Dokumentation 2008 - Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

Dokumentation 2008 Tätigkeitsberichte im Jahrbuch der MPG (2008)
Tätigkeitsbericht 2008
Martin, Raquel | Nanostrukturierte Oberächen für biomedizinische Anwendungen
scheitert die Nutzung von Fötuszellen für Diagnosetests bis heute an zwei großen Nachteilen: Der
Mangel und die Zerbrechlichkeit der zirkulierenden Fötuszellen. Tatsächlich benden sich nur geringe
Mengen fötaler Zellen im peripheren Blut von schwangeren Frauen: etwa zwei bis sechs fötale Zellen
können pro Milliliter Blut der Mutter im zweiten Drittel einer normalen Schwangerschaft nachgewiesen
werden. Zusätzlich zu ihrem raren Vorkommen sind diese Zellen zerbrechlich, sehr wahrscheinlich
deshalb, weil sie sich von den Genen der Mutter unterscheiden. Dies gefährdet auch ihr Überleben im
mütterlichen Blutkreislauf, nachdem sie die Plazenta durchschritten haben.
Aufgrund der Knappheit der fötalen Zellen im Mutterblut wurden bereits viele Methoden zur Anreicherung
der Zellen entwickelt; jedoch mangelt es nach wie vor an erwähnenswertem Fortschritt. Dies
kann teilweise auf den aggressiven Umgang während der Anreicherungsprozeduren zurückgeführt
werden, bei dem viele Fötuszellen verloren gehen. Folglich hat sich kein Pränataldiagnosetest, der auf
zirkulierenden Fötalzellen basiert, als klinisch erfolgreich erwiesen.
Das Team um Dr. Martin entwickelt einen neuen medizinischen Test, der eine risikolose, nichtinvasive
Pränataldiagnostik ermöglicht. Es korrespondiert mit einem Biosensor, der in die Vene einer
schwangeren Frau eingeführt wird und zirkulierende fötale Zellen im peripheren Blut von schwangeren
Frauen sucht. Die Oberäche des Sensors trägt ein regelmäßiges Nanomuster von Goldnanopartikeln.
Diese Nanodots sind mit einem Antikörper ummantelt, der die auf der Oberäche der fötalen
Zellen bendlichen Proteine spezisch binden kann. Anschließend wird der Sensor wieder aus der
Vene entfernt und zur Analyse in ein Labor gebracht. Dort werden dann die individuellen Fötalzellen,
die am Biosensor anhaften, identiziert und charakterisiert. Der Test wird mit einer minimalen Zahl an
Handlungsschritten durchgeführt und benötigt keine Anreicherung der Blutprobe. So wird verhindert,
dass fötale Zellen verloren gehen.
2.) Ein neuartiger, nicht-invasiver Test zur Überwachung von Krebs
Viele neue Studien lassen darauf schließen, dass die Erkennung zirkulierender Tumorzellen (CTCs)
im peripheren Blut der Patienten große Potenziale birgt. So dient sie als wichtiges Werkzeug für die
Krebsprognose, als Diagnose für eine minimale Resterkrankung, sie hilft bei der Beurteilung der
Tumorsensibilität gegenüber Antikrebsmedikamenten und unterstützt die persönliche Antikrebstherapie.
Der Nachweis der zirkulierenden Tumorzellen könnte auch bei frühen Diagnosen von invasiven
Krebsarten helfen. Denn manche Studien haben gezeigt, dass die CTCs schon im frühen Stadium der
Tumorbildung im peripheren Blut zirkulieren.
Verschiedene Methoden sind entwickelt worden, um die CTCs zu isolieren und zu identizieren. Sie
basieren alle auf der Anreicherung von Blutzellen, die vom Patienten entnommen werden. Jedoch
erzielen diese Methoden weniger Menge an CTC als gewünscht oder lediglich eine sehr schlechte
Reinheit. Die technische Herausforderung der CTC-Erkennung besteht in der Schwierigkeit, die
äußerst raren Tumorzellen zu nden – in einem Milliliter Blut sind nur wenige CTCs zusammen mit
Milliarden anderer Zellen – und diese von Nicht-Tumorzellen, Leukozyten und Epithelzellen (Deckgewebszellen)
zu unterscheiden. Ein weiteres großes Hindernis beim Erkennen von CTCs ist ihre Zerbrechlichkeit.
Dies zeigt sich schon innerhalb von 24 Stunden nach der Blutabnahme: CTCs werden
durch die Blutspeicherung mit konservierenden Wirkstoffen und die verschiedenen Behandlungsschritten
und Übertragungen zerbrechlich. Dies kann plötzlichen Zelltod, Zellverlust oder Kontamination
hervorrufen – mit entsprechend dramatischem Effekt auf das Prüfverfahren, besonders wenn man mit
einer geringen Zahl an Proben arbeitet.
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