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Neue Anwendungen für die Krebsdiagnostik

16.10.2017

Voraussetzung für eine schnellere und effektivere Behandlung von Tumorerkrankungen ist die Früherkennung von Zellveränderungen um den Beginn einer Erkrankung zu erkennen. Entsprechende Methoden sind Gewebebiopsien bzw. die sogenannte „Liquid Biopsy“, bei der beispielsweise aus Blut von Patientenproben seltene Tumorzellen isoliert und charakterisiert werden. Hierfür haben im Rahmen eines Forschungsprojekts die Hahn-Schickard-Gesellschaft (Freiburg/Br.) und das Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V. (Heilbad Heiligenstadt) mikrofluidische Plattformen entwickelt, deren Konzept eine neue Generation leistungsfähigerer Zellseparationssysteme repräsentiert.

Diagnose Krebs: Für viele Menschen klingt das noch immer nach einem Todesurteil. Jeder zweite Mann und rund 43 Prozent der Frauen erkranken im Laufe ihres Lebens an Krebs. Im Jahr 2012 waren dies laut Zentrum für Krebsregisterdaten (ZfKD) deutschlandweit rund 478.000 Neuerkrankungen.


Abb. 1: Diskplattform bestehend aus Modul I und II und den Kammern für die entsprechenden Prozessschritte. Der Messbalken entspricht 5cm.

Quelle: iba Heiligenstadt


Abb. 2: Zellseparator. Die Blutprobe wird durch den Eingang (B) in den Chip gepumpt. Die Zielzellen werden entlang des rotierenden Magnetfelds (E) in die Pufferphase abgelenkt und in (D) gesammelt.

Quelle: iba Heiligenstadt

Um Krebssorten gezielter zu bekämpfen ist die frühzeitige Erkennung ein entscheidender Schlüssel zur kompletten Heilung. Die Untersuchung von klinisch relevanten Einzelzellen durch deren Separation und Detektion aus Blutproben mit mikrofluidischen Modulen liefert hierzu einen wichtigen Baustein. Im Gegensatz zu den bereits auf dem Markt befindlichen Systemen ermöglicht das entwickelte Disk-Layout einen störungsfreien Ablauf der Zellseparation aus Vollblutproben (siehe Abb. 1).

Die hierzu notwendigen Prozessschritte wurden in zwei Modulen realisiert, welche zunächst die störenden Erythrozyten von den weißen Blutkörperchen abtrennt (Modul I) und anschließend die Zielzellen separiert (Modul II). Während der Separationsprozedur docken die mit Antikörpern beschichteten Mikropartikeln (Beads) gezielt an die Expressionsrezeptoren der gesuchten Zellen an.

Alle Prozessschritte erfolgen innerhalb einer Stunde in einer kommerziellen Zentrifuge. Mit einer Zellfindungsrate von ca. 80 % sind die Ergebnisse bereits vielversprechend. Parallel hierzu wurden Untersuchungen mit einer Chip-Plattform durchgeführt (siehe Abb. 2). Gegenüber der Disk-Plattform ist einerseits eine deutlich größere Menge an Blutproben verwendbar.

Andererseits werden die Zielzellen ohne vorherige Behandlung aus dem Blut mit entsprechenden magnetischen Beads separiert. Die Wiederfindungsraten der Zielzellen lagen bei den Versuchen der Chip-Plattform mit ca. 98 % im Bereich kommerzieller Systeme. Auch hinsichtlich der Robustheit ist die Chip-Plattform der Disk-Plattform überlegen.

Künftige Arbeiten konzentrieren sich auf die Kombination beider Konzepte. Dadurch soll ein breites Volumenspektrum (500 µL bis 100 mL) für die biomagnetische Separation mit einer zusätzlichen Zellcharakterisierung zur Verfügung stehen. Die Anwendung bedient vor allem den medizinischen bzw. klinischen Markt.

Gefördert wurde das IGF-Vorhaben durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) unter dem Titel des „Biomagnetische Zellseparation auf Basis der "Lab-On-Disk" Technologie für die "Point of Care" Diagnostik – BioCellLab“ (Fördernummer: 18073 BG/1)

Sebastian Kaufhold | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.iba-heiligenstadt.de/

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