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Medizin
29. September 2016

Genanalyse: Automatisierte Extraktion einzelner Tumorzellen aus Blutproben

Den Wissenschaftlern des Fraunhofer ICT-IMM ist es gemeinsam mit Projektpartnern gelungen, einzelne Tumorzellen automatisiert aus Blutproben so zu extrahieren, dass diese anschließend genetisch untersucht werden können.
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Was auf den ersten Blick relativ unspektakulär klingt, ist tatsächlich ein Riesenerfolg für die Forscher. Die Suche nach zirkulierenden Tumorzellen im Blut von Patienten gleicht sprichwörtlich der Suche einer Nadel im Heuhaufen. Allein das Auffinden und Isolieren der Zellen unter einer Milliarde Objekten in nur zehn Millilitern Blut ist eine echte Kunst, denn selbst bei schwer erkrankten Patienten sind häufig nur etwa eine Handvoll davon zirkulierende Tumorzellen. Die gesuchten Zellen dann auch noch in einer Qualität und Reinheit zu isolieren, die eine genetische Untersuchung möglich machen, ist ein großer Schritt in Richtung patientennaher Therapie.

Die Wissenschaftler haben bereits im Rahmen des Ci3 Clusters für Individualisierte Immunintervention ein mikrofluidisches Durchflusszytometer mit integriertem Einzelzelldispenser entwickelt (CTCelect), welches herkömmlichen Geräten sowohl durch seine kompakte Größe als auch seinen vergleichsweise kostengünstigen Preis weit voraus ist. Zudem kann es solche Untersuchungen komplett automatisiert durchführen und so hohe Reproduzierbarkeit in der Probenhandhabung gewährleisten. Nun wurden in enger Zusammenarbeit mit den Firmen BioNTech AG und thinXXS Microtechnology AG die Prozesse nochmals optimiert, so dass der voll automatische Durchlauf vom Blut bis zur Einzelzelle zuverlässig getestet werden konnte.
 

Das CTCelect System; © Fraunhofer ICT-IMM
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Das CTCelect System; © Fraunhofer ICT-IMM


Dies alles sind die Bausteine, die es in Zukunft ermöglichen sollen, den Erfolg einer Krebsbehandlung kontinuierlich und vor allen Dingen individuell auf jeden einzelnen Patienten abgestimmt überwachen zu können. Denn man weiß: Tumore "antworten" auf eine Chemotherapie oder eine Bestrahlung, indem sie sich anpassen. Die Anzahl der zirkulierenden Tumorzellen und ihre genetischen Eigenschaften lassen nun Rückschlüsse auf die Wirksamkeit der gewählten Therapie zu. Der dabei entscheidende Punkt ist die Reinheit der extrahierten Zellen. Denn damit sie in einer Einzelzellanalyse erfolgreich genetisch untersucht werden können, muss vermieden werden, dass weitere Zellen, zum Beispiel weiße Blutkörperchen, in der Probe vorliegen. Zudem ist es aufgrund der geringen Häufigkeit der zirkulierenden Tumorzellen notwendig, möglichst alle Zellen verlustfrei aus der Blutprobe zu extrahieren. Den Wissenschaftler am Fraunhofer ICT-IMM ist es gelungen, eine Zellausbeute von 75% zu realisieren. Mit dieser Ausbeute können Blutproben mit klinisch relevanter Tumorzellzahl bearbeitet werden. Aufgrund der nachgewiesenen Qualität der Zellen, dem kompakten Gesamtsystem und dem automatisierten Ablauf hat dieser Prozess das Potential künftig standardisiert eingesetzt zu werden.

Doch welche Antworten, die den weiteren Therapieverlauf beeinflussen können, geben die untersuchten Zellen? Zum einen können die Wissenschaftler den Zelltyp und einen etwaigen Tumorsubtyp bestimmen, zum anderen nach Genveränderungen suchen. Alles Hinweise darauf, wie der Tumor auf die Behandlung anspricht. Treten die gewünschten Veränderungen nicht ein, kann man sofort mit einer Anpassung der Therapie reagieren. Diese Analyse, direkt im Anschluss an zum Beispiel eine Chemotherapie, lässt zeitnahe Rückschlüsse zu und kann den entscheidenden Vorteil im Kampf gegen den Krebs bedeuten.

Quelle: Fraunhofer ICT-IMM


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