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Personalisierte Krebstherapie durch microRNA-Analyse

microRNAs sind nicht nur für die Genregulation von Bedeutung, ihre Expressionsmuster können auch Rückschlüsse über die Art und den Verlauf von Krebserkrankungen ermöglichen. Darum arbeitet die Sensovation AG zusammen mit Partnern aus Industrie und klinischer Forschung an einer automatisierten Plattform zur microRNA-Analyse, die microRNA-Muster schneller detektieren und auswerten kann. Das System soll dabei helfen, bestimmte Krebsarten in Zukunft besser zu erkennen, um die Therapie im Anschluss effizienter zu gestalten.

In den letzten Jahren haben sich microRNAs zu einem vielversprechenden Forschungsgegenstand der Molekularbiologie entwickelt. microRNAs sind relativ kleine, etwa 22 Basen lange Segmente, die aus dem Genom exprimiert werden. Im Gegensatz zur mRNA sind sie nichtkodierend, das heißt sie dienen nicht als Vorlage für die Protein-Translation. Stattdessen beeinflussen sie die Genexpression, indem sie mRNAs binden und deren Translation hemmen oder ihren Abbau auslösen. So wirken sie moderierend auf eine Vielzahl von Zellvorgängen ein und spielen auch bei Krebserkrankungen eine Rolle - auch wenn diese noch nicht ganz klar ist.

„Es hat sich gezeigt, dass die Expressionsmuster von microRNAs typisch für bestimmte Erkrankungen, zum Beispiel auch für bestimmte Tumorarten sind“, erklärt Dr. Hanswilly Müller, Marketingleiter der Sensovation AG aus Radolfzell. Das Unternehmen ist auf optische Detektions- und Analysegeräte, Imaging-basierte Sensorsysteme sowie Instrumente spezialisiert und widmet sich in einem aktuellen Projekt der microRNA-Analyse. Dabei kann die Untersuchung vorhandener microRNA-Muster zum Nachweis von Tumoren und deren Herkunft sowie für die Typisierung unterschiedlicher Krebserkrankungen eingesetzt werden, was Erkenntnisse für die Diagnostik und Prognose der Erkrankung ermöglicht. Da microRNA-Moleküle außerdem stabiler als mRNA und ihre Muster eher statisch sind, stellen sie zuverlässige Marker für die medizinische Forschung dar.

Komplexe microRNA-Muster automatisch analysiert

Zur Analyse von microRNA-Mustern wird das Auslesegerät der Sensovation AG auf die Verwendung von Mikrofluidik-Chips umgestellt werden. (Im Bild: bisheriges Gerät für Mikrotiterplatten.) © Sensovation AG

„Den microRNAs wird ein hohes Potenzial für die Diagnostik von Erkrankungen wie Krebs zugeschrieben. Bisher ist ihr Einsatz in der Routinediagnostik aber noch nicht weit verbreitet“, sagt Dr. Hanswilly Müller. Die Herausforderung bei der Analyse von microRNA-Mustern besteht darin, dass eine Vielzahl von microRNAs getestet werden muss, um ein aussagekräftiges Expressionsmuster zu detektieren. „Das ist eine klassische Anwendung für die Multipex-Diagnostik, also die parallele Bestimmung mehrerer Parameter, mit der sich die Sensovation AG seit Jahren beschäftigt“, erklärt Dr. Müller.

Diese Expertise setzt das Unternehmen nun in einem Kooperationsprojekt mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft ein, um eine Plattform zur microRNA-Analyse zu entwickeln. Das neue System soll durch Automatisierung von Probenvorbereitung und Auswertung den Nachweis von microRNA-Mustern wesentlich vereinfachen. „Hier arbeiten Experten aus Forschung und Industrie Hand in Hand und müssen eine Vielzahl verschiedener Details aus unterschiedlichen Disziplinen zusammenführen“, beschreibt Dr. Müller das Vorgehen.

Multiplex-Diagnostik und Mikrofluidik - mit Hightech zur einfachen Anwendung

Der entwickelte Mikrofluidik-Chip ermöglicht die automatisierte Probenvorbereitung und Analyse von microRNAs. © microfluidic ChipShop

Die Grundlage für die neue Analyseplattform bilden spezielle Microarrays, die nicht nur eine, sondern gleichzeitig 20 bis 30 microRNAs in nur einem Versuchsansatz nachweisen können. Dieser Multiparameteransatz vereinfacht die Arbeitsschritte bei der Analyse komplexer Muster deutlich und ermöglicht dadurch auch eine schnellere Diagnose.

Im Gegensatz zu bisherigen Multiplex-Diagnostik-Anwendungen der Firma Sensovation (s. "Schnelle Diagnose bei Allergien dank spezieller Kamera", Link rechts) ist das Microarray in diesem Fall aber nicht in Mikrotiterplatten, sondern in einen speziell hierfür entwickelten Mikrofluidik-Chip integriert. Dabei handelt es sich um eine Plastik-Platte mit kleinen Kammern, die als Reaktionsgefäße dienen. Da die Kammern bereits alle notwendigen Substanzen für die Probenverarbeitung enthalten, ermöglicht der Mikrofluidik-Chip eine automatisierte Extraktion, Aufbereitung und Detektion aus Patientenproben.

Während sich die Kooperationspartner mit der Vereinheitlichung und Miniaturisierung von Probenvorbereitungsschritten im Mikrofluidik-Chip und der Isolation und Detektion von microRNA-Mustern befassen, ist Sensovation unter anderem für die Entwicklung des zentralen Steuergeräts, für das Handling der Flüssigkeitsströme und die Ausarbeitung eines passenden Auslesegeräts zuständig. Da sich die Analyse des Mikrofluidik-Chips prinzipiell von der einer Mikrotiterplatte unterscheidet, muss auch das Analysegerät dementsprechend angepasst werden. „Das Detektionssystem muss hierfür komplett neu erarbeitet werden, da zum Beispiel keine X-Y-Z-Achsen-Bewegung, aber statt dessen eine genaue Kontrolle des Temperaturbereichs in den Proben notwendig ist“, schildert Dr. Müller die Anforderungen.

Krebsarten effizient ermitteln und behandeln

Zunächst wird es für die Projektpartner darum gehen, mit Hilfe der entwickelten Plattform bereits bekannte, charakteristische microRNA-Muster zu detektieren, deren Korrelation mit klinisch relevanten Parametern bereits nachgewiesen wurde. Vor allem die klinischen Partner des Projekts sind aber daran interessiert, darüber hinaus auch neue microRNAs mit einzubeziehen. „So kann man bereits in einer frühen Phase des Projekts neue Erkenntnisse erzielen und eine breite Palette von Analyten im Testsystem abdecken“, erläutert Dr. Müller.

Nach Ende der Projektphase soll das ausgereifte System in erster Linie in der microRNA-Forschung eingesetzt werden. „Wir erhoffen uns, dass die microRNA-Diagnostik sich auch in der Praxis durchsetzen wird, mit der Folge, dass bestimmte Krebsarten klarer erkannt und schließlich therapeutisch behandelt werden“, sagt Hanswilly Müller abschließend. Auf diese Weise soll das Projekt auch eine Lücke zwischen wissenschaftlicher Forschung und medizinischer Routinediagnostik schließen.

Das Projekt IMRA

Das Projekt zur isothermalen, multiparametrischen RNA-Analyse, kurz IMRA, der Fördermaßnahme KMU-innovativ: Biotechnologie - BioChance des BMBF  zur Entwicklung einer automatisieren Plattform zum Nachweis von microRNA-Mustern wurde 2012 gestartet und hat eine Laufzeit von drei Jahren. Neben der Sensovation AG, die gleichzeitig auch als Projektkoordinator agiert, sind als weitere Partner an dem Projekt beteiligt: die Scienion AG, die microfluidic ChipShop GmbH, das Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (Lehrstuhl Sensoren und CPI) sowie das Universitätsklinikum Freiburg mit der Abteilung Gynäkologie (Prof. Dr. med. Elmar Strickeler) und dem Institut für Pathologie (Prof. Dr. med. Martin Werner).

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/personalisierte-krebstherapie-durch-microrna-analyse