese schwierige Entscheidung künftig entfallen.
Die Methode ermöglicht nicht nur eine frühe Diagnose bereits vor einer Operation, sondern auch eine kontinuierliche, nicht-invasive Überwachung des Krankheitsverlaufs. "Langfristig eröffnet diese Technologie die Möglichkeit, Hirntumoren bereits vor einer Operation aus einer Liquorprobe zu diagnostizieren und den Krankheitsverlauf engmaschig und schonend zu überwachen", betont Gojo.
Ein weiterer bedeutender Vorteil des neuen Verfahrens liegt in der Möglichkeit, Therapieansprechen, Rückfälle oder sekundäre Tumoren kontinuierlich zu überwachen. Statt auf bildgebende Verfahren oder wiederholte invasive Eingriffe angewiesen zu sein, können Ärzte durch regelmäßige Liquorproben genetische Veränderungen im Zeitverlauf verfolgen.
Diese kontinuierliche Überwachung ermöglicht es, Therapien bei Bedarf schnell anzupassen oder Rückfälle frühzeitig zu erkennen – ein entscheidender Vorteil im Kampf gegen Hirntumoren, bei denen Zeit oft über Leben und Tod entscheidet.
Die wegweisende Forschung entstand durch eine enge Kooperation zwischen der Medizinischen Universität Wien, dem renommierten St. Jude Children's Hospital in den USA und dem Hopp-Kindertumorzentrum (KiTZ) Heidelberg in Deutschland. Diese internationale Zusammenarbeit ermöglichte es, Liquorproben aus verschiedenen medizinischen Zentren zu analysieren und die Robustheit des Verfahrens zu validieren.
Die Studienergebnisse zeigen eine beeindruckende Übereinstimmung zwischen der KI-basierten Klassifikation und etablierten, gewebebasierten Referenzmethoden. Dies bestätigt die Zuverlässigkeit des neuen Ansatzes und ebnet den Weg für eine breite klinische Anwendung.
Obwohl die Ergebnisse vielversprechend sind, betonen die Forscher, dass weitere prospektive klinische Studien notwendig sind, um M-PACT in die routinemäßige klinische Anwendung zu überführen. Diese Studien werden zeigen müssen, wie sich das Verfahren in der täglichen Praxis bewährt und welche Auswirkungen es auf Behandlungsergebnisse hat.
Die österreichischen Forscher arbeiten bereits daran, die notwendigen Voraussetzungen für die klinische Implementierung zu schaffen. Dabei geht es nicht nur um technische Aspekte, sondern auch um die Ausbildung von medizinischem Personal und die Integration des Verfahrens in bestehende Behandlungsabläufe.
Für das österreichische Gesundheitssystem könnte die neue Technologie erhebliche Vorteile bringen. Weniger invasive Eingriffe bedeuten nicht nur eine bessere Lebensqualität für Patienten, sondern auch eine Entlastung der neurologischen und neurochirurgischen Abteilungen in österreichischen Krankenhäusern.
Das AKH Wien als eines der führenden Zentren für Kinderonkologie in Österreich könnte eine Vorreiterrolle bei der Implementierung des neuen Verfahrens spielen. Die enge Zusammenarbeit zwischen der MedUni Wien und dem AKH Wien schafft optimale Voraussetzungen für die Translation dieser Forschungsergebnisse in die klinische Praxis.
Ein wichtiger Aspekt für die Einführung neuer medizinischer Verfahren ist deren Kosteneffektivität. Während die Entwicklung und Implementierung von M-PACT zunächst Investitionen erfordern, könnten langfristig erhebliche Einsparungen durch die Reduzierung invasiver Eingriffe und verkürzte Diagnosewege entstehen.
Die Liquorentnahme ist ein deutlich weniger aufwendiger und risikoarmer Eingriff als eine neurochirurgische Biopsie, was sowohl die direkten Behandlungskosten als auch die Belastung für das Gesundheitssystem reduziert.
Die Veröffentlichung in "Nature Cancer" markiert erst den Anfang einer vielversprechenden Entwicklung. Die Forscher arbeiten bereits an Verbesserungen des Algorithmus und der Erweiterung des Anwendungsbereichs. Künftig könnte M-PACT möglicherweise auch bei anderen Tumorarten des zentralen Nervensystems eingesetzt werden.
Darüber hinaus könnten ähnliche Ansätze für die Diagnostik anderer Krebsarten entwickelt werden, bei denen zellfreie DNA als Biomarker genutzt werden kann. Dies würde die Krebsdiagnostik insgesamt revolutionieren und zu einer personalisierten, präzisionsmedizinischen Behandlung beitragen.
Der Erfolg des Projekts unterstreicht die Exzellenz der österreichischen medizinischen Forschung und die Bedeutung internationaler Kooperationen. Die MedUni Wien etabliert sich zunehmend als führendes Zentrum für innovative Krebsforschung und trägt maßgeblich zur Entwicklung zukunftsweisender Therapieansätze bei.
Die erfolgreiche Publikation in einem der renommiertesten onkologischen Fachzeitschriften stärkt auch die Position Österreichs im internationalen Forschungswettbewerb und könnte weitere Investitionen in die medizinische Forschung nach sich ziehen.
Mit M-PACT haben österreichische Forscher einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Hirntumor-Diagnostik geleistet, der weltweit Patienten zugutekommen könnte. Die Entwicklung zeigt exemplarisch, wie innovative Technologien wie künstliche Intelligenz in Kombination mit molekularbiologischen Methoden die Medizin revolutionieren können.