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Hitachi

Social Innovation

    • F&E
    • Analytik

    Bei jedem zweiten Japaner lautet die Diagnose Krebs. Doch die vom japanischen Ministerium für Gesundheit, Arbeit und Soziales anvisierte Krebsvorsorgequote von 50 Prozent wird nicht erreicht. Obwohl viele verstehen, wie wichtig eine frühe Krebserkennung ist, bleibt der Gang zur Untersuchung aus. Als Grund dafür benennen sie Zeitmangel oder einen vollen Terminkalender. Dieses Problem verschlimmert sich noch, da in frühen Stadien der Erkrankung keine Symptome auftreten. Vor diesem Hintergrund fragten sich die Forscher bei Hitachi: Gibt es eine simplere Methode als die Standardprozedur, die eine erste Einschätzung zum Krebsrisiko liefert? Eine Methode, die eine simple Urinprobe nutzt, für jedermann anwendbar ist und ohne den Besuch einer medizinischen Einrichtung auskommt?

    Projektübersicht

    • Eine neue Art dem Krebsrisiko zu begegnen
      Japans Krebsfrüherkennungsrate liegt hinter der anderer Länder zurück. Forscher erkannten, dass eine einfachere Testmethode nötig war, um diese Situation zu ändern. Daher konzentrierten sie sich auf einen Urintest, von dem jeder selbst eine Probe nehmen kann.
    • Auf dem Weg zur Etablierung eines Testmodells, das zwischen Krebs und Nicht-Krebs unterscheidet.
      Bisher interessierte die Wissenschaft der Metabolitenanteil im Urin nur wenig. Da der Urin die im Blut enthaltenen Abfallstoffe aus dem Körper entsorgt, nahm man an, dass nur wenige Informationen im Urin enthalten seien. Mithilfe eines Flüssigchromatographen/Massenspektrometers (LC/MS) unterzog man die Stoffwechsel-Zwischenprodukte umfassenden Analysen. Die sich anschließenden statistischen Methoden identifizierten bestimmte Substanzen, die als mögliche Biomarker fungieren könnten.
    • Entwicklung eines Systems, das jedem ermöglicht das persönliche Krebsrisiko zu erkennen.
      Von der Demonstration bis zur Anwendung: Um eine solide Krebsfrüherkennung für jedermann zu etablieren, nutzt Hitachi NEXPERIENCE - eine Methodik der kollaborativen Kundenentwicklung. Sie unterstützt die Entwicklung praktischer Anwendungen als Dienstleistung und leistet so einen Beitrag zur Gesellschaft.

    Thema

    Eine neue Art dem Krebsrisiko zu begegnen

    ■Anteil der Krebsvorsorge in Prozent (Alter 40 bis 69 Jahre; Gebärmutterhalskrebs: Alter 20 bis 69 Jahre; Quelle: "Overview of Comprehensive Survey of Living Conditions in 2016", Ministerium für Gesundheit, Arbeit und Soziales, Japan) Anteil der Krebsvorsorge in Prozent (Alter 40 bis 69 Jahre; Gebärmutterhalskrebs: Alter 20 bis 69 Jahre; Quelle: "Overview of Comprehensive Survey of Living Conditions in 2016", Ministerium für Gesundheit, Arbeit und Soziales, Japan) Anteil der Krebsvorsorge in Prozent (Alter 40 bis 69 Jahre; Gebärmutterhalskrebs: Alter 20 bis 69 Jahre; Quelle: Overview of Comprehensive Survey of Living Conditions in 2016, Ministerium für Gesundheit, Arbeit und Soziales, Japan) Anteil der Krebsvorsorge in Prozent (Alter 40 bis 69 Jahre; Gebärmutterhalskrebs: Alter 20 bis 69 Jahre; Quelle: Overview of Comprehensive Survey of Living Conditions in 2016, Ministerium für Gesundheit, Arbeit und Soziales, Japan)

    Krebs ist seit 1981 häufigste Todesursache in Japan. Statistiken zur Krebskontrolle, herausgegeben vom Ministerium für Gesundheit, Arbeit und Soziales, belegen, dass bei derzeit jedem zweiten Japaner Krebs diagnostiziert wird und jeder Dritte daran stirbt. Prinzipiell steigt die Sterblichkeitsrate in Japan. Doch bereinigt um die Auswirkungen der Alterung der Gesellschaft, dem Hauptfaktor, sinkt die Sterblichkeitsrate - selbst angesichts der steigenden Zahl von Krebsdiagnosen.1 Dies geht größtenteils auf die Früherkennung und Behandlung sowie auf den medizinischen Fortschritt zurück. Das Ziel der Regierung für die Krebsvorsorge liegt bei 50 Prozent. Mit Ausnahme von Lungenkrebs bei Männern, liegen die Screening-Raten aktuell bei etwa 30 bis 40 Prozent.

    *1:Angaben des National Cancer Center, Japan, zufolge liegt die altersbereinigte Krebssterblichkeitsrate unter 75 Jahren (Sterblichkeitsrate für alle Krebsarten pro 100.000). Die Sterblichkeitsrate sank innerhalb von 10 Jahren von 2005 bis 2015 um 15,6% von 92,4 auf 78,0 Personen.

    Die Krebsfrüherkennungsrate für Japaner ist im Vergleich zu anderen OECD-Ländern gering. Obwohl sich Japan in den letzten Jahren der internationalen Gemeinschaft für Bewusstsein für Brust- und Gebärmutterhalskrebs bei Frauen angeschlossen hat, zeigt ein Blick auf ihre Vorsorgeuntersuchungen nur um so deutlicher, wie niedrig der Anteil tatsächlich ist. Befragt man arbeitende Personen im Alter zwischen 40 bis 59 Jahren, so nennen sie als Gründe, für nicht in Anspruch genommene Screenings, meist "Zeitmangel" und "zu viel Aufwand". Diese Aussagen rangieren noch vor dem Argument, man vertraue in die eigene Gesundheit. Wer keine Veränderungen der körperlichen Verfassung feststellt, wie man sie sonst von Alltagskrankheiten her kennt, unterzieht sich nicht grundlos einem medizinischen Test. Das erschwert die Krebsfrüherkennung. Anstatt Krebs als ein Problem Anderer abzutun, ist es wichtig, die Gefahr einer Krebserkrankung als persönliche Angelegenheit und auch der Angehörigen zu betrachten. Daher sollte man sich darüber Gedanken machen, wie man sich dieser Gefahr stellen kann, und so eine mögliche Erkrankung früh erkennt.

    Diese Situation bot Forschern von Hitachi die Gelegenheit, aktuelle Vorsorgestrategien zu überdenken. Sie fragten sich: Könnte es nicht eine einfache Möglichkeit geben, eine mögliche Krebserkrankung festzustellen - ohne eine medizinische Einrichtung zu besuchen? Das Hitachi-Team verstand, dass eine umfassende Krebsvorsorgeuntersuchung bei fehlenden Symptomen unsinnig erscheinen kann und suchte deshalb nach einer Methode, die die Untersuchung vereinfacht. Neue Wege gehend, fokussierte sich das Team auf Marker im Urin.

    ■Prozentsatz der Krebsfrüherkennungsuntersuchungen bei Frauen (OECD Health at a Glance 2015, OECD)

    Land (Erhebungsjahr in Klammern)

    Prozentsatz der Früherkennung von Gebärmutterhalskrebs (im Alter von 20-29 Jahren)

    Prozentsatz der Brustkrebsvorsorgeuntersuchungen (50-59 Jahre)

    Vereinigte Staaten von Amerika (2012)

    84.5%

    80.8%

    Vereinigtes Königreich (2013)

    78.1%

    75.9%

    Niederlande (2013)

    64.7%

    72.2%

    Australien (2012)

    57.3%

    55.0%

    Neuseeland (2013)

    77.0%

    72.2%

    Korea (2013)

    51.7%

    64.3%

    Japan (2013)

    42.1%

    41.0%

    Ergebnisse

    Auf dem Weg zur Einführung einer Methodik, die zwischen Krebs und Nicht-Krebs unterscheidet

    Minoru Sakairi, leitender Wissenschaftler, führt die Analyse mit dem hochauflösenden Flüssigchromatographen/Massenspektrometer (LC/MS) im Zentralen Forschungslabor in Kokubunji durch

    Weltweit gab es jedoch kaum Präzedenzfälle in der Krebsdiagnostik mit Nutzung des Urins, sodass die Forscher gezwungen waren, bei Null anzufangen. Urin sah die Wissenschaft als wenig aussagekräftig an, handelt es sich doch um eine Substanz, die von den Nieren gefiltert wird und entsprechend deutlich weniger Informationsgehalt als Blut haben müsste. In der Krebsvorsorge war Urin deshalb ein uninteressantes Untersuchungsobjekt.

    "Tatsächlich enthält Urin schätzungsweise 5.000 Arten von Metaboliten", sagt Minoru Sakairi, leitender Wissenschaftler am Hitachi Center for Exploratory Research im Bereich Forschung und Entwicklung. "Diese Anzahl erforderte eine sorgfältige Analyse mit modernsten analytischen und auch statistischen Untersuchungstechnologien. Wir forschten kontinuierlich und sammelten so Forschungsergebnisse an."

    Die Forscher bezogen Urinproben von einer international zuverlässigen Institution, die spezifische klinische Informationen darüber mitteilte, ob der Spender an Krebs erkrankt war oder nicht. Über 1.300 nachweisbare Stoffwechsel-Zwischenprodukte wurden anschließend einer umfassenden Analyse unterzogen. Substanzen, die als Indikator für die Existenz oder den Verlauf einer bestimmten Krankheit dienen, werden als "Biomarker" bezeichnet. Sogenannte "Tumormarker", die mit Krebs in Verbindung stehen, gelten als Indikator für die Wirksamkeit der Krebsbehandlung. Eine sorgfältige Analyse identifizierte 30 Metaboliten als mögliche Biomarker im Urin, aussagekräftig genug, gesunde Menschen von Krebspatienten zu differenzieren. Sakairi erklärt:

    "Für die genaue Analyse von Urinmetaboliten setzten wir einen Flüssigchromatographen/Massenspektrometer (LC/MS) ein. Wir konnten über 1.300 Metaboliten in den Urinproben nachweisen, indem wir die Messungen mit dem LC/MS durchführten und die Messbedingungen optimierten indem wir Unterschiede in der Wasser-Fett-Löslichkeit heranzogen. Damit gelang uns der Durchbruch: Wir waren in der Lage, den Unterschied zwischen Krebs und Nicht-Krebs analytisch festzustellen. Wir konzentrierten uns dazu auf 30 Biomarker und verglichen die Messwerte mit denen von jeweils 15 Proben aus der Gruppe von Brustkrebspatientinnen, Darmkrebspatientinnen und gesunden Probanden."

    Die gewonnenen Daten wurden zuerst statistisch ausgewertet, und dann mithilfe von Diskriminierungslinien grafisch dargestellt. Krebs und Nicht-Krebs kann daraufhin visuell beurteilt werden, während Biomarker die Identifizierung der Krebsart ermöglichen.

    Dieses Projekt zeigt, dass die Analyse von Urinproben als einfache, aber effektive Methode zur Krebsvorsoge eingesetzt werden kann. Krebsfrüherkennung gehört immer noch zu den stark vernachlässigten Vorsorgeuntersuchungen. Der vereinfachte Test wird zukünftig jedoch die Vorsorgesituation verändern.

    Perspektiven

    Eine Methodik, die es jedem ermöglicht, schnell und unkompliziert das Krebsrisiko zu erkennen

    "Konventionelle Bluttests ermöglichten die Überprüfung auf einen Biomarker pro Test. Der Urintest, den wir jetzt erforschen, unterstützt mehrere Biomarker. So kann potentiell sogar eine noch höhere Präzision in der Unterscheidung erreicht werden." (Minoru Sakairi, leitender Wissenschaftler)

    "In der nächsten Forschungsphase arbeiten wir mit nationalen Universitätskliniken zusammen. Wir wollen eine größere Anzahl von Proben untersuchen, um weitere Krebs-Biomarker zu identifizieren. Durch eine größere Bandbreite von Biomarker-Substanzen versprechen wir uns eine noch aufschlussreichere Diagnostik. So könnten Krebsart, Fortschritt der Erkrankung und sogar Effektivität der Behandlung quantifiziert werden und die Analysegenauigkeit erhöht werden." (Minoru Sakairi, leitender Wissenschaftler)

    Im Moment sind Bemühungen im Gange, um die praktische Anwendungen zu ermöglichen, etwa in Form von Testkits, und die Methodik als Alternative bei der Vorsorge und Behandlung einsetzbar zu machen.

    "Wenn wir einen Weg finden, ein System zu entwickeln, das es jedem ermöglicht, sich einer soliden Krebsfrüherkennung zu unterziehen und sich jeder der Methodik dieser einfachen Art der Krebsbekämpfung bewusst wird, dann bin ich zuversichtlich, dass die Krebsfrüherkennungsraten steigen werden," sagt Sakairi.

    Das Center for Exploratory Research, in dem die aktuelle Forschung durchgeführt wird, ist eine Einrichtung, die mit einer langfristigen Perspektive und in Zusammenarbeit mit verschiedenen Forschungseinrichtungen, hochmoderne Forschungs- und Entwicklungsarbeit betreibt. Mit Hilfe von NEXPERIENCE, Hitachis Methodik der kollaborativen Kundenentwicklung, werden die hier produzierten Technologien zu praktischen Anwendungen. Diese können dann als Dienstleistung angeboten werden und so einen Beitrag zur Gesellschaft leisten. Tatsächlich ist die aus dieser Forschung resultierende Technologie zur Unterscheidung von Urinmetaboliten bei Krebserkrankungen derzeit Gegenstand einer Zusammenarbeit zwischen Hitachi und der Versicherungsgesellschaft Aflac. Gemeinsam mit den Lokalverwaltungen im ganzen Land führt Aflac Maßnahmen zur Krebsaufklärung durch. Ziel ist es, ein korrektes Verständnis von Krebs zu vermitteln und die Krebsfrüherkennungsraten zu erhöhen. Die Verschmelzung dieser Erfahrungen mit den Technologien von Hitachi bietet eine solide Grundlage für Überlegungen zur Entwicklung neuer Versicherungsprodukte und -dienstleistungen. Diese könnten die Krebsfrüherkennung und -behandlung fördern und einen Beitrag zu einer gesunden und bereicherten Gesellschaft leisten.

    Deshalb schlussfolgert Sakairi: "Selbst in Bereichen, die in der Vergangenheit nicht viel Aufmerksamkeit erhalten haben, wie das Thema dieses Projekts, werden wir neue Technologien entwickeln, indem wir die fortgeschrittene analytische Arbeit und statistische Analysen durchführen, die Teil von Hitachis Expertise sind. Dies erfordert eine stetige Sammlung von Forschungsergebnissen, was man vielleicht als unsere größte Expertise bezeichnen könnte."

    Anmerkung: Teile dieses Forschungsprojektes wurden mit Unterstützung des Programms "Acceleration Transformative Research for Medical Innovation, Medical Research and Development" der Japan Agency for Medical Research and Development (AMED) durchgeführt.

    Veröffentlichungsdatum: November 2017
    Lösungen von: Hitachi, Ltd. Research & Development Group