26.05.2011 - Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

Krebsdiagnose in winzigen Tröpfchen

Ein neues Verfahren aus dem Bereich der Mikrofluidik erlaubt es, Krebszellen genauer nachzuweisen als je zuvor

Ein hochempfindliches Verfahren, mit dem sich die Anzahl der Krebszellen in einer Probe bestimmen lässt, haben Wissenschaftler von der Universität in Straßburg, der Université Paris Descartes, des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation und der amerikanischen Firma Raindance Technologies jetzt entwickelt. Die Forscher machen sich dafür Methoden der Mikrofluidik zunutze: Winzige Tröpfchen, die durch Mikrokanäle fließen und so gezielt manipuliert und analysiert werden können, dienen als mikroskopische Reagenzgläser für die entscheidenden molekularbiologischen Reaktionen. Die Forscher sind so erstmals in der Lage, unter 200.000 gesunden DNA-Abschnitten einen einzigen krankhaft veränderten Abschnitt aufzuspüren. Dies entspricht einer Empfindlichkeit von 0,0005 Prozent.

Bei den meisten Krebsarten zeichnet sich die DNA der befallenen Zellen durch bestimmte Mutationen aus. Diese können somit als hoch spezialisierte Biomarker dienen, um Krebszellen zu identifizieren und damit eine Erkrankung möglichst frühzeitig zu diagnostizieren. Allerdings sind herkömmliche Analysemethoden nicht sehr empfindlich: Sie können die veränderten DNA-Abschnitte nur dann nachweisen, wenn sie mindestens zehn Prozent der Probe ausmachen. Doch gerade Blut- oder Urinproben betroffener Patienten weisen oft nur zu weniger als 0,1 Prozent veränderte DNA auf. Ließen sich auch solche geringen Mengen nachweisen, wäre dies ein erster Schritt in Richtung frühzeitigerer Diagnose und gezielterer Therapie.

Der internationalen Forschergruppe ist es nun gelungen, genau dieses Problem zu lösen. Mit Hilfe der Mutation des so genannten KRAS Gens, die bei Leukämie, Lungen-, Dickdarm- und Bauchspeicheldrüsenkrebs auftritt, konnten sie eine Empfindlichkeit von 0,0005 Prozent erreichen. Die neue Methode kombiniert jüngste Entwicklungen in der molekularen Diagnostik mit Methoden der Mikrofluidik. Dabei übernehmen winzige Wassertröpfchen mit einem Durchmesser von nur wenigen Mikrometern, die sich zu Tausenden herstellen und in Mikrokanälen manipulieren lassen, die Rolle von Reagenzgläsern: In jedem einzelnen Tropfen läuft die Reaktion zum Nachweis der veränderten Gene ab.

Am Anfang des Verfahrens steht das „Herstellen“ der winzigen Reagenzgläser. Eine wässrige Lösung, welche die DNA-Proben und zwei weitere Wirkstoffe enthält, wird nach und nach in Öl eingespritzt, so dass winzige Tröpfchen entstehen. Die Forscher konnten das Verfahren so optimieren, dass jeder Tropfen maximal einen DNA-Abschnitt enthält.

In einem nächsten Schritt unterziehen die Wissenschaftler eine ganze Ansammlung von Tröpfchen einem Verfahren, das die DNA-Abschnitte vervielfacht. Die zusätzlichen Wirkstoffe, die anfangs zugeführt wurden, sorgen dafür, dass Tröpfchen mit veränderter DNA danach grün fluoreszieren, Tröpfchen mit gesunder DNA rot. Danach schleusen die Forscher die Tröpfchen wieder einzeln – wie auf einer Perlenkette aufgereiht – durch einen Mikrokanal, um dann grüne und rote Tröpfchen zu zählen.

Auf diese Weise lässt sich das Verhältnis roter zu grüner Tröpfchen exakt bestimmen. Das Verfahren erlaubt somit nicht nur eine bisher unerreichte Empfindlichkeit, sondern auch eine genaue, quantitative Analyse.

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

Jetzt Infos anfordern

News weiterempfehlen PDF Ansicht / Drucken

Teilen bei

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Krebsdiagnostik
Mehr über MPI für Dynamik und Selbstorganisation
  • News

    Ein Gedächtnis ohne Gehirn

    Wenn wir uns an vergangene Ereignisse erinnern, können wir klügere Entscheidungen für die Zukunft treffen. Forscherinnen des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS) und der Technischen Universität München (TUM) haben jetzt herausgefunden, wie der Schleimpilz Physaru ... mehr

    Wirbelstürme im Herzen

    Allein in Deutschland stirbt alle fünf Minuten ein Mensch am plötzlichen Herztod, verursacht durch Kammerflimmern, der häufigsten Todesursache weltweit. Das liegt nicht zuletzt daran, dass Ärzte noch nicht verstehen, was dabei genau im Herzen passiert. Denn bislang war es nicht möglich, die ... mehr

    Warum kann jeder Sandburgen bauen?

    Wer sich am Strand an der Bildhauerei mit feuchtem Sand versucht, braucht einiges an Geschicklichkeit und Phantasie, aber kein Rezeptbuch: Der Wassergehalt ist nämlich für die mechanischen Eigenschaften des Sandes weitgehend unwichtig. Diese Beobachtung, die auch genauen Messungen im Labor ... mehr

Mehr über Université de Strasbourg
  • News

    Kleinster Schwingungssensor der Quantenwelt

    Kohlenstoffnanoröhrchen und magnetische Moleküle gelten als Bausteine für zukünftige nanoelektrische Systeme. Dabei spielen sowohl ihre elektrischen als auch ihre mechanischen Eigenschaften eine Rolle. Einem deutsch-französischen Forscherteam vom Institut Néel in Grenoble, vom Straßburger I ... mehr

Mehr über Max-Planck-Gesellschaft
  • News

    Zeig‘ mir deinen Hirnscan und ich sag‘ dir, wie alt du wirklich bist

    Aus Hirnbildern lässt sich mithilfe von neuester KI-Technologie, sogenannter Künstlicher Neuronaler Netzwerke, das biologische Alter eines Menschen genau bestimmen. Bislang war jedoch unklar, anhand welcher Merkmale diese Netzwerke auf das Alter schließen. ForscherInnen des Max-Planck-Insti ... mehr

    Mehr als Mikroskope zeigen können

    Ein internationales Forscherteam des Max-Planck-Instituts für molekulare Biomedizin in Münster um Hans Schöler und Vlad Cojocaru hat ein Schlüsselprotein für die Umwandlung von adulten Stammzellen in Zellen, die embryonalen Stammzellen ähneln, in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit visua ... mehr

    Spiegelmoleküle verraten Trockenstress von Wäldern

    Weltweit geben Pflanzen etwa 100 Millionen Tonnen an Monoterpenen an die Atmosphäre ab. Zu diesen flüchtigen organischen Molekülen zählen viele Duftstoffe wie beispielsweise das Molekül Pinen, das für seinen frischen Kiefernduft bekannt ist. Da diese Moleküle sehr reaktiv sind und winzige A ... mehr