Molekulare Diagnostik pädiatrischer solider Tumoren

Pädiatrische Tumorerkrankungen sind selten, biologisch distinkt und klinisch anspruchsvoll. In Österreich erkranken jährlich etwa 350 Kinder und Jugendliche an einer Tumorerkrankung; zugleich können heute 80% der Betroffenen eine gesunde Zukunft erleben. Diese deutliche Verbesserung der Überlebensrate in den vergangenen Jahrzehnten konnte nicht nur durch den therapeutischen Fortschritt, sondern auch durch die Weiterentwicklung der molekulargenetischen Diagnostik erzielt werden.

Das Tumorspektrum bei Kindern und Jugendlichen unterscheidet sich grundlegend von jenem der Erwachsenen: Leukämien und Lymphome (40%), Hirntumoren, embryonale Tumoren (z. B. Neuroblastom) und Sarkome dominieren, während Karzinome eine untergeordnete Rolle spielen (Abb. 1).

© Burdach SEG et al. & Statistik Austria Jahrbuch 2025

Abb. 1: Tumorarten und Überlebensraten im Kindes- und Jugendalter in Österreich (Burdach SEG et al. & Statistik Austria Jahrbuch 2025)¹⁴

Panpädiatrische genomische Analysen zeigen, dass vorwiegend Kopienzahlveränderungen und strukturelle Aberrationen das Tumorgeschehen vorantreiben. Die Mutationslast liegt mit etwa 0,1 somatischen Mutationen pro Megabase um das Zehnfache unter jener von Erwachsenentumoren. Häufig genügt ein dominantes Tumor-initiierendes Ereignis, während adulte Karzinome oft mehrere komutierte Signalwege akkumulieren müssen, damit ein Tumor entsteht.^1,2

Klinisch relevant sind auch die deutlich ausgeprägte Heterogenität der Tumoren und die damit auftretende Subklonalität: In Leukämien und Neuroblastomen tritt ein erheblicher Teil der Mutationen mit niedriger Varianten-Allelfrequenz auf, das stellt eine Herausforderung für die molekulargenetische Diagnostik dar.

Die Diagnostik erfolgt in spezialisierten Zentren

Diese Besonderheiten erklären, weshalb die pädiatrische Onkologie früh auf Referenzdiagnostik im Rahmen von klinischen Studien gesetzt hat. Molekulare Tests erfolgen an der Schnittstelle von Pathologie, akkreditierten Referenz-Speziallaboren, wie der Labdia Labordiagnostik, klinischen Studiennetzwerken und Forschungsgruppen, wie der St. Anna Kinderkrebsforschung.

Bei Erstdiagnose und Rezidiv erfolgen ein umfassendes Tumorprofiling, die Bestimmung prognostischer, risiko- und damit oft auch therapiestratifizierender Marker, der Nachweis relevanter Mutationen für zielgerichtete Therapien sowie die Quantifizierung der Tumorzelldisseminierung.

Eingesetzt werden Methoden zur Erstellung eines hochauflösenden genomweiten Kopienzahlprofils, Fusionsnachweise, Methylierungsarrays, DNA- und RNA-basierte Sequenzierung, digitale und quantitative (q)PCR sowie zellbasierte Verfahren wie Immunfluoreszenz und FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung).

Entscheidend ist die Wahl des passenden Materials: Neben Formalin-fixierten Paraffin-eingebetteten Spiegelblöcken sollte, wenn möglich, gefrorenes sowie gekühltes Tumorgewebe für Zellkultur und Ex-vivo-Medikamententestung gesichert werden.

Das Neuroblastom, ein embryonaler Tumor des sympathischen Nervengewebes, tritt vorwiegend im Kleinkindalter auf, davon werden 1500 Neuerkrankungen pro Jahr in der EU verzeichnet, es trägt dabei zu 15% der Todesfälle bei Kindern mit Tumorerkrankungen bei.³

Die Klinik könnte nicht heterogener sein und reicht von spontaner Regression bei Niedrigrisiko-Neuroblastomen bis hin zu metastasierten, aggressiven Verlaufsformen mit ungünstigen Überlebenschancen (50% 5-Jahres-Überlebensrate) bei Hochrisiko-Neuroblastomen.³

Neben klinischen, histologischen und – teils auch noch unbekannten – biologischen Markern spielt hier vor allem das Vorliegen einer Amplifikation des Onkogens MYCN eine entscheidende Rolle (Abb. 2). Neben diesem seit Jahrzehnten bekannten Hochrisikomarker prägen auch segmentale chromosomale Aberrationen, zukünftig auch Alterationen im ALK-Gen und Mechanismen der Telomererhaltung die Risikostratifizierung und Therapieplanung.

Abb. 2: Marker-positive Tumorzellen im Knochenmark (GD2 in grün, links), die auch eine MYCN-Amplifikation zeigen (grünes FISH-Signal, rechts)

Aktivierende ALK-Mutationen, die in 10–20% der Neuroblastome nachweisbar sind, oder ALK-Genamplifikationen (bei ≈4%) treten zwar insgesamt nur bei einer Minderheit auf und sind mit einem ungünstigen Verlauf assoziiert, ermöglichen jedoch auch eine Behandlung mit ALK-Inhibitoren.^4–6

Dies zeigt den hohen Stellenwert der molekulargenetischen Charakterisierung zur Identifizierung von Prognosemarkern und Therapietargets und die Bedeutung von zentralisierter Diagnostik in Referenzlaboren, die untereinander vernetzt sind und regelmäßige Qualitätsmaßnahmen zur Harmonisierung der Laborprozesse setzen.^7,8

Auch bei anderen Tumorarten zeigt sich ein Paradigmenwechsel hin zu molekularen Markern. Bei Hirntumoren hat die methylierungsbasierte Klassifikation die diagnostische Präzision erheblich erweitert.⁹

Beim Rhabdomyosarkom wird die Risikostratifizierung zunehmend durch den PAX::FOXO1-Fusionsstatus geprägt und löst die rein histologische Unterscheidung zwischen embryonalem und alveolärem Subtyp ab.¹⁰ Mit der zellbasierten Break-apart-FISH können dabei auch unbekannte Rearrangements nachgewiesen werden, Next-Generation-Sequencing(NGS)-Panels oder Gesamttranskriptom-Analysen stellen eine methodische Erweiterung dar, während qPCR-spezifische Fusionstranskripte bestätigt und in Knochenmarkproben quantitativ zum Disseminationsnachweis eingesetzt werden können.

Beurteilung des Therapieansprechens – von AIPF bis Flüssigbiopsien

Bereits vor über 30 Jahren, in den ersten Stunden der St. Anna Kinderkrebsforschung, wurde mit AIPF eine neuartige Methode zur Beurteilung der Disseminierung von Tumorzellen im Knochenmark von Neuroblastompatient:innen etabliert.

Dieses zell- und mikroskopiebasierte Verfahren (automatisierte Immunfluoreszenz plus FISH, AIPF) erlaubt den hochsensitiven quantitativen Nachweis von nur ein bis zwei Tumorzellen unter einer Million mononukleärer Zellen des Knochenmarks.^11,12 Markerpositive Zellen können erneut lokalisiert und per FISH auf Alterationen (z. B. MYCN-Amplifikation) untersucht werden (Abb. 2).

Bei 90% der Hochrisiko-Neuroblastom-Patient:innen werden zum Diagnosezeitpunkt Tumorzellen im Knochenmark nachgewiesen. Im Laufe der Therapie erfolgen zu definierten Studienzeitpunkten alle drei bis sechs Monate Kontrollen mittels Bildgebung und Knochenmarksanalysen, um das Therapieansprechen zu beurteilen. Trotz intensivster Therapie erleiden 60% der Hochrisiko-Patient:innen innerhalb eines Jahres ein Rezidiv und weniger als 10% können dann noch geheilt werden.¹³

Ein zentrales Zukunftsfeld sind daher Flüssigbiopsien. Diese bieten die Möglichkeit, durch häufige und minimalinvasive Blutabnahmen ein Rezidiv früher zu erkennen. Weiters handelt es sich bei pädiatrischen soliden Tumoren um äußerst heterogene Tumorerkrankungen, mit genetisch unterschiedlichen Tumorarealen und unter Therapie entstehenden Klonen. Serielle Analysen zirkulierender Tumor-DNA (ctDNA) bieten daher auch die Chance der Identifizierung von Resistenzmutationen und therapeutischen Ansatzpunkten.

Das EU-finanzierte MONALISA-Projekt steht dabei exemplarisch für diese Weiterentwicklung hin zu Flüssigbiopsien zur Beurteilung des Therapieansprechens in der pädiatrischen Onkologie. In diesem Projekt mit 24 Partnern und unter der Leitung der St. Anna Kinderkrebsforschung (Dr. Sabine Taschner-Mandl) werden erstmalig bei einem pädiatrischen Tumor prospektive Flüssigbiopsieanalysen durchgeführt und darauf basierend klinische Entscheidungen getroffen. Geplant ist die Randomisierung von 150 Patient:innen nach einem Hochrisiko-Neuroblastom-Rezidiv in Standardnachsorge (Bildgebung, Knochenmarksanalysen) vs. Standardnachsorge plus monatliche Flüssigbiopsietests.

Diese innovativen mRNA- und ctDNA-basierten Laborverfahren werden in sieben akkreditierten Referenzlaboren in Europa durchgeführt. Weiters wird in diesem Projekt die Lebensqualität von den betroffenen Familien erhoben, moderne Forschungsdatenbanken werden aufgebaut und eine App wird entwickelt, die Onkolog:innen bei der Interpretation von Flüssigbiopsietests unterstützen soll. Die MONALISA-Studie ist ein Vorzeigeprojekt für die klinische Implementierung der Flüssigbiopsien zur genetischen Charakterisierung und zum Monitoring bei allen pädiatrischen Tumoren.

MONALISA-Studie