Bis zu zehn Prozent aller malignen Erkrankungen gehen im Verlauf mit einem Befall der Meningen einher. Dies wird als Meningeosis neoplastica bezeichnet. Die Diagnostik gestaltet sich allerdings schwierig. Für die Entwicklung eines beschwerdelindernden Therapiekonzepts, sind ein frühzeitiges Stellen der Diagnose und eine molekulargenetische Untersuchung des Tumors entscheidend. Die Zugänglichkeit zur Tumormasse ist jedoch in vielen Fällen nur begrenzt möglich oder würde ein zu großes OP-Risiko darstellen. Eine potenzielle Lösung könnte die Analyse des Liquor cerebrospinalis liefern, der in direktem Kontakt mit dem Tumor steht und verhältnismäßig einfach durch eine Lumbalpunktion gewonnen werden kann. Die Zellzahl im Liquor fällt für gewöhnlich sehr gering aus. Daher rückt der zellfreien Überstand, der Bestandteile wie zellfreie DNA (= cfDNA, cell free DNA) oder Exosomen mit darin enthaltener exosomaler DNA (= exoDNA) enthält, zunehmend in den Fokus. Diese Arbeit hat untersucht, ob es möglich ist, aus dem zellfreien Überstand von Liquorproben cfDNA und exoDNA zu isolieren und falls ja, ob die Qualität und Menge ausreichend ist, um molekulare Analysen wie die Detektion von genomischen Kopienzahlaberrationen (CNAs = copy number alterations) durchzuführen. Diese gelten als Nachweis für das Vorliegen von Tumor-DNA. Die hierfür verwendeten Exosomen sollten einerseits über bestimmte Plasmamembran-Marker (CD9, CD63 und CD81) und andererseits über einen neu etablierten Ansatz zur Isolation tumorspezifischer Exosomen mittels epithelialer (EpCAM) und neuroektodermaler (MCSP) Marker angereichert werden. Anhand der CNA-Profile sollte zudem eine Gegenüberstellung der Analyten und Anreicherungsmethoden erfolgen. Die verwendeten Liquorproben stammen von 29 Patientinnen und Patienten mit bzw. mit Verdacht auf Meningeosis neoplastica.
In dieser Arbeit gelang es, cfDNA und exoDNA erfolgreich aus dem zellfreien Überstand des Liquors zu extrahieren und zu amplifizieren. Die daraus gewonnene DNA konnte für Analysen wie Fragmentlängenverteilung und Gesamtgenomsequenzierung verwendet werden. Zudem wurde ein Ansatz zur Isolation tumorspezifischer Exosomen mittels oben genannter Marker etabliert. Der Nachweis aberranter Genomprofile legt nahe, dass der zellfreie Überstand trotz sehr geringer DNA-Konzentrationen möglicherweise zur Diagnostik maligner Erkrankungen dienen könnte. Dabei stellte sich heraus, dass die cfDNA die meisten auswertbaren und aussagekräftigsten Profile erzeugte. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen, welches Potential in den nicht-zellulären Bestandteilen des Liquors steckt. Zukünftig könnte die Analyse des Liquors frühzeitig Hinweise auf ein malignes Geschehen liefern und helfen, möglichst viel über die genetische Vielfalt eines Tumors zu erfahren.

Up to 10 percent of all malignant diseases are associated with involvement of the meninges, called leptomeningeal metastasis (= LM). However, diagnosis is challenging. For the development of a symptom-relieving treatment plan, early diagnosis and molecular genetic testing of the tumor are crucial. The access to the tumor mass is limited in many cases or would pose too great a surgical risk. A potential solution could be the analysis of cerebrospinal fluid (= CSF), which is in direct contact with the tumor and can be obtained relatively easily via lumbar puncture. The cell count in the CSF is usually very low. Therefore, the cell-free supernatant - which contains components such as cell-free DNA (= cfDNA) or exosomes containing exosomal DNA (= exoDNA) - is increasingly becoming the focus of attention. This study investigated whether it is possible to isolate cfDNA and exoDNA from CSF supernatant, and if so, whether the quality and quantity are sufficient to perform molecular analyses such as the detection of genomic copy number alterations (CNAs). The presence of tumor-derived DNA was assessed using cfDNA and exoDNA isolated from the CSF supernatant. Exosomes were enriched using two complementary approaches: established surface markers (CD9, CD63, and CD81) and a newly established strategy for the isolation of tumorspecific exosomes based on the epithelial marker EpCAM and the neuroectodermal marker MCSP. Furthermore, CNA profiles were compared across the different analytes and enrichment strategies. CSF samples were obtained from 29 patients with confirmed or suspected LM. In this study, cfDNA and exoDNA were successfully isolated and amplified from the CSF. The extracted DNA proved suitable for downstream analyses, including fragment size analysis and low-pass whole-genome sequencing for CNA profiling. In addition, a workflow for the isolation of tumorspecific exosomes using the above-mentioned markers was successfully established. The detection of aberrant genomic profiles indicates that the CSF supernatant, despite its low DNA content, may represent a promising source of molecular biomarkers for the diagnosis of malignant disease. Among the analytes investigated, cfDNA yielded the highest number of evaluable samples and generated the most informative CNA profiles. Overall, these findings highlight the considerable diagnostic potential of the non-cellular fraction of CSF. In the future, liquid biopsy approaches based on CSF may facilitate the early detection of LM disease while enabling a more comprehensive characterization of the genomic heterogeneity of tumors.