Es wird postuliert, dass es einen positiven Zusammenhang zwischen cfDNA und Insulinresistenz gibt, bei dem über cfDNA Verbindungen zwischen Adipositas, einer Subinflammation im (Fett-) Gewebe und Insulinresistenz besteht. Durch die pathologische Dauerstimulation der Insulinrezeptoren entsteht eine Insulinresistenz, weshalb u.a. die Zellen des Fettgewebes einen relativen Mangel an dem Schlüsselhormon des Glukosestoffwechsels, dem Insulin, erleiden und in eine metabolische Mangelsituation geraten. Dieser intrinsiche Stress, ausgelöst durch Sauerstoff- und Glukosemangel, führt zu Apoptose. Dadurch wird cfDNA freigesetzt, die über eine Aktivierung von Makrophagen eine Subinflammation begünstigt. Ziel meiner Studie war es, die cfDNA-Freisetzung im Zusammenhang mit Adipositas und Insulinresistenz zu untersuchen und Korrelationen mit klinischen und metabolischen Parametern rund um die Insulinresistenz und T2D zu testen.

Meine Untersuchungen zeigen, dass es sich bei der zellfreien DNA (cfDNA, engl. cell-free DNA) des Spenderorgans (GcfDNA, engl. graft-derived cell-free DNA) um einen klinisch vielversprechenden Biomarker zur direkten Ermittlung der Organschädigung im Sinne einer „flüssigen Biopsie“ handelt. Alles was dafür notwendig ist, ist eine Blutprobe des Empfängerpatienten. Im Gegensatz zu konventionellen Markern wird die Organschädigung unmittelbar, direkt und hochspezifisch angezeigt. Durch neue Entwicklungen in der Labordiagnostik lässt sich dieser Marker im routinemäßigen Einsatz mittels digital droplet PCR (ddPCR) bestimmen. Die Analyseergebnisse können bei verhältnismäßig niedrigen Kosten innerhalb eines Arbeitstages erstellt werden. Unmittelbar nach Transplantation ist bei allen Patienten eine sehr hohe Konzentration der GcfDNA messbar. Innerhalb von wenigen Tagen fallen die Werte schnell ab und erreichen die Größenordnung stabiler Transplantatempfänger, die in der Lebertransplantation unter 10% liegen. Dabei besteht keine signifikante Korrelation der initialen GcfDNA-Freisetzung mit der Ischämieschädigung des Spenderorgans, ermittelt durch die Dauer der kalten Ischämiezeit (WIZ). Bei unzureichender Immunsuppression ist eine erhöhte GcfDNA-Freisetzung zu beobachten. Mithilfe der GcfDNA als Marker der Organintegrität lässt sich auch der gemeinsame Effekt verschiedener Immunsuppressiva ermitteln. Die GcfDNA verhält sich dabei umgekehrt proportional zur immunsuppressiven Therapie. Patienten mit akuten Abstoßungen haben im Mittel GcfDNA-Werte oberhalb von 50%. Die GcfDNA-Werte sind bereits mehrere Tage vor einer klinisch manifestierten akuten Abstoßung erhöht. Auch eine virusassoziierte Transplantatschädigung durch Hepatitis C manifestiert sich in vergleichsweise höheren GcfDNA-Werten. Cholestasen gehen hingegen nicht mit erhöhten GcfDNA-Werten einher. Die immunsuppressive Therapie könnte sich durch den routinemäßigen Einsatz der GcfDNA sicherer, einfacher, zuverlässiger und individueller gestalten lassen. Unter-Immunsuppressionen und daraus resultierende Abstoßungen würden sich bereits in der subklinischen Phase erkennen lassen und die Therapie von der bloßen Reaktion auf klinische Ereignisse hin zur Prävention verschieben. Um das Ziel einer personalisierten Medizin zu erreichen, könnte die Immunsuppression für jeden Patienten auf das absolut notwendige und damit gegenüber der bisherigen Praxis optimale Maß festgelegt werden. Geringere Nebenwirkungen und eine Reduktion der Kosten für das Gesundheitswesen wären die Konsequenz. Dieser Marker könnte dazu beitragen, das finale Ziel, nämlich eine Verbesserung des Langzeiterfolges nach Organtransplantationen, zu erreichen. Multizentrische Studien zur Validierung dieses Markers vor dem routinemäßigen Einsatz laufen bereits.

The detection of plasma cell–free tumor DNA (ctDNA) is prognostic in colorectal cancer (CRC) and has potential for early prediction of disease recurrence. In clinical routine, ctDNA-based diagnostics are limited by the low concentration of ctDNA and error rates of standard next-generation sequencing (NGS) approaches. We evaluated the potential to increase the stability and yield of plasma cell–free DNA (cfDNA) for routine diagnostic purposes using different blood collection tubes and various manual or automated cfDNA extraction protocols. Sensitivity for low-level ctDNA was measured in KRAS-mutant cfDNA using an error-reduced NGS procedure. To test the applicability of rapid evaluation of ctDNA persistence in clinical routine, we prospectively analyzed postoperative samples of 67 CRC (stage II) patients. ctDNA detection was linear between 0.0045 and 45%, with high sensitivity (94%) and specificity (100%) for mutations at 0.1% VAF. The stability and yield of cfDNA were superior when using Streck BCT tubes and a protocol by Zymo Research. Sensitivity for ctDNA increased 1.5-fold by the integration of variant reads from triplicate PCRs and with PCR template concentration. In clinical samples, ctDNA persistence was found in ∼9% of samples, drawn 2 weeks after surgery. Moreover, in a retrospective analysis of 14 CRC patients with relapse during adjuvant therapy, we successfully detected ctDNA (median 0.38% VAF; range 0.18–5.04% VAF) in 92.85% of patients significantly prior (median 112 days) to imaging-based surveillance. Using optimized pre-analytical conditions, the detection of postoperative ctDNA is feasible with excellent sensitivity and allows the prediction of CRC recurrence in routine oncology testing.