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Pränatale Diagnostik: genetische Analyse unter Verwendung Tröpfchen PCR

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Interview mit Dr. Nadine Borst, Team Leader Nucleic Acid Analysis, Hahn Schickard Society für angewandte Forschung

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Eine neue Berechnungsmethode, die fötale DNA benutzt, die vom Blut der Mutter extrahiert wird, ist entworfen, um eine pränatale Diagnostik von genetischen Störungen in einem Kind nichtinvasiv zu erreichen. Eine Task Force Hahn Schickard Societys für angewandte Forschung ist ein aktives Teil des Projektes „ANGELab“ und zusammen entwickel dieses Diagnoseverfahren.

Der Projektname „ANGELab“ ist ein Akronym für „ein neues genetisches Labor für nichtinvasive pränatale Diagnostik“. In diesem Interview mit Diagnostik, erklärt Dr. Nadine Borst wie die nichtinvasiven, schnellen Testarbeiten.

Was ist der Grund hinter dem „ANGELab“ EU-Projekt?

Dr. Nadine Borst: Das Fehlleitungsrisiko eines Amniocentesis – ein Invasionsdiagnoseverfahren – ist ungefähr 0,5 Prozent. Unser Ziel war, neue nichtinvasive Diagnosetechniken zu entwickeln, die ein Risiko nicht zur Mutter oder zum Kind aufwerfen.

Warum ist Blut eine stützbare Alternative zum Nachwasser in der pränatalen Prüfung?

Borst: Während einer Schwangerschaft verteilen fötale DNA-Fragmente frei im mütterlichen Blutstrom. Diese Fragmente können von der genetischen Ausstattung der Mutter unterschieden werden und unter Verwendung der speziellen Techniken wie magnetophoresis oder Immunopräzipitation extrahiert werden.

Einige Diagnosensysteme wurden während dieses Projektes entwickelt. Wieviele verschiedenen Diagnosesysteme gibt es und wie genau sie arbeiten?

Borst: Es gibt drei Systeme mit einer Modularität, die kombiniert werden kann, wie gebraucht worden. Das erste System umfasste die Entwicklung eines Labor-auf-einchipgerätes, das die fötale DNA vom mütterlichen Plasma lokalisiert. Die extrahierte DNA kann dann benutzt werden, um ein qPCR (quantitative Polymerase-Kettenreaktion) durchzuführen um monogenic Störungen zu analysieren. Diese sind die Störungen, die durch eine spezifische Veränderung verursacht werden.

Das zweite System wird auch benutzt, um fötale DNA vom mütterlichen Blut zu extrahieren. In diesem Fall misst eine qPCR Analyse Änderungen in der Chromosomenzahl.

Unsere Task Force wurde in die Entwicklung des dritten Systems miteinbezogen. Hier wird die extrahierte DNA von den ersten zwei Systemen benutzt, um verschiedene Erbfaktoren in einem PCR zu analysieren. Der Unterschied hier ist, dass Sie von den Vorteilen digitalen PCR profitieren.

Konnten Sie den Ausdruck „digitalen PCR“ ausführlicher erklären?

Borst: Digital PCR teilt die Probe, die das ursprüngliche DNA-Material in viele Fächer enthält; in unseren kleinen Tröpfchen des Falles. Eine Verstärkung, die Reproduktion von DNA bedeutend, kann in jedem Tröpfchen stattfinden, das die gewünschte DNA enthält. Dieses erzeugt ein Leuchtstoffsignal. Die Intensität des Signals erlaubt die Unterscheidung zwischen den positiven und negativen Tröpfchen und erlaubt Ihnen nachher, die absolute Anzahl von DNA-Molekülen zu berechnen. Da ein Tröpfchen einige DNA-Moleküle auch enthalten kann, muss die Quantifikation statistische Verteilung berücksichtigen. Digital PCR ermöglicht absoluter Quantifikation sowie der Entdeckung von seltenen Zielmolekülen und -ausstellungen ein hochgradiges der Genauigkeit.

Sie wurden in die Entwicklung des dritten Systems miteinbezogen. Was war Ihre genaue Verantwortung in dieser Bemühung?

Borst: Wir haben neue microfluidic Versuchseinrichtungen entwickelt, die benutzt werden können, um digitalen PCR leicht durchzuführen. Eine Einlasskammer ist auf den Versuchseinrichtungen, die mit einer Reaktionskammer durch einen kleinen Kanal angeschlossen wird. Fluoriertes Öl wird geladen und die wässrige Probe wird nachher eingeführt. Nur ein kurzer Zentrifugierungsprozeß ist erforderlich, in ungefähr 7.500 Tröpfchen zu verteilen. Die Technologie hinter ihr wird „zentrifugale Schrittemulgierung“ genannt und ist von uns patentiert worden.

Zusätzlich zum so genannten LabDisk entwickelte eine drehende Plastikscheibe, die Task Force auch das DropChip in Form eines Objektträgers. Das LabDisk erlaubt Forschern, acht Proben parallel zu verarbeiten, jedes DropChip kann zwei Proben verarbeiten, während die Analyse mit Standardlaborausstattung geleitet werden kann.

Wie lang nimmt es, um eine Diagnose zu erhalten verglichen mit einem herkömmlichen Amniocentesis?

Borst: Im Falle eines herkömmlichen Amniocentesis werden Zellen lokalisiert und kultiviert nachher. Er dauerte möglicherweise einige Tage, bevor Sie das Ergebnis erhalten. Unterdessen im Falle der in-vitrodiagnosen, haben Sie bereits Ergebnisse nach einigen kurzen Stunden.

Sind Schwangerschaften aktiv während des Projektes beobachtet worden?

Borst: Ja nahm ein spanisches Krankenhaus am Projekt teil. Alles in allem wurden ungefähr vierhundert Schwangerschaften für alle drei Systeme studiert. Wir empfingen Blutproben von schwangeren Frauen, die unter Verwendung unserer Systeme geprüft wurden. Diese Ergebnisse wurden mit Ergebnissen von Standardverfahren verglichen. Dieser Teil ist nicht abgeschlossen worden, noch aber ist in seiner Endphase.

Würde es auch möglich sein, dieses System anzunehmen, um auf anderen Diagnosegebieten zu verwenden?

Borst: Ja ist es ein System, das für einfache digitale PCR-Durchführung bestimmt ist und kann an anderen Diagnosefeldern bestimmt auch angewendet werden. Projekte der weiteren Verfolgung sind bereits eingeleitet worden. Die Technologie wird auch, in HIV-Diagnoseprüfung eingesetzt zu werden, zum Beispiel, bedeutet und drogenwiderstehende Bakterien in den Krankenhäusern zu ermitteln.

Was mehr ist, möchten wir die Technologie zur die Verfügung der Öffentlichkeit stellen. Zwei spanische Firmen werden in das ANGELab-Projekt miteinbezogen, um im Holen der entwickelten pränatalen Diagnosesysteme zu unterstützen, um zu vermarkten.

Das Interview wurde von Melanie Günther und von Julia Unverzagt geleitet und übersetzt vom Deutschen von Elena O'Meara.

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