Neue Erkenntnisse zur Darmkrebs-Vorsorgeuntersuchung

Kolorektalkrebs (CRC) ist eine häufige Krebsart und eine der Hauptursachen für krebsbedingte Todesfälle. Um die Zahl der Menschen, die an dieser Krankheit erkranken, zu reduzieren und die Sterblichkeitsrate zu senken, sind gesunde Lebensweise, neue Behandlungsansätze und globale Screenings wichtig.

Die Untersuchung von Menschen in bestimmten Altersgruppen, die möglicherweise gefährdet sind, ist der beste Weg, um CRC frühzeitig zu erkennen. So können Tumore und präkanzeröse Wucherungen gefunden werden, bevor sie ernsthaft werden. In vielen Ländern Europas ist der erste Schritt beim Screening normalerweise ein nicht-invasiver Test namens fecal immunochemical test (Fit). Wenn dieser Test positiv ausfällt, werden die Patienten für visuelle Untersuchungen, oft durch ein Verfahren namens Koloskopie, überwiesen. Der FIT ist beliebt, weil er günstiger und einfacher durchzuführen ist als eine Koloskopie. Er benötigt keine spezielle Vorbereitung oder Diätänderungen, was es den meisten Menschen erleichtert, ihn zu akzeptieren. Allerdings könnte der FIT nicht immer frühe Anzeichen der Krankheit erkennen, und zu viele Koloskopie-Verfahren können die Gesundheitssysteme überlasten. Deshalb setzen Länder unterschiedliche Positivitätsgrenzen für den FIT, basierend auf ihrer Kapazität für Koloskopien.

Diese Situation erfordert bessere Testmethoden, um die Genauigkeit beim CRC-Screening zu erhöhen. Die Verwendung von Restproben des FIT-Tests für weitergehende Analysen könnte helfen, Personen zu identifizieren, die detailliertere Überprüfungen, wie die Koloskopie, benötigen. Forschungen deuten darauf hin, dass das Mikrobiom des Darms eine Rolle bei der Entwicklung von CRC spielt. Wir haben Methoden gefunden, um das Mikrobiom mit Restproben des FIT-Tests und archivierten Stuhlproben zu analysieren. Es sind jedoch umfassendere Studien erforderlich, um Biomarker zu finden, die klinisch hilfreich sind. Kleine nicht-kodierende RNAs, insbesondere Mikro-RNAs (MiRNAs), sind stabil und in Stuhlproben nachweisbar und könnten wertvoll für die nicht-invasive Diagnose von Magen-Darm-Erkrankungen, einschliesslich CRC, sein. Mit kleineren RNA-Sequenzierungen haben wir gezeigt, dass wir die Werte sowohl menschlicher als auch mikrobieller kleiner RNAs in Stuhlproben messen können. Interessanterweise erwies sich die Kombination der Informationen aus menschlichen und mikrobiellen kleinen RNAs als effektiver bei der Unterscheidung von CRC-Patienten und solchen, die negativ auf Koloskopie getestet wurden.

Obwohl wir wissen, dass darmabgeleitete miRNAs mögliche Indikatoren für CRC sein könnten, gibt es wenig Informationen über ihre Messung in einer Screeningspopulation mit den Restproben des FIT. In unserer Forschung, die in zwei separaten Laboren in Europa durchgeführt wurde, haben wir gezeigt, dass die Sequenzierung kleiner RNAs gut mit FIT-Proben funktioniert. Wir haben auch die Sequenzierungsdaten der FIT-Proben mit denen von in stabilisierenden Puffern aufbewahrten Stuhlproben und Langzeitarchiven von Stuhlproben verglichen, um die Robustheit unserer Ergebnisse zu testen. Einige Darm-miRNAs zeigten unterschiedliche Werte zwischen CRC-Patienten und gesunden Kontrollen, was darauf hindeutet, dass wir nützliche CRC-Biomarker finden könnten.

#Studiengruppen und Proben

Die Studie umfasste mehrere Gruppen und verschiedene Probenarten. Eine Gruppe ist das Bowel Cancer Screening in Norwegen (BCSN), das eine einmalige Untersuchung mit wiederholten FIT-Tests alle zwei Jahre vergleicht. In dieser laufenden Studie werden Stuhlproben mit speziellen Stäbchen gesammelt, die so gestaltet sind, dass sie eine kleine Menge Stuhl halten, und in einem Puffer aufbewahrt. Für unsere Studie haben wir zufällig dreizehn FIT-Proben von anonymen Teilnehmern ausgewählt.

Eine andere Gruppe, die norwegische Kolorektalkrebs-Präventionsstudie (NORCCAP), sammelte Stuhlproben von Teilnehmern, die diese vor einer flexiblen Sigmoidoskopie in eine Klinik brachten. Aus dieser Gruppe haben wir zufällig elf anonyme Stuhlproben ausgewählt.

Die italienische Studie, bekannt als MITOS, sammelte Proben durch ein regionales CRC-Screening-Programm. Hier wurden Bewohner im Alter von 59-69 eingeladen, alle zwei Jahre einen FIT-Test durchzuführen. Insgesamt haben wir 185 Probanden basierend auf Koloskopieergebnissen einbezogen, mit verschiedenen Klassifikationen wie CRC, fortgeschrittenem Adenom und Kontrollen. Von diesen haben 57 Probanden auch Stuhlproben bereitgestellt, die in speziellen RNA-freundlichen Röhrchen aufbewahrt wurden.

#Extraktion und Vorbereitung kleiner RNAs

Für unsere Forschung haben wir Kleine RNAs aus Restproben des FIT-Tests und aus in RNA-stabilisierenden Puffern aufbewahrtem Stuhl extrahiert. Wir haben spezifische Kits und Methoden verwendet, um die RNA für die Analyse vorzubereiten. Jede Probenart, ob von FIT oder regulärem Stuhl, wurde sorgfältig verarbeitet, um die besten Ergebnisse zu gewährleisten.

Nachdem wir die RNA vorbereitet hatten, haben wir sie in spezielle Bibliotheken zur Sequenzierung umgewandelt. Diese Bibliotheken wurden dann auf fortschrittlichen Illumina-Plattformen analysiert, was uns ermöglichte, umfangreiche Daten für unsere Forschung zu sammeln.

#Analyse und Ergebnisse

Um die Werte der miRNAs in den Proben zu bestimmen, haben wir verschiedene bioinformatische Werkzeuge verwendet. Wir haben uns auf jene miRNAs konzentriert, die zuvor identifiziert wurden, und ihre Expressionslevels in verschiedenen Proben analysiert. Wir fanden heraus, dass die Restproben des FIT eine gute Proportion kleiner RNA-Reads enthielten, die miRNAs zugeordnet waren.

Im Vergleich der Tests fanden wir keine wesentlichen Unterschiede in der Anzahl der detectierten miRNAs zwischen den verschiedenen Probenmethoden, was die Zuverlässigkeit unseres Ansatzes bestätigte. In gepaarten Analysen war die Konsistenz der miRNA-Werte offensichtlich, was bestätigte, dass die verschiedenen Probenarten ähnliche Ergebnisse lieferten.

Wir führten differenzielle Ausdrucksanalysen zwischen Patienten mit CRC oder fortgeschrittenen Adenomen (AA) im Vergleich zu gesunden Kontrollen durch. Diese Analyse identifizierte mehrere miRNAs, die in den Proben signifikant unterschiedliche Werte aufwiesen. Einige miRNAs waren bei CRC-Patienten höher, während andere weniger verbreitet waren.

Die funktionale Analyse dieser differentially expressed miRNAs zeigte, dass einige an wichtigen biologischen Prozessen wie Zellzyklusregulation und DNA-Schadenreaktion beteiligt waren. Andere waren mit Apoptose und Immunreaktionen verbunden, was ihre potenziellen Rollen in CRC verdeutlicht.

#Mikrobiellen Analyse

Nachdem wir die menschlichen miRNAs untersucht hatten, schauten wir uns die verbleibenden Reads auf mikrobielle Inhalte an. Wir konnten einen signifikanten Anteil dieser Reads klassifizieren und Unterschiede zwischen den Arten von Bakterien in FIT- und Stuhlproben aufdecken. FIT-Proben wiesen eine spezifische Bakteriengruppe auf, während Stuhlproben reich an einer anderen Gruppe waren.

Interessanterweise fanden wir konsistente Muster zwischen den Proben, was bedeutete, dass die Arten von Mikroben, die in FIT- und Stuhlproben derselben Individuen vorhanden waren, oft ähnlich waren. Wir identifizierten auch einen Bakterientyp, der in den Stuhlproben von CRC-Fällen im Vergleich zu Kontrollen häufiger vorkam.

Insgesamt deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Verwendung von kleinen RNA-Sequenzierungen zur Analyse sowohl menschlicher miRNAs als auch des mikrobiellen Inhalts in FIT-Proben wertvolle Einblicke liefern kann. Die ähnlichen miRNA-Werte, die über verschiedene Probenmethoden hinweg festgestellt wurden, deuten darauf hin, dass FIT-Proben nützlich sein könnten, um neue CRC-Biomarker zu entdecken. Wir hoffen, dass unsere Ergebnisse zu besseren und effektiveren Screening-Prozessen für Kolorektalkrebs in der Zukunft führen können.