Personalisierte Medizin: Genetische Analyse zirkulierender Tumorzellen mittels eines mikrofluidischen Chipsystems

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1 16. Heiligenstädter Kolloquium, IBA Heilbad Heiligenstadt, Personalisierte Medizin: Genetische Analyse zirkulierender Tumorzellen mittels eines mikrofluidischen Chipsystems Christine Steinbach Carolin Steinbrücker, Dr. Karina Weber, Prof. Jürgen Popp Institut für Photonische Technologie Jena e.v. Institut für Physikalische Chemie und Abbe Center of Photonics, Friedrich Schiller Universität Jena

2 Personalisierte Krebstherapie Krebs ist so verschieden wie die Menschen die an ihm erkranken Sigmund-Schultze 2011 molekulare Diagnostik Roche

3 Tumordiagnostik Nachweis von Krebsmarkern Gewebe Krebsmarker-Analyse Patient Blut 3

4 Zirkulierende Tumorzellen diagnostisches Potential der CTCs 4

5 Krebsmarker in CTCs Krebsmarker haben Schlüsselfunktionen in Signalkaskaden Blut zirkulierende Tumorzellen gdna Krebsmarker-Analyse 5

6 EGFR-Signalkaskade epidermal growth factor receptor EGFR-Kaskade in Tumoren überaktiv EGFR-Therapeutika KRAS KRAS BRAF MEK PIK3CA ERK/MAPK 45% der Patienten ohne Therapienutzen! [Grafik nach Randox] 6

7 Aktivierende Mutationen z.b. KRAS konstitutiv aktives KRAS-Protein Rezeptor-unabhängige, ständig aktive Signalkaskade KRAS BRAF MEK PIK3CA ERK/MAPK 7

8 KRAS-Mutationen / SNP KRAS-Mutationen auf Codon 12/13 SNP (single nucleotide polymorphism) Codon: GGT GAT Aminosäure: Glycin Aspartat [Normanno et al., 2009] 8

9 Chip-basierter Mutationsnachweis Fänger-Sonden Kontrollen Wildtyp SNP Immobilisierung der Fänger-Sonde [Grafik nach Schüler et al. 2009] 9

10 Chip-basierter Mutationsnachweis Fänger-Sonden Kontrollen Wildtyp SNP Immobilisierung der Fänger-Sonde Hybridisierung mit spezifischem PCR-Produkt Enzymanbindung [Grafik nach Schüler et al. 2009] 10

11 Chip-basierter Mutationsnachweis Fänger-Sonden Kontrollen Wildtyp SNP Immobilisierung der Fänger-Sonde Hybridisierung mit spezifischem PCR-Produkt Enzymanbindung Silberabscheidung Detektion optisch / elektrisch [Grafik nach Schüler et al. 2009] 11

12 Grauwert, relativ zur +Kontrolle Hybridisierung /% Sondendesign Vergleich der SNP-Lokalisation in der Fängersequenz Variation der SNP-Position in der Fänger-Sonde SNP weniger mittig _Proben nach Berndt et al. 19 SNP mittig _neu designte Proben Zelllinie A549: Mutation [AGT] Grauwert, relativ zur +Kontrolle_Hybridisierung /% Kontrolle +Kontrolle Hybridisierung Hybridisierung Mutation Mutation [AGT] [AGT] Mutation Mutation [CGT] [CGT] exemplarisch für da Produkt der Zelllinie A549: Mutation p.g [AGT] 12

13 Grauwert, relativ zur +Kontrolle Hybridisierung /% Sondendesign Vergleich der SNP-Lokalisation in der Fängersequenz Variation der SNP-Position in der Fänger-Sonde SNP weniger mittig _Proben nach Berndt et al. 19 SNP mittig _neu designte Proben Zelllinie A549: Mutation [AGT] Grauwert, relativ zur +Kontrolle_Hybridisierung /% Kontrolle +Kontrolle Hybridisierung Hybridisierung Mutation Mutation [AGT] [AGT] Mutation Mutation [CGT] [CGT] exemplarisch für da Produkt der Zelllinie A549: Mutation p.g [AGT] 13

14 Grauwert, relativ zur +Kontrolle Hybridisierung /% Genotypisierung von Zelllinien Homozygot (Mutation GTT) Heterozygot (Wildtyp GGT + Mutation GCT)

15 Genotypisierung von Zelllinien Nachweis eines Markers (KRAS) Positiv-Kontrolle Hybridisierungs- Kontrolle Wildtyp SNPs Negativ-Kontrolle 15

16 Detektion mehrerer Biomarker EGFR-Kaskade Multiplex-PCR KRAS BRAF MEK PIK3CA 147 bp 110 bp 67 bp Referenz Referenz KRAS ERK/MAPK 16

17 Das mikrofluidische Gesamtkonzept 17

18 Personalisierte Medizin Chip-basiertes Detektionssystem hohe Spezifität hohe Sensitivität Genotypisierung Multiplexing schneller Assay Mikrofluidik niedriger Zeitaufwand bei geringen Kosten Therapie-begleitende Diagnostik 18

19 Danksagung Projekt MiNa-CTC, gefördert durch das BMBF IPHT Jena e.v. JBCI-Team Universitätsklinikum Jena Abteilung Onkologie Analytik Jena AG

20 Danke für ihre Aufmerksamkeit!

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