Mit Big Data gegen die großen Krankheiten

Blut abnehmen, einen Abstrich machen, Urin- oder Stuhlproben entgegennehmen – alles Routineuntersuchungen in Kliniken, die dort jeden Tag zigfach durchgeführt werden. Was die wenigsten Patienten dabei ahnen: In ihren Proben schlummert ein Schatz. Denn wenn sie zusammen mit Tausenden anderen Proben unter bestimmten Bedingungen aufbewahrt werden, sind sie für die moderne Medizinforschung sehr wertvoll. Das Verfahren dahinter nennt sich Biobanking.

Biobanken sind hochmoderne, oft robotergesteuerte Ultratiefkühllager in Universitätskliniken und Forschungseinrichtungen. In ihnen werden große Mengen biologischer Proben gesammelt, aufbereitet und nach strengen Qualitätskriterien gelagert. Oft handelt es sich um Proben, die in Kliniken ohnehin anfallen. Gewebe etwa, das im Rahmen von Tumoroperationen entnommen wird, oder nicht mehr benötigtes Blut, das Patienten routinemäßig abgenommen wurde. Manche Biobanken sammeln auch gezielt Spenden. Etwa, indem auf Basis von Informationen der Einwohnermeldeämter Bürger angeschrieben und um Blutspenden gebeten werden, um daraus zum Beispiel DNA zu gewinnen. Die gesammelten Bioproben können Forschende anfragen und für Studien nutzen, um beispielsweise neue Medikamente gegen Krebserkrankungen zu entwickeln. Dafür ist in manchen Fällen eine Aufwandspauschale fällig, kommerziell verkauft werden dürfen die Proben aber nicht.

Strenge Regularien für hochsensible Daten
Was erst einmal simpel klingt, ist in der Praxis eine komplexe Angelegenheit. Denn Biobanking sei streng reguliert, sagt Dr. Christian Röder, Laborleiter der Biobank TRIBanK am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein (UKSH) und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. „Der rechtliche Rahmen für das Biobanking und die Abgabe von Proben an Forschende wird durch Landes- und Bundesgesetze für Datenschutz sowie durch die europäische Datenschutz-Grundverordnung vorgegeben.“ So müssen Patienten aufgeklärt werden und der Verwendung ihrer Proben und zugehöriger medizinischer Daten für Forschungszwecke schriftlich zustimmen. Die Proben dürfen in der Biobank nur pseudonymisiert, also ohne personenidentifizierende Informationen gespeichert werden. Die zu den Proben gehörenden medizinischen Daten der Patienten werden getrennt davon in den Kliniken vorgehalten.

Auch beim Umgang mit den Proben selbst müssen Biobanken hohen Anforderungen gerecht werden. „Es gibt detaillierte Prozessbeschreibungen, die festlegen, wie etwa die Bioproben gesammelt, verarbeitet und aufbewahrt werden sollen“, erklärt Röder. Die Proben dürfen sich auch bei Langzeitlagerung möglichst nicht verändern, daher werden sie in Ultratiefkühlschränken bei minus 80 Grad Celsius oder in Flüssigstickstofftanks bei rund minus 160 Grad Celsius gelagert. Das biologische Material wird dafür auf mehrere Teilproben, sogenannte Aliquots, aufgeteilt. So muss die Hauptprobe nicht mehrfach eingefroren und wieder aufgetaut werden, wenn sie von Forschenden angefragt wird. Auch das dient der Qualitätssicherung.

Der Zweck bestimmt die Herausgabe
„In der TRIBanK in Kiel lagern wir eine sechsstellige Zahl von Aliquots, die von mehr als 10.000 Krebspatienten stammen“, sagt Laborleiter Röder. Die TRIBanK ist eine von zwölf Biobanken am Campus Kiel des UKSH, die sich zum PopGen 2.0 Netzwerk (P2N) zusammengeschlossen haben. Dazu gehört beispielsweise auch die umfangreiche Biobank popgen in Kiel, eine weltweit häufig angefragte Biobank für Proben von gesunden Probanden und von Patienten mit entzündlichen Erkrankungen. Christian Röder ist auch Geschäftsführer des P2N-Netzwerkes und damit für Antragsverfahren zur Herausgabe von Proben an Forschende zuständig. „P2N mit seinen Biobanken ist kein Onlineshop, in dem jeder alles kaufen kann, was im Regal steht“, sagt er. „Es wird individuell geprüft, welche Proben und Daten für welchen Zweck herausgegeben werden dürfen.“

Forschende, die Proben für ihre wissenschaftliche Arbeit benötigen, müssen in einem Onlineportal einen Antrag stellen, der mehrere Begutachtungsschritte durchläuft: Die angefragte Biobank prüft die Verfügbarkeit von Proben und Daten, eine Ethikkommission begutachtet den Antrag unter wissenschaftsethischen Aspekten, und ein sogenanntes Use and Access Committee überprüft schließlich den wissenschaftlichen Gehalt des Antrages. In den meisten Fällen fordern Forschende Bioproben zusammen mit zugehörigen medizinischen Daten an. Erst die Kombination dieser Daten mit den untersuchten Proben erlaubt es, neue wissenschaftliche Zusammenhänge zu entdecken und zu prüfen.

Vermutet ein Forscher etwa, dass ein bestimmter Inhaltsstoff im Blut mit der Entstehung einer Krebserkrankung in Verbindung steht, kann er dies anhand einer großen Zahl von Bioproben validieren. „Derartige Korrelationsstudien sind die häufigste Art von Forschung, die auf Biobanking basiert“, sagt Röder. Viele solcher Studien wären ohne Biobanken gar nicht möglich, da einzelne Forschungsprojekte entsprechende Daten nicht in der nötigen Menge erheben können.

Wer wird krank, wer nicht?
Dies gelte insbesondere auch für Genstudien, erklärt der Experte: „Man muss große Kohorten von Patienten analysieren, um zum Beispiel eine genetische Prädisposition für bestimmte Erkrankungen herausfinden zu können.“ Über solche großen Mengen an Proben und Daten verfügen nur Biobanken. Künstliche Intelligenz hilft zunehmend, diese „Big Data“ auf Muster zu durchsuchen: Welche Menschen werden krank und welche nicht?

Manche Erkrankungen kommen in der Bevölkerung so selten vor, dass einzelne Biobanken nicht genügend Proben von betroffenen Patienten bereitstellen können. Auch deswegen haben sich Biobanken in Deutschland zur German Biobank Alliance (GBA) zusammengeschlossen. Zusammen verfügen sie über Millionen von Bioproben, die sie für Institutionen in ganz Europa verfügbar machen. Auf der Ebene der paneuropäischen Forschungsinfrastruktur BBMRI-ERIC wiederum haben sich bisher über 20 europäische Länder vereint, um ihre Biobanking-Ressourcen zu bündeln und Bioproben europaweit sichtbar und verfügbar zu machen. Christian Röder: „Beim Biobanking ist man nur als Community stark.“

Biobanken sind auch entscheidend für die Weiterentwicklung der sogenannten Präzisionsmedizin, die maßgeschneiderte Therapien entwickelt. Patienten mit Dickdarmkrebs beispielsweise könnten künftig individuelle Behandlungen erhalten, abhängig von ihren Genmutationen. Welche Medikamente für einen spezifischen Fall am effektivsten sind, das lässt sich mit Forschung an Bioproben herausfinden. Biobanking beginnt im Kleinen – Blut, Urin, Haut – und ist gleichzeitig ein Schlüssel für die Zukunft der Medizinforschung.

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