Was sind Biomarker?

Biomarker sind charakteristische biologische Merkmale bzw. messbare Parameter biologischer Prozesse. Sie werden in der Medizin und Biologie zur Diagnose und Prognose von Veränderungen im Körper herangezogen.

Gemessen werden physiologische, genetische, anatomische oder biochemische Merkmale.

Was sind Biomarker? – Artikelübersicht:

• Biomarker: Definition und Beispiele
• Unterteilung von Biomarkern
• Biomarker in der Onkologie
• Immunologische Biomarker
• Linktipps

Typische medizinische Beispiele im Alltag sind die Bestimmung des Blutzuckerspiegels oder auch die Messung des Blutdrucks. Durch die prognostische Aussagekraft dieser Indikatoren knüpft sich große Hoffnung an die Biomarkerforschung auf eine “personalisierte Medizin” hin zu höchst individuellen Behandlungen von Patienten.

Biomarker sind an Genen, Zellen, Hormonen und Enzymen identifizierbar. In der Medizin sind sie die notwendige Voraussetzung um medizinische Behandlungen, allen voran Krebstherapien zu individualisieren. Heute weiss man: je spezifischer die Behandlung desto größer die Heilungschance.

Biomarker: Definition und Beispiele

Was sind Biomarker? Als Biomarker werden charakteristische biologische Merkmale bezeichnet. Das können genetische, anatomische, physiologische oder biochemische Parameter sein, die Zustände oder Prozesse aufzeigen.

Biomarker sind objektiv messbar und bewertbar. Sie liefern exakte Daten über Krankheits- und Genesungsverlauf. In der Medizin differenziert man dabei nach ihrem ‚Anwendungsgebiet‘ – am bekanntesten sind onkologische und immunologische Biomarker.

Biomarker sind also ‘Anzeiger’ für biologische Prozesse im Körper. Sie zeigen ‘normale’ Prozesse ebenso an wie krankhafte. Auch Reaktionen des Körpers auf bestimmte medikamentöse Therapien werden über Biomarker messbar.

Bekannte ‚banale‘ Beispiele für Biomarkerbestimmungen sind die Blutdruckmessung, Fiebermessung oder auch Schwangerschaftstests.

Biomarker sind in der Medizin und in der medizinischen Forschung in vielen Bereichen von Bedeutung, insbesondere in der Immunologie und Onkologie bzw. Krebstherapie.

In der Immunologie können Biomarker verwendet werden, um den Zustand des Immunsystems zu messen und zu überwachen, während sie in der Onkologie zur Diagnose, Prognose und Überwachung von Krebs eingesetzt werden.

Biomarker können auch bei der Identifizierung von Patienten mit einem höheren Risiko für bestimmte Krankheiten und bei der Überwachung der Wirksamkeit von Therapien helfen.

„Krebs(bio)marker“ sind etwa Gene oder Genprodukte die gezielt dazu beitragen, die beste individuelle Therapie zu finden.

Bekanntestes Beispiel: Blutbefund bzw. Blutbild

Die ausgewiesenen Werte eines Blutbefunds bzw. Blutbilds können als Biomarker betrachtet werden. Biomarker sind ja messbare Indikatoren für den Zustand eines Organismus, die Veränderungen in Zellen, Geweben oder Flüssigkeiten widerspiegeln und normalen biologischen Prozessen, pathogenen Prozessen oder pharmakologischen Reaktionen auf eine therapeutische Intervention zugeordnet werden können.

Ein Blutbild kann beispielsweise Informationen über die Anzahl und Art von Blutzellen, den Hämoglobingehalt und andere wichtige Parameter liefern, die auf bestimmte Krankheiten oder Zustände hinweisen können.

Daher können die ausgewiesenen Werte eines Blutbefunds als Biomarker betrachtet werden, die zur Diagnose, Prognose und Überwachung von Krankheiten verwendet werden können.

Unterteilung von Biomarkern

Biomarker werden generell in vier Subkategorien unterteilt, wobei Überschneidungen möglich sind:

• diagnostische Biomarker (zum Beispiel kardiales Troponin als Indikator für einen Herzinfarkt)

Diagnostische Biomarker sind dafür verantwortlich sind, dass Patienten mit identischer Diagnose auf die Behandlung mit dem gleichen Arzneimittel unterschiedlich ansprechen können. Mögliche Ursachen dafür sind – neben anderen Faktoren – z.B. individuelle Eigenheiten im Erbgut oder auch krankheitsspezifische Elemente, die die Wirkungsweise von Medikamenten unterschiedlich beeinflussen.

Beispiel: PSA (Prostata-spezifisches Antigen)
Anwendung: PSA wird zur Diagnose von Prostatakrebs eingesetzt. Erhöhte PSA-Werte können auf eine mögliche Erkrankung hinweisen, aber allein sind sie nicht spezifisch für Krebs.

• Risikomarker (zum Beispiel das BRCA-Gen als genetischer Risikofaktor für Brustkrebs)

Diagnostische Biomarker sowie Risikomarker dienen dazu, durch das Bestimmen von bestimmten physiologischen oder pathophysiologischen Eigenschaften bestimmte Krankheitsbilder zuzuordnen bzw. die Wahrscheinlichkeit des Ausbruchs von bestimmten Krankheiten zu errechnen.

Beispiel: Apolipoprotein E (APOE) bei Alzheimer-Krankheit
Anwendung: Verschiedene Varianten des APOE-Gens sind mit einem erhöhten oder verringerten Risiko für die Entwicklung von Alzheimer-Krankheit verbunden. Es handelt sich also um einen Risikomarker für die Krankheit.

• prognostische Biomarker (wie z.B. das HER2/neu-Gen bei einigen Tumorerkrankungen)

Beispiel: BRCA1/BRCA2-Gene bei Brustkrebs
Anwendung: Mutationen in den BRCA1/BRCA2-Genen können auf eine erhöhte Anfälligkeit für Brustkrebs hinweisen. Sie dienen als Prognosefaktoren für das Rückfallrisiko und die Überlebensaussichten.

• prädiktive Biomarker

Prädiktive Biomarker helfen dabei vorauszusagen, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Patient auf eine spezifische Behandlung gut ansprechen wird. Über den voraussichtlich zu erwartenden Krankheitsverlauf geben wiederum prognostische Biomarker Auskunft. Beide sollen in Zukunft helfen eine personalisierte Medizin nach Maß zu ermöglichen.

Beispiel: HER2/neu bei Brustkrebs
Anwendung: HER2/neu ist ein Rezeptor, der bei einigen Brustkrebsarten überexprimiert sein kann. Die Identifizierung dieses Biomarkers beeinflusst die Auswahl der Therapie, da bestimmte Medikamente speziell gegen Tumoren mit HER2/neu-Überexpression gerichtet sind.

Viele Biomarker können in mehreren Kategorien fallen, abhängig von der spezifischen Anwendung und dem Kontext der Forschung oder klinischen Anwendung.

Biomarker spielen eine entscheidende Rolle in der personalisierten Medizin, indem sie Ärzten helfen, die besten Therapieansätze für individuelle Patienten zu bestimmen.

Biomarker in der Onkologie

Biomarkerprüfungen werden vor allem in der Krebsforschung vorgenommen. Rund 50 Prozent aller Studien mit Biomarker-Prüfung erfolgen in der onkologischen Forschung, und mehr als jede dritte onkologische Studie (37 Prozent) wird unter Verwendung von Biomarkern durchgeführt. Doch auch bei der Behandlung und Diagnose von Herz-Kreislauf- und Muskelerkrankungen sowie der Immunologie spielen Biomarker eine wichtige Rolle.

Besonders in der Darmkrebs- und Brustkrebsforchung, aber auch bei Prostata-. und Unterleibskrebs sind die Einsatzmöglichkeiten von Biomarkern beeindruckend.

Der Nutzen ihres Einsatzes bzw. der daraus resultierenden personalisierten Medizin besteht darin, dass ein Patient punktgenau das für ihn am besten geeignete Medikament, die am besten ‚passende‘ Therapie erhalten kann.

Wirkungslose, unverträgliche bzw. sogar kontraindizierte Therapien können so weitgehend vermieden werden. Das verbessert die Lebensqualität der an Krebs Erkrankten und nicht zuletzt die Effizienz im Gesundheitssystem.

Neben der Entwicklung neuer Arzneiprodukte und Behandlungsmethoden für die klinische Anwendung in der Onkologie steht auch die Immunologie im Zentrum der Biomarker Forschung. Das Immunsystem spielt bei einer Reihe schwerer Erkrankungen eine zentrale Rolle. Entsprechend rücken immunologische Biomarker in den Fokus der Forschung.

Wenn man nun die Ergebnisse der Biomarkerforschung aus den beiden Fachgebieten Onkologie und Immunologie sinnvoll kombinieren kann, sind Quantensprünge in der Behandlung von Krebserkrankungen möglich.

Immunologische Biomarker

Je früher der genetische und/oder stoffwechselbedingte Zustand eines Patienten mittels Biomarkern identifiziert werden kann, desto früher können Vorhersagen über den Krankheits- und Therapieverlauf getroffen werden.

Je mehr Biomarker also identifiziert werden, desto maßgeschneiderter kann Behandlung erfolgen. Biomarker sind unabdingbare Voraussetzung für jene angestrebte Form der “personalisierte Medizin”, die nicht nur den Umgang mit Krebs, sondern auch mit Diabetes, Hepatitis und anderen Erkrankungen am Nachhaltigsten revolutioniert.

Wie sich ein Tumor entwickelt und wie gut ein Patient auf die Behandlung anspricht, hängt nämlich nicht nur von der Krebszelle, sondern auch vom ‘Wirtsorganismus’, der diese ‘beheimatet’ ab. Dieser ‘Wirtsorganismus’ wird wiederum maßgeblich vom Immunsystem beeinflusst. Es erscheint also möglich, dass anhand des Zustandes des Immunsystems die Entwicklung einer Krebserkrankung prognostizieren werden kann.

Doch nicht nur bei onkolgischen Erkrankungen, auch bei der Entstehung von Typ-1-Diabetes mischt das Immunsystem entscheidend mit. Wenn die relevanten immunologischen Biomarker also dingfest gemacht werden können, könnte man die Krankheit bereits im Vorfeld des Ausbruchs ‘entdecken’ und optimal behandeln.

Das dritte große Forschungsgebiet im Bereich der immunologischen Biomarker betrifft die Blutvergiftung. Biomarker können Auskunft darüber geben, wie Sepsis entsteht und welche Veränderungen bei einer Blutvergiftung im Immunsystem auftreten. Mit diesem Wissen können Antibiotika punktgenauer zum Einsatz kommen und Leben retten.

Weltweit werden laufend neue Biomarker entdeckt und der Reihe nach validiert, also der Nachweis über ihre ‘Eignung’ erbracht. Mit der Zeit schließt sich der Bogen von der Grundlagenforschung zur Praxis und eine neue – individualisierte – Ära der Medizin bricht an.

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Quellen:

¹ Biomarkers-A General Review (J.K. Aronson, R.E. Ferner in Curr Protoc Pharmacol. 2017 Mar 17:76:9.23.1-9.23.17.) DOI: 10.1002/cpph.19
² What are biomarkers? (K. Strimbu, J. Tavel in Current Opinion in HIV and AIDS 5(6):p 463-466, November 2010) DOI: 10.1097/COH.0b013e32833ed177
³ Deutsche Krebsgesellschaft – personalisierte Krebsmedizin

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Linktipps

– Personalisierte Medizin
– Was ist Immunologie?
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– Snips-Methode: Krebs vorhersehbar?
– Erste Hilfe bei Schlaganfall: jede Minute zählt!
– Neuer Bluttest ermöglicht frühzeitigen Krebsnachweis

[Verfasst 02/2018, Update: 11/2023]