SCHOTT solutions Nr. 1/2011 > Biotechnologie

Um die Überlebensrate zu verbessern und Nebenwirkungen zu minimieren, wird in der individualisierten Krebstherapie mit Hilfe von Biomarkern jedem Patienten die richtige Therapie zugeordnet. Eine vielversprechende Methode zur Identifizierung und Klassifizierung von Biomarkern ist der Einsatz von Biochips auf Basis von nitrozellulosebeschichteten Objektträgern. Foto: SCHOTT + CAPMM/Montage: dw

Unterwegs zur individuellen Krebstherapie


Bei der Entwicklung neuer Diagnosetests für die personalisierte Krebsbehandlung spielen mit Nitrozellulose beschichtete SCHOTT Nexterion® Objektträger aus Glas eine Schlüsselrolle.


Virginia Espina & Claudius Müller

Heutzutage hat fast jeder Freunde oder Familienmitglieder, bei denen Krebs diagnostiziert wurde. Obwohl deutliche Fortschritte in der Behandlung von Krebs gemacht werden, versagen die Therapien allzu oft oder verursachen Nebenwirkungen ohne therapeutischen Nutzen. Wissenschaftler und behandelnde Ärzte sind sich darin einig, dass die nächste Revolution in der Behandlung von Krebs die individualisierte Therapie ist. Mit der Hoffnung, die Über­lebensrate von Patienten zu verbessern und Nebenwirkungen zu minimieren, wird in der individualisierten Therapie mit Hilfe von sogenannten Biomarkern jedem Patienten die richtige Therapie zugeordnet. Eine vielversprechende Methode zur Identifizierung und Klassifizierung solcher Biomarker ist die Verwendung von Biochips, die auf nitrozellulosebeschichteten Glasobjektträgern basieren.

In gegenwärtigen klinischen Forschungsstudien werden mit Hilfe von Nexterion® Nitrozellulose-Objektträgern die inneren Schaltkreise, sozusagen die Anatomie der Krebs­zellen eines Patienten dargestellt. Diese Abbildungen heben diejenigen Regionen der Krebszellschaltkreise hervor, die dazu führen, dass Krebs­zellen wachsen oder sich invasiv im Körper des Patienten verteilen. Dieser diagnostische Befund ist vergleichbar mit einer GPS-Navigationskarte: Er stellt die Schaltkreise der Zellen wie Straßen dar, mit einer hervorgehobenen Route, die das Ziel neuer Krebstherapien darstellt. Innerhalb der Forschungsstudie wird diese Information anschließend vom behandelnden Arzt genutzt, um die beste Therapie für den jeweiligen Patienten auszuwählen.
Das Center for Applied Proteomics and Molecular Medicine, USA, entwirft und patentiert neue Technologien für die Angewandte Forschung und wendet diese im Rahmen der individualisierten Therapie, frühen Krankheitserkennung und Chemoprävention an. Foto: CAPMM
„Es ist zwingend erforderlich, dass die Nitrozellulose-Objektträger, die in diesen Studien Verwendung finden, von höchster Qualität sind. Denn Proben von Patienten sind unersetzbar, und Entscheidungen zur Behandlung beruhen mitunter auf diesen Ergebnissen”, erläutert Dr. Lance Liotta, Co-Direktor des Center for Applied Proteomics and Molecular Medicine (CAPMM) an der George Mason University in Manassas, VA, USA. „Nexterion® NC-C Objektträger genügen unseren Ansprüchen an hohe Bindungskapazität mit guter Reproduzierbarkeit zwischen Fertigungsreihen und kommen in unserer klinischen Brustkrebs-Forschungsstudie zum Einsatz. Wegen der geringen Menge an Zellen, die aus einer Patientenprobe gewonnen werden kann, ist eine Oberfläche erforderlich, die eine hohe Protein-Bindungs­kapazität besitzt.”

„Markt für diagnostische Methoden explodiert”

Biochips auf Basis nitrozellulose­beschichteter Objektträger eröffnen Wege, viele verschiedene Patientenproben mit nur einem einzigen Test zu analysieren. Diese Biochips waren bis vor kurzem ausschließlich ein Werkzeug der Wissenschaft. In der Zwischenzeit ist diese Technologie zur Verwendung in klinischen Forschungsstudien herangereift und entspricht mit ihrer Sensibilität und Präzision klinischen Anforderungen. Die in der George Mason University hergestellten und benutzten Biochips sind zur Zeit noch als „laboratory-developed test” (LDT) eingestuft und unterliegen daher nicht der Genehmigungspflicht der FDA. Nexterion® Produkte sind derzeit nur für Forschungszwecke bestimmt, nicht für den Gebrauch in diagnostischen Verfahren.

Die Biochip-Technologie wird für das Messen von Signalproteinen der Zelle in Gewebeproben von Patienten mit Melanomen, Leukämie, Brust-, Lungen- oder Eierstockkrebs ein­gesetzt. Des Weiteren wird sie bei Augenkrankheiten eingesetzt wie der altersbedingten Makula-Degeneration, eine der Hauptursachen von Blindheit. Biochip-Daten können zur Beantwortung komplexer klinischer Fragen genutzt werden: zum Beispiel welche Moleküle in welchen Zellen von einem Medikament beeinflusst werden. Auch lassen sich mit ihrer Hilfe Behandlungsresultate in verschiedenen Patientenpopulationen vorausberechnen oder die Auswirkungen einer Behandlung auf verschiedene Tumortypen vergleichen.

„Der Markt für diagnostische Methoden, die zusammen mit Therapieansätzen angewandt werden, ist geradezu am Explodieren. In Zukunft ist es leicht vorstellbar, dass jede von der FDA zugelassene Therapie die Messung von Biomarkern verlangt, um die entsprechenden Patienten für diese Therapie auszuwählen. Nitro­zellulose-Objektträger, mit deren Hilfe viele solcher Biomarker gemessen werden, werden möglicherweise die Grundlage für die meisten dieser diagnostischen Methoden bilden“, so Emanuel Petricoin, Co-Direktor des CAPMM.
Nitrozellulose-Objektträger müssen von höchster Qualität sein, da sie für kostbare Diagnoseproben eingesetzt werden. Die Fertigung bei SCHOTT, führender Hersteller von Objektträgern der Marke Nexterion® für Microarray Anwendungen, unterliegt deshalb anspruchsvollsten Qualitätskriterien. Foto: CAPMM
Warum ist Nitrozellulose so entscheidend für qualitativ hochwertige Protein-Biochips? Erstens haben Nitrozellulose-Überzüge eine hohe Bindungskapazität für Proteine und erlauben damit die Verwendung von Proben mit einer sehr geringen Anzahl an Zellen, wie zum Beispiel eine kleine Nadelkernbiopsie. Zweitens bilden Nitrozellulosepolymere, die auf Objektträger gegossen werden, einen gleichmäßigen Überzug. Dies ist entscheidend, um die Anzahl der Patientenproben pro Objektträger zu maximieren. Zusätzlich kann die Nitrozellulose in verschiedene Formen gegossen werden, zum Beispiel in große zusammenhängende Flächen oder in mehrere kleine Flächen. Und nicht zuletzt können Fertigungs­reihen mit großer Stückzahl her­gestellt werden, was die notwendige Reproduzierbarkeit für Methoden mit klinischen Ansprüchen ermöglicht.

Das CAPMM entwirft und patentiert neue Technologien für die Angewandte Forschung und wendet diese im Rahmen der individualisierten Therapie, frühen Krankheitserkennung und Chemoprävention an. Hochmoderne Technologien haben ihren Ursprung im CAPMM und werden für topaktuelle Krebsforschung und klinische Forschungsstudien angewandt. Klinische Forschungsstudien erfolgen in Zusammenarbeit mit lokalen Gemeinschaftskrankenhäusern und Ärzten. Im CAPMM entwickelte Technologien wurden durch die George Mason University kommerzialisiert und führten bereits zur Gründung von zwei Unternehmen, Theranostics Health und Ceres Nanoscience.

Das CAPMM zählt zu der steigenden Anzahl an Laboratorien auf der Welt, die auf nitrozellulose­beschichtete Objektträger für die klinische Diagnostik bauen. „Hochqualitative Nitrozellulose-Objekt­träger sind ein wichtiger Bestandteil der Zukunft medizinischer Behandlungsmethoden, die individuell auf die Krankheit des einzelnen Patienten zugeschnitten sind. Das Konzept der personalisierten Therapie, das auf dem molekularen Profil des einzelnen Patienten basiert, wird Ärzte hoffentlich mit den Informationen ausstatten, die für eine optimale Behandlung der Krankheit des Patienten und für die Minimierung von Neben­wirkungen erforderlich sind”, erklärt Dr. Liotta. <|