Schnelle Diagnose von Krankheiten mit neuartigem Bluttest

Prof. Dr. Jochen Guck, Forschungsgruppenleiter am Biotechnologischen Zentrum (BIOTEC) der TU Dresden, sowie medizinische Kollegen des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus Dresden und Partnerinstitute aus Dresden, Cambridge (Großbritannien), Glasgow (Großbritannien) und Stockholm (Schweden) nutzen die Technik der "Echtzeit-Verformbarkeitszytometrie", um Tausende von Zellen in einem Blutstropfen in nur wenigen Minuten auf ungewöhnliche Erscheinung und Verformbarkeit hin zu untersuchen. Dieser neuartige Bluttest verspricht, die korrekte Diagnose vieler Krankheitsbilder wie Leukämie, Malaria, bakterielle oder virale Infektionen zu beschleunigen, was wiederum zu einem schnelleren und genaueren Therapiebeginn führen kann.

Wenn man krank ist und zum Arzt geht, ist es oft nicht offensichtlich, was genau die Ursache ist - was Fieber, Übelkeit, Kurzatmigkeit oder andere Symptome verursacht. Es ist wichtig, dies schnell herauszufinden, damit die richtigen Maßnahmen eingeleitet werden können. Einer der ersten Schritte ist es, eine Blutprobe zu erhalten und zu zählen, wie viele der verschiedenen Blutkörperchen darin vorhanden sind. Dies nennt man ein vollständiges Blutbild, und die Informationen, die es liefert, haben sich als überraschend nützlich erwiesen. Eine große Zahl bestimmter weißer Blutkörperchen kann zum Beispiel zeigen, dass der Körper eine Infektion bekämpft. Aber es kann mehrere Gründe dafür geben, dass die Zahl der weißen Blutkörperchen gestiegen ist, so dass diese Information allein für eine spezifische Diagnose oft nicht ausreicht.

Es gibt viele Hunderte von möglichen Tests, die die Ergebnisse eines kompletten Blutbildes ergänzen können. Diese können z.B. Bakterien identifizieren oder die Konzentration bestimmter Moleküle im Blut messen. Aber welcher dieser möglichen Tests gibt den wichtigen Anhaltspunkt, der die Ursache der Krankheit aufdeckt? Dies kann nur schwer vorhergesagt werden. Obwohl jeder Test dazu beiträgt, die endgültige Diagnose einzugrenzen, werden sie immer preisintensiver und zeitaufwendiger, so dass nicht alle ausprobiert werden können. Aber schnelle Maßnahmen sind oft wichtig, wenn es um die Behandlung einer Krankheit geht.

Können wir aus der ersten Blutuntersuchung durch die Messung anderer Eigenschaften der Blutkörperchen mehr entscheidende Informationen gewinnen? Dass dies möglich ist, zeigt das Forscherteam nun mit Hilfe einer Technik, der "real-time deformability cytometry" (RT-DC). Diese Methode zwingt die Blutzellen in einem kleinen Tropfen Blut dazu, extrem schnell durch einen engen mikrofluidischen Kanal zu fließen, während sie von einer schnellen Kamera aufgenommen werden. Ein Computer-Algorithmus kann dann die Größe und Steifigkeit der Blutzellen in Echtzeit analysieren. Das Forschungsteam zeigt, dass dieser Ansatz charakteristische Veränderungen erkennen kann, die die Blutzellen als Folge von Malaria, Sphärozytose, bakteriellen und viralen Infektionen und Leukämie betreffen. Darüber hinaus können viele tausend Blutkörperchen in wenigen Minuten gemessen werden - schnell genug, um als diagnostischer Test geeignet zu sein.

„Die 36.000-fache Steigerung des Messdurchsatzes von 100 Zellen/Stunde mit bisherigen Techniken zur Messung der Zellsteifigkeit auf jetzt 1.000 Zellen/Sekunde mit der hier verwendeten Technik, die wir in den letzten Jahren erreicht haben, war bereits bemerkenswert. Aber jetzt zu sehen, wie RT-DC tatsächlich auf reale Probleme angewandt wird und die Diagnose vieler Krankheiten verbessert wird, ist wirklich erfreulich. Das ist der Höhepunkt einer Forschungsvision, die ich seit fast 20 Jahren verfolge“, erklärt Jochen Guck.

Aus diesen Erkenntnissen können nun konkrete diagnostische Tests für eine Vielzahl von Blutkrankheiten entwickelt werden. Der Ansatz könnte auch genutzt werden, um zu testen, welche Medikamente zur Behandlung einer bestimmten Krankheit eingesetzt werden sollten, und um zu überwachen, ob die Behandlung wie geplant voranschreitet.

Unterstützt wurde diese Forschung durch ein ERC Starting Investigator Grant "LightTouch", eine Alexander von Humboldt-Professur, das FP7 Marie-Curie Initial Training Network LAPASO sowie durch Fördermittel des Sächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst (SMWK) und des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE). Die Technologie wird nun von der TUD-Ausgründung Zellmechanik Dresden GmbH, unterstützt durch die beiden ERC Proof-of-Concept Grants FastTouch und BASIC, zu einem Medizinprodukt weiterentwickelt.

Publikation
„Detection of human disease conditions by single-cell morphorheological phenotyping of blood”
DOI: 10.7554/eLife.29213

Video: https://elifesciences.org/articles/29213#video1

Webpräsenz von Prof. Dr. Jochen Guck
http://www.biotec.tu-dresden.de/research/guck.html

Informationen für Journalisten:
Franziska Clauß, M.A.
Pressesprecherin
Tel.: +49 (0) 351 458-82065

Das Biotechnologische Zentrum (BIOTEC) wurde 2000 als zentrale wissenschaftliche Einrichtung der Technischen Universität Dresden mit dem Ziel gegründet, modernste Forschungsansätze in der Molekular- und Zellbiologie mit den in Dresden traditionell starken Ingenieurswissenschaften zu verbinden. Seit 2016 ist das BIOTEC eines von drei Instituten der zentralen wissenschaftlichen Einrichtung Center for Molecular and Cellular Bioengineering (CMCB) der TU Dresden. Innerhalb der TU Dresden nimmt das BIOTEC eine zentrale Position in Forschung und Lehre mit dem Schwerpunkt „Molecular Bioengineering und Regenerative Medizin“ ein. Es trägt damit entscheidend zur Profilierung der TU Dresden im Bereich moderner Biotechnologie und Biomedizin bei. Die Forschungsschwerpunkte der internationalen Arbeitsgruppen bilden die Zellbiologie, die biologische Physik und die Bioinformatik. https://www.biotec.tu-dresden.de