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    Archived pages: 775 . Archive date: 2013-12.

  • Title: Auffinden einer Mutation für erblichen Hörverlust mit Capture Arrays - Laborwelt
    Descriptive info: .. Laborwelt.. Aktuelles.. Nachrichten.. Neuigkeiten aus dem Labor und der Welt.. Presseschau.. Unterhaltsame Lesetipps zum Stöbern im Netz.. Journalclub.. Lesenswerte Fachartikel aus aller Welt im Überblick.. Bild der Woche.. Faszinierende Einblicke in die Life Sciences.. Firmen im Fokus.. Die wichtigsten Player, ihre Strategien und Geschäfte im Labormarkt.. SpezialThemen.. Biotechnica.. Expertenmeinungen und Fachbeiträge zum Spezial Biotechnica.. Zellbasiertes Screening.. Expertenmeinungen und Fachbeiträge zum Spezial Zellbasiertes Screening.. Bio- und Pharmaanalytik.. Expertenmeinungen und Fachbeiträge zum Spezial Bio- und Pharmaanalytik.. Personalisierte Medizin.. Expertenmeinungen und Fachbeiträge zum Spezial Personalisierte Medizin.. Stammzellen.. Expertenmeinungen und Fachbeiträge zum Spezial Stammzellen.. Bioinformatik.. Expertenmeinungen und Fachbeiträge zum Spezial Bioinformatik.. Videos.. Kreidezeit.. TV-Glossar: Begriffe aus der Biotechnologie kurz und knapp erklärt.. biotechnologie.. tv.. Kurzweiliges Wissensmagazin von biotechnologie.. de.. Marktplatz.. Präsentationen innovativer Firmen und aktueller Produkte.. Fundstücke.. Mal was anderes - sehenswerte Videos aus dem Netz gefischt.. Events.. Veranstaltungs- und Konferenzvideos aus den Life Sciences.. Menschen.. Porträts.. Persönliche und spannende Porträts von Wissenschaftlern.. Lesewelt.. Interessante Buchempfehlungen aus der Welt der Wissenschaftsliteratur.. Blogs.. Hier gibt's einen Einblick in die Welt der Wissenschaftsblogger.. Blogranking.. Ranking der am häufigsten geklickten Wissenschaftsblogs.. biotec-finder.. NEU.. Service.. Produktwelt.. Übersicht von neuen Produkten für die Erleichterung des Laboralltags.. Stellenangebote.. Topaktuelle Stellenanzeigen aus den Bereichen Biotechnologie und Forschung.. Veranstaltungskalender.. Aktuelle Veranstaltungen und Konferenzen zum Thema Life Sciences.. Partnerverbände.. Mitglieder unserer Partnerverbände erhalten die gedruckte Ausgabe der LABORWELT.. Suchen.. Kontakt.. RSS.. Werbung.. BIOCOM AG.. LABORWELT.. Startseite.. Mit Capture Arrays Mutationen finden.. Thema:.. Sequence Capture.. Auffinden einer Mutation für erblichen Gehörverlust mit Capture Arrays.. Erblicher Gehörverlust ist mit einer Häufigkeit von mindestens zwei Fällen auf 1.. 000 Neugeborene die häufigste sensorische Funktionsstörung beim Menschen.. Rund 70% der Erkrankungen sind nicht-syndromisch (NSHL), das heißt, es treten keine zusätzlichen Symptome auf.. Zwischen 1% und 5% der NSHL-Fälle sind durch X-chromosomale Mutationen bedingt, die bislang vier NSHL-Genloci (DFNX) zugeordnet werden konnten.. Im Zuge einer Familienstudie konnten Hübner et al.. 1.. eine X-chromosomal-dominant vererbte Form des fortschreitenden Hörverlustes der chromosomalen Region Xp22 (DFNX4) zuordnen.. Ablauf der Targetsequenz-Anreicherung mit NimbleGen SeqCap.. ™.. -Arrays.. Vergrößern.. Schall wird vom Trommelfell über die Gehörknöchelchen des Mittelohrs im sogenannten ovalen Fenster auf die Cochlea (Schnecke, im Bild blau) übertragen.. Die Cochlea ist im Querschnitt in drei Röhren unterteilt: Die Scala vestibuli (oberer Gang) ist mit dem ovalen Fenster verbunden.. Sie nimmt den Schalldruck auf und führt ihn bis zur Spitze der Cochlea, dem Helicotrema.. Dort führt eine scharfe Kehre in die zurücklaufende Röhre, die Scala tympani (untere Röhre), die am runden Fenster des Innenohrs endet.. Zwischen den beiden Röhren liegt die Scala media, die den sensorischen Apparat, das Corti-Organ (große Abbildung), enthält.. Trifft Schall über das ovale Fenster ein, bildet sich eine Wanderwelle, deren Maximum bei hohen Frequenzen den vorderen Abschnitt, bei tiefen Tönen den dünneren, hinteren Abschnitt der Basilarmembran zum Schwingen anregt.. Die Frequenzinformation wird so in eine Ortsinformation umgewandelt.. Basilar- und Tektorialmembran werden nun gegeneinander verschoben.. Dies stimuliert die äußeren Haarzellen (OHC), ihre Länge zu ändern, was die lokalen Bewegungen im Cortiorgan etwa 1000-fach verstärkt.. Die so verstärkte Wanderwelle erregt nun lokal die inneren Haarzellen (IHC), die das sensorische Signal erzeugen.. Mit Hilfe der gezielten Sequenz-Anreicherung durch Hybridisierung genomischer DNA der Mitglieder einer deutschen Familie auf NimbleGen Capture Arrays (Roche NimbleGen Inc.. , Madison), die die genomische Zielregion repräsentierten, identifizierten Hübner und Kollegen nun eine nonsense-Mutation im Gen für SMPX (small muscle protein, X-linked).. Xp22 war bereits zuvor bei einer spanischen Familie als krankheitsrelevant angenommen worden, ohne dass aber eine ursächliche Mutation identifiziert werden konnte.. Von Hübner et al.. durchgeführte Sequenzanalysen bestätigten nun, dass auch hier eine Nonsense-Mutation in SMPX krankheitsrelevant ist.. Weitere Studien ergaben, dass das mechanosensitive, Zytoskelett-assoziierte SMPX-Protein in den Stereocilien der Haarzellen und der Cochlea des Innenohrs von Mäusen exprimiert wird, die zur mechanosensorischen Transduktion beim Hörvorgang beitragen.. Das Auftreten von Stopp-Codons in SMPX-Transkripten deutet darauf hin, dass es über einen nonsense-vermittelten mRNA-Abbau zum Funktionsverlust des SMPX-Proteins kommt.. Die Forscher vermuten, dass SMPX zur Erhaltung der ständig unter mechanischem Stress stehenden Haarzellen des Innenohrs beiträgt.. Derzeit sind vier X-chromosomale vererbte Loci (DFNX) kartiert, die mit dem Auftreten des nicht-syndromischen Gehörverlustes (NSHL) in Zusammenhang stehen.. DFNX1 ist durch eine fortschreitende Beeinträchtigung des Hörvermögens gekennzeichnet und tritt typischerweise im Alter zwischen 5 und 15 Jahren bei Männern sowie bei Frauen um die 50 auf.. Welche Rolle das bei DFNX1 mutierte PRPS1-Gen, das ein Enzym der Nukleotidbiosynthese kodiert, im Innenohr spielt, ist unklar.. 2.. Ebenso fanden sich Mutationen.. 3.. im Transkriptionsfaktor Pou3F4 bei Patienten mit DFNX2.. Hierbei kommen die Kinder bereits mit stark eingeschränktem Hörvermögen (prälingualer Hörverlust) zur Welt, weil die Schallübertragung zwischen Mittel- und Innenohr gestört ist.. Hübner et al.. untersuchten einen dritten, postlingualen NSHL in einer großen deutschen Familie.. Die Krankheit beginnt bei Jungen im Alter von 3 bis 7 Jahren, mit Hördefekten im oberen Frequenzband, schreitet aber progressiv bis zur Taubheit fort.. Bei Frauen beginnt der Hörverlust zwischen dem 20.. und 30.. Lebensjahr und führt nach 10 bis 15 Jahren zu schweren Hörschädigungen, ohne dass zuvor Störungen der Schallweiterleitung aus dem Mittelohr oder eine Beeinträchtigung des Gleichgewichtssinnes zu bemerken wäre.. Genomweite Kopplungsanalyse.. Eine genomweite Kopplungsanalyse (Gene Chip Human  ...   reads and calling variants using mapping quality scores.. Genome Res.. 18, 1851–1858.. [6] Li, H.. (2009).. Fast and accurate short read alignment with Burrows-Wheeler transform.. Bioinformatics 25, 1754–1760.. [7] Li, H.. , Handsaker, B.. , Wysoker, A.. , Fennell, T.. , Homer, N.. , Marth, G.. , Abecasis, G.. ; 1000 Genome Project Data Processing Subgroup.. The Sequence Alignment/Map format and SAMtools.. Bioinformatics 25, 2078–2079.. [8] Del Castillo I, Villamar M, Sarduy M, Romero L, Herraiz C, Hernández FJ, Rodríguez M, Borrás I, Montero A, Bellón J, Tapia MC, Moreno F.. (1996): A novel locus for non-syndromic sensorineural deafness (DFN6) maps to chromosome Xp22.. Hum Mol Genet.. 5(9):1383-7.. [9] Schraders M, Haas SA, Weegerink NJ, Oostrik J, Hu H, Hoefsloot LH, Kannan S, Huygen PL, Pennings RJ, Admiraal RJ, Kalscheuer VM, Kunst HP, Kremer H.. (2011): Next-generation sequencing identifies mutations of SMPX, which encodes the small muscle protein, X-linked, as a cause of progressive hearing impairment.. 88(5):628-34.. [10] Patzak D, Zhuchenko O, Lee CC, Wehnert M.. (1999): Identification, mapping, and genomic structure of a novel X-chromosomal human gene (SMPX) encoding a small muscular protein.. Hum Genet.. (5):506-12.. [11] Kemp TJ, Sadusky TJ, Simon M, Brown R, Eastwood M, Sassoon DA, Coulton GR.. (2001): Identification of a novel stretch-responsive skeletal muscle gene (Smpx).. Genomics.. 72(3):260-71.. [12] Geiger B, Bershadsky A.. (2002): Exploring the neighborhood: adhesion-coupled cell mechanosensors.. Cell.. 2002 Jul 26;110(2):139-42.. Infos.. Dr.. Burkhard Ziebolz.. Roche Applied Science - Penzberg.. burkhard.. ziebholz@roche.. Schlagworte.. Hörverlust, Capture Array, Zielgen-Anreicherung, Innenohr, Cochlea, SMPX, Haarzellen, Cortiorgan.. Drucken.. Versenden.. Twitter.. Facebook.. Mehr zum Spezial.. DNA Enrichment.. mehr.. Chromothripsis – wenn das Genom explodiert.. NGS-basierte Diagnostik.. Kunststoff-Know how: Basis für Lab-on-Chips zur Zielgen-Anreicherung.. Automation der Zielgenanreicherung für den GS FLX.. Magazin zum Thema.. Heft 1/2012.. 2007-2013 BIOCOM.. http://www.. laborwelt.. de/spezialthemen/dna-enrichment/mit-capture-arrays-mutationen-finden.. html.. Alle Themen.. Biotechnica.. Nr.. 4 / 2013.. Zellbasiertes Screening.. 3 / 2013.. Bio- und Pharmaanalytik.. 2 / 2013.. Personalisierte Medizin.. 1 / 2013.. Journal Club.. Biosensor überwacht Arzneikonzentration im Blut.. Science Transl.. Medicine,.. 27.. November 2013.. Universeller Malariakiller gefunden.. Nature,.. Darmbakterien helfen bei Krebstherapie.. Science,.. 22.. Drei Faktoren bestimmen Herz-Kreislauf-Erkrankungen.. The Lancet,.. Kalender.. Alle Events.. Moskau (RU).. Dezember 2013.. Zdravookhraneniye 2013.. Braunschweig.. 11.. 2nd Thünen Symposium on Soil Metagenomics.. Nürnberg.. 12.. technology@venture 2013.. Stockholm.. 13.. 2nd International Conference on Environment, Chemistry and Biology (ICECB 2013).. Aachen.. Januar 2014.. Marine Bioenergy – Blue Ocean for Future Bio-based Economy (TMBF-Seminar).. 23.. Unsaturated and Saturated Cyclic Ether Biofuels: An Experimental and Modelling Laminar Flame Structure Study (TMBF-Seminar).. München.. 29.. ScieCon München 2014.. Berlin.. Februar 2014.. 7th Berlin Conference on IP in Life Sciences – Big data – big drugs.. Sankt Augustin.. 10.. Scientific Data Manager (Weiterbildungskurs).. Fuel specific Cobustion Analysis of Alternative Fuels – Advantages and Challenges for Renewable Energy Sources (TMBF-Seminar).. Frankfurt am Main.. 18.. LaborForum.. Freising.. 24.. Grundlagen der Fermentation (Seminar).. Munich (GER).. 25.. Cell Culture World Congress.. Amsterdam (NL).. März 2014.. World Bio Markets 2014.. Heidelberg (GER).. Visualizing Biological Data – VIZBI 2014.. Berlin (GER).. Lab-on-a-Chip European Congress.. Karlsruhe.. Hochschulkurs Emulgiertechnik.. Darmstadt.. Biologicals – Automatisierung in Forschung und Entwicklung.. Cologne (GER).. Green Polymer Chemistry 2014.. Essen.. 19.. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Humangenetik.. Köln (GER).. 20.. PerMediCon 2014.. Krems (AT).. 26.. BioNanoMed 2014.. Warsaw (PL).. PreHypertension & Cardio Metabolic Syndrome – PreHT 2014.. Montpellier (F).. 31.. ALGNCHEM 2014 – Algae, new resources for Industry?.. April 2014.. Analytica 2014.. 3rd BioProScale Symposium – Inhomogeneities in large-scale bioreactors: System biology and process dynamics.. jobvector career day.. Zurich (CH).. 8.. Swiss Biotech Day 2014.. Hamburg.. Deutsche Biotechnologietage 2014.. Geneva (CH).. Human Genome Meeting 2014.. Heidelberg.. Mai 2014.. New Model Systems for Linking Evolution and Ecology.. BioVaria 2014.. Linz (A).. EuroMedtech 2014.. ECRD 2014 - The European Conference on Rare Diseases & Orphan Products.. Barcelona (E).. 24th European Congress of Clinical Microbiology and Infectious Diseases (ECCMID).. London (UK).. BioTrinity 2014 - European Biopartnering and Investment Conference.. European Lab Automation ELA 2014.. Lecce (IT).. 15.. European Biotechnology Congress 2014.. 21.. BioEquity Europe.. Malmö (S).. REGATEC 2014 - 1st International Conference on Renewable Energy Gas Technology.. CFO-Gipfel der Biotechnologie-Branche.. Milan (I).. European Human Genetics Conference 2014.. Tampere (FI).. Juni 2014.. Euromit 2014 – International Meeting on Mitochondrial Pathology.. San Diego (USA).. BIO 2014.. Valencia (E).. 5th World congress on Biotechnology.. Juli 2014.. Abschlussprämierung Science4Life Venture Cup 2014.. Paris (F).. 30.. August 2014.. FEBS-EMBO 2014 Conference.. Hamburg (GER).. 7th International Congress on Biocatalysis.. Prague (CZ).. September 2014.. The International Microscopy Congress 2014.. Vilnius (LT).. Life Sciences Baltics.. Garmisch-Partenkirchen (GER).. 14th International Conference on Plasma Surface Engineering.. Santiago de Compostela (ES).. BioSpain 2014.. Zürich (CH).. Oktober 2014.. 14th Biotech in Europe Investor Forum.. Bochum.. ScieCon NRW 2014.. Bad Nauheim.. 14th International Paul-Ehrlich-Seminar - Allergen Products for Diagnosis and Therapy: Regulation and Science.. Frankfurt am Main (GER).. November 2014.. BIO-Europe 2014.. Nizza (F).. 17.. EuroPLX 56 – European Pharma License Exchange.. Düsseldorf.. Deutsches Eigenkapitalforum 2014.. Dezember 2014.. 3rd Conference on Carbon Dioxide as Feedstock for Chemistry and Polymers.. PLCD-Herbsttagung 2014.. Partner-Events.. Bogota (CO).. Dez.. 09.. BIOLATAM 2013.. Potsdam.. Kennzahlen im Qualitätsmanagement.. Themen.. Impressum.. Biocom AG.. Unsere Portale:..

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  • Title: Automation der Zielgenanreicherung für den GS FLX - Laborwelt
    Descriptive info: Automation der Zielgenanreicherung.. Automation.. Automation der Zielgen-Anreicherung für den GS FLX.. Die Standardisierung und Automatisierung der Probenvorbereitung für das Next-Generation-Sequencing ist die Voraussetzung für die Erhebung in sich konsistenter Daten im Rahmen genomweiter Sequenzierungsstudien.. Die Kombination zweier Mikrofluidik-Workstationen reduziert die Zeit der Probenvorbereitung für die Sequenzierung auf dem Genome Sequencer FLX (454 Life Sciences/Roche Applied Science) von 5 Stunden auf 15 Minuten.. Das REM e System für den Next-Generation-Sequencer GS FLX (454/Roche Applied Science) ist hier in Hamiltons Liquid handling-Plattform Microlab® STARlet integriert.. Arbeitsablauf der 454-Sequenzierung auf dem GS FLX System.. Zunächst wird eine Bibliothek einzelsträngiger Template-DNA erzeugt.. Im zweiten Schritt erfolgt die Bindung der Template-DNA an magnetische Beads, deren anschließende, „klonale“ Amplifikation via Emulsions-PCR, das „Aufbrechen“ der Wasser-Öl-Emulsion, die Anreicherung DNA-positiver Beads und die Auftrennung in die Kavitäten einer Picotiterplatte, in der dann das Pyrosequencing stattfindet.. Ergebnisse der Sequenzanreicherung von vier Proben auf dem REM e System.. Zur Erzeugung aller vier Bibliotheken wurden 35 Mio.. Beads eingesetzt.. (LV = large volume).. Die Genome Sequencer FLX (GS FLX)-Plattform (Roche Applied Science, Penzberg) bietet Vorteile bei der.. de novo.. -Sequenzierung und -Assemblierung genomischer DNA, beim Transkriptom- und Amplicon-Sequencing sowie bei der Analyse kleiner RNAs.. Der Arbeitsablauf auf dem GS FLX System besteht aus vier Schritten: Dem Erzeugen der Sequenzbibliothek, der klonalen Sequenz-Amplifikation mittels Emulsions-PCR, der Sequenzierung selbst und der bioinformatischen Datenauswertung.. Roches REM e System ermöglicht eine vollständige Automatisierung der Sequenzamplifikation und des Annealings der Sequenzprimer im Rahmen der Emulsions-PCR mit GS FLX Titanium-Reagenzien (vgl.. Abb.. 2).. Gegenüber der manuellen Probenvorbereitung vereinfacht die Kombination einer Liquid Handling-Plattform mit dem REM e System die Durchführung der Emulsions-PCR signifikant: Fünf Stunden manuelle Laborarbeit werden durch einen reproduzierbaren, vollautomatischen Prozess ersetzt.. Insgesamt stehen nach Positionierung  ...   x 120 ml Reagent Carrier (Hamilton).. l 120 ml Reagent Trough (Hamilton).. l Tip Carrier (Hamilton).. l 1000 µl CO-RE-Einmalpipettenspitzen (Hamilton).. Das REM e System wurde gemäß Herstellervorgaben installiert und die „Large Volume 4 Emulsion Cups per Run“-Methode mit Hilfe der Hamilton-Software Vector 4.. 2.. 0.. 6425 programmiert.. Emulsions-PCR-Amplifikationsansätze wurden für vier zuvor generierte GS FLX Titanium Rapid Libraries gemäß Herstellerangaben angesetzt.. Nach Amplifikation mit der emPCR-Methode für große Volumina (LV) wurde die Wasser-Öl-Emulsion aufgebrochen (gemäß Manual: bis Schritt 13/Abschnitt 3.. 5.. 3.. ), die Beads jeder LV-Probe in einem konischen 50 ml-Röhrchen vereint und mit Enhancing Fluid XT des emPCR Kits auf 5 ml aufgefüllt.. Die Proben wurden dann gemäß REM e System-anleitung auf dem Hamilton Microlab® Starlet plaziert und vier Emulsions-Cups prozessiert, wie im REM e System-Protokoll beschrieben.. Ergebnisse.. Nach Anreicherung mittels des REM e Systems wurden die Beads durchflusszytometrisch gemäß Herstellerangaben gezählt.. Dabei wurde bei allen vier Proben die gewünschte Anreicherung um 5 % bis 20 % erzielt (vgl.. Tab.. 1).. Die Beads wurden unter Einsatz einer in vier Bereiche unterteilten Picotiterplatte sequenziert.. Sowohl die Sequenzanreicherung (Tab.. 1) als auch die mittleren Leselängen (mit rund 400 Basen) lagen im Zielbereich.. Damit liefert die Automation der Probenvorbereitung mit Hilfe der Microlab® Starlet Liquid Handling Workstation qualitativ hochwertige Sequenzierergebnisse bei signifikanter Reduktion der Hands-on-Zeit und des Risikos für Pipettierfehler.. Das hier vorgestellte System ist geeignet für alle Typen von GS FLX-Titanium-Bibliotheken – wie Shotgun-, Paired End-, cDNA- und Amplicon-Libraries mit oder ohne Multiplex Identifiern (MIDs) – sowie für Emulsions-PCR-Formate mit kleinen, mittleren und großen Volumina.. Bobby Chavli.. 454 Life Sciences.. bobby.. chavli @hamiltoncompany.. com.. Mikrofluidik-Chips, Automatisierung, Roboter, Next-Generation-Sequenzierung, Hochdurchsatzsequenzierung, PCR, Zielgen-Anreicherung.. Auffinden einer Mutation für erblichen Hörverlust mit Capture Arrays.. de/spezialthemen/dna-enrichment/automation-der-zielgenanreicherung..

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  • Title: Laborwelt Spezial: Krebsanalyse und Krebsdiagnostik - Laborwelt
    Descriptive info: Einführung.. Krebsanalyse & -diagnostik.. Biomarker sind ein Hauptprodukt der 7.. 000 Publikationen über Krebs, die jeden Tag erscheinen, und von Großprojekten wie dem internationalen Krebsgenom-Projekt.. Die Kunst besteht darin, aus der Fülle vielversprechenden Kandidatengene, -RNAs, Proteine und Metabolite die biologisch relevanten herauszufiltern und auf dieser Basis Frühererkennungstests zu entwickeln.. Denn noch immer gilt: je früher der Krebs erkannt wird, desto besser die Ausssichten für den Patienten.. Annie Cavanagh / Wellcome Images.. Über einen DNA-Methylierungsmarker, der anzeigt, ob Darmkrebspatienten auf eine Chemotherapie ansprechen, berichtet hier eine Gruppe um.. Matthias Ebert (Paper of the month).. Die Forscher haben per DNA-Sequenzierung nicht nur den Transkriptionsfaktor, sondern auch den betroffenen Signalweg ausgemacht, der die Therapieresistenz bedingt.. Mittels massenspektrometrischer Proteomanalyse haben dagegen Forscher der Universitätsausgründung Proteomedix vier Biomarker-Proteine identifiziert, die die Spezifität der Prostatakrebsdiagnose um mehr als 40% verbessert.. Ihren Test sieht die.. Gruppe um Dr..  ...   der Nadel aus dem Heuhaufen will das.. Team um Thomas Schrefl.. von der Technischen Hochschule St.. Pölten (Österreich) mechanische und Affinitätstrennmethoden einsetzen.. Eine Technik, die es erstmals gestattet, die Entwicklung einzelner Tumorstammzellzellen und der daraus resultierenden Krebsklone zu verfolgen, hat jetzt ein.. Team vom Universitätskrankenhaus Hamburg-Eppendorf.. entwickelt.. Mit Hilfe dreier Fluoreszenzproteine markierte Krebszellen können so verfolgt und auf Expression relevanter Biomarker, Veränderungen von Krebspathways etc untersucht werden.. Zwar ist der methodische Fortschritt bei der Analyse von Krebs und Tumoren langsam.. Die Integration der Daten über Biomarker verspricht für die Zukunft aber ein besseres Verständnis dieses komplexen Krankheitsbildes.. Thomas Gabrielczyk.. t.. gabrielczyk@biocom.. Krebsdiagnostik, Krebsanalyse, Krebs, DNA-Methylierung, Marker, Chemotherapie, Matthias Ebert, RGB marking, Zellmarkierung, Biomarker, Prostatakrebs, Tumor, Tumorzellen.. DNA-Methylierung als Marker.. Real-time Tumor-Imaging.. RGB marking: Vielfarbige Zellmarkierung zur klonalen Analyse.. Im Blut zirkulierende Tumorzellen isolieren.. Validierung neuer Protein-Biomarker im Kampf gegen Prostatakrebs.. de/spezialthemen/krebsanalyse-diagnostik..

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  • Title: DNA-Methylierung als Marker - Laborwelt
    Descriptive info: DNA-Methylierung als Marker.. Paperwelt.. DNA-Methylierung als Marker für die Chemotherapie-Resistenz.. Dass die Inaktivierung von Transkriptionsfaktoren durch DNA-Methylierung einen Hinweis auf das Ansprechen auf eine Chemotherapie geben könnte, haben Ebert et al in einer retrospektiven Studie mit initial 78 Patienten mit fortgeschrittenem kolorektalen Karzinom gefunden.. In einem Interview mit Laborwelt erklärt Matthias Ebert die wichtigsten Erkenntnisse seiner Forschung.. Prof.. Matthias Ebert Jahrgang 1968, ist seit 2011 Direktor der II.. Medizinischen Klinik des Universitätsklinikums Mannheim der Universität Heidelberg.. Der gebürtige Münchener wurde 1995 an der Universität Ulm promoviert und habilitierte sich 2002 als Facharzt für Innere Medizin.. Eberts wissenschaftliches Interesse gilt der Pathogenese und Progression des Magenkarzinoms sowie der klinischen und translationalen Onkologie, insbesondere der Biomarkeranalyse.. Der Inhaber mehrerer Patente hat mehr als 100 wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht.. TFAP2E-DKK4 and chemoresistance in colorectoral cancer, N ENGL J MED 2012 Jan 5 5;366(1):44-53.. Wurde der Transkriptionsfaktor TFAP2-ε infolge einer Hypermethylierung weniger exprimiert, nahmen zugleich die Expression des DKK4-Gens sowie die Therapieresistenz gegenüber dem Chemotherapeutikum 5-Fluoruracil (5-FU) zu.. In vier weiteren Kohorten mit insgesamt 220 radio- oder chemotherapiebehandelten Patienten ließ sich der Zusammenhang erhärten.. Es zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang zwischen der TFAP2-ε-Hypermethylierung und 5-FU-Therapieresistenz.. Umgekehrt sprachen Patienten mit TFAP2-ε-Hypomethylierung mit sechsfach erhöhter Wahrscheinlichkeit auf die Chemotherapie an.. Prospektive Studien und die Untersuchung der funktionellen Rolle von Dkk4 im Wnt-Signalweg sollen nun helfen zu klären, ob sich die DNA-Methylierung zur Vorhersage des Therapieansprechens eignet.. LABORWELT:.. Was sind Ihre wichtigsten Ergebnisse?.. Ebert:.. Wir konnten mit unserer Arbeit zeigen, dass das epigenetisch regulierte Gen TFAP2-ε in einer Vielzahl von kolorektalen Karzinomen methyliert und damit inaktiviert vorliegt.. Wir haben zudem Hinweise gefunden, dass diese Hypermethylierung Einfluss auf das Ansprechen dieser Tumore auf eine Chemotherapie mit 5-Fluoruracil  ...   auf.. Aus anderen Publikationen war von DKK4 bereits bekannt, dass das Gen möglicherweise eine Rolle bei der Chemotherapieresistenz spielt.. In einem weiteren Schritt haben wir dann gezeigt, dass es einen engen Zusammenhang zwischen der TFAP2-ε-Methylierung und der dadurch induzierten DKK4-Überexpression gibt.. Wissen Sie schon, wie häufig der Marker bei kolorektalem Karzinom und bei anderen Krebsarten vorkommt?.. Die Häufigkeit der Methylierung in kolorektalen Karzinomen liegt nach unseren Ergebnissen bei etwa 50%.. Wir sind dabei, dies auch in anderen Krebsarten zu untersuchen.. Was ist ihr Ziel dabei?.. Wir beschäftigen uns ja primär mit der Frage, warum die Chemotherapie bei einem Patienten wirkt und bei dem anderen nicht.. Man würde gerne bei der Vielzahl von Substanzen, die zur Verfügung stehen, für jeden Patienten die ideale Zusammensetzung von Wirkstoffen finden, auf die dessen Tumor gut anspricht.. Wir und viele andere Gruppen denken, dass Biomarker dabei hilfreich sein können.. Unser Marker zeigt, dass epigenetisch regulierte Gene ein möglicher Ansatzpunkt für die Vorhersage des Therapieansprechens sind.. Die Befunde müssen aber, wie gesagt, durch prospektive Studie, also an noch nicht behandelten Patienten, zunächst abgesichert werden.. Wir sind dabei, eine entsprechende Forschungsförderung zu beantragen.. Erst danach werden wir soweit sein, einen entsprechenden Test zu etablieren, der die Wahrscheinlichkeit auf 5-FU anzusprechen, vorhersagt.. Wie gehen Ihre Arbeiten jetzt weiter?.. Wir untersuchen die Rolle der TFAP-Methylierung auch in anderen Tumoren, und wir schauen uns auch andere Chemotherapeutika an.. Drittens planen wir mit verschiedenen Partnern die angesprochene prospektive Studie, und viertens, wollen wir weiter aufklären, welche funktionelle Rolle Dkk4 tatsächlich bei der Chemotherapieresistenz spielt.. Kontakt:.. Matthias Ebert,.. Matthias.. Ebert@umm.. Universitätsmedizin Mannheim: Medizinische Klinik.. Matthias Ebert.. DNA-Methylierung, Matthias Ebert, Chemotherapie, Chemotherapie-Resistenz, Universitätsklinikum Mannheim, Universität Heidelberg, Onkologie,.. Krebsanalyse & -diagnostik.. de/spezialthemen/krebsanalyse-diagnostik/dna-methylierung-als-marker..

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  • Title: Real-time Tumor-Imaging - Laborwelt
    Descriptive info: Real-time Tumor-Imaging.. Expertenpanel.. Bereits seit 60 Jahren träumen Krebschirurgen davon, Tumore spezifisch anzufärben und diese damit während der Operation besser sichtbar machen zu können.. Denn ein verbessertes Erkennen und Entfernen des Tumorgewebes verspricht bessere Aussichten für die Patienten.. Bisherige krebsspezifische Farbstoffe blieben indes meist im Tierversuchsstadium, weil ihre Eigenschaften nicht ohne weiteres auf den Menschen übertragen werden können und daher die Kosten klinischer Studien von mehr als 1 Mio.. Euro als zu risikoreich galten.. Zusätzlich erfassten Fluoreszenzkameras nicht nur die Fluoreszenz, die von den markierten Zellen ausging, sondern auch die Eigenfluoreszenz, Reflexion, Streuung etc.. Angesichts der Zulassung der ersten klinischen Studien zum intraoperativen Tumor-Imaging befragte LABORWELT einen Farbstoff- und einen Kamera-Experten, was sich geändert hat und wohin die Entwicklung geht.. Werner Scheuer (links, Roche Diagnostics GmbH, Penzberg) und Prof.. Gooitzen van Dam (rechts, Forschungsgruppe „Intraoperatives Optisches Imaging“, Universität Groningen).. Werner Scheuer.. Welche Methoden gibt es, Tumorzellen spezifisch zur Fluoreszenz anzuregen, und wo liegen ihre jeweiligen Stärken und Schwächen?.. Scheuer:.. Die beste Methode, um spezifisch Tumorzellen zu identifizieren, ist der gezielte Einsatz von mit einem Fluoreszenzfarbstoff markierten Antikörpern, die gegen ein Tumor-assoziiertes Zelloberflächen-Antigen gerichtet sind.. Entsprechende Antikörper-Fluorophor-Konstrukte bilden die Grundlage des FACS-Verfahrens, das bereits seit Jahren eingesetzt wird, um Tumorzellen.. ex situ.. zu identifizieren.. Zusätzlich werden diese Antikörper zur immunhistochemischen Untersuchung von Krebs in Gewebebiopsien eingesetzt.. Das „Krebsantigen“ sollte dabei funktionell am Wachstum des Primärtumors beteiligt sein und mit dem Schweregrad der Erkrankung korrelieren.. Sogenannte Quantum dots weisen zwar exzellente (Fluoreszenz-)Eigenschaften auf, aber sie können sich in der Leber anreichern oder von Makrophagen aufgenommen werden und sind oft toxisch.. Auch wurden Antikörper eingesetzt, die mit radioaktiven Isotopen markiert waren.. Diese zeigten aber Nachteile wie eine geringe Auflösung und eine kurze Lebensdauer beziehungsweise Halbwertszeit.. Um für den intraoperativen Einsatz geeignet zu sein, muss ein krebsspezifischer Marker besondere Anforderungen erfüllen.. Physikochemisch sind insbesondere eine hohe Quantenausbeute, eine Emission im fernen Infrarotbereich, hohe Fluoreszenzstabilität und Lagerfähigkeit, Nichttoxizität sowie eine einfache und wirtschaftliche Produktion gefordert.. Das Ankoppeln des Fluoreszenzlabels an den Antikörper sollte in einer Ein-Schritt-Reaktion erfolgen und nicht die Bindungskinetik an das Zielantigen stören.. Zahlreiche Fluorophore müssen zudem optimiert werden, um Fluoreszenzbleaching zu vermeiden.. Das Fluorophor-Antikörper-Konstrukt muss nach intravenöser Applikation eine optimale  ...   Universität München forscht, und von unserer Gruppe im vergangenen Jahr erstmals an Patientinnen mit Eierstockkrebs getestet.. Alle anderen Imaging-Systeme, die bisher mit demselben Ziel entwickelt wurden, sind videographische Systeme.. Das Photodynamic Eye von Hamamatsu Photonics, das Fluobeam-System von Fluooptics aus Grenoble, das von der kanadischen Novadaq entwickelte Spy Imaging System oder das Artemis-System von O2view haben eines gemeinsam – sie machen Videos, indem sie lediglich ein Bild aufnehmen, ohne das physikalische Verhalten des Lichtes im Gewebe zu berücksichtigen.. Sie korrigieren nicht die Signalabschwächung, weder durch Streuung oder Absorption noch durch die Gewebeeigenschaften.. Das waren genau die Herausforderungen, denen sich Vasilis gegenübersah, als er 2001/2002 mit der Entwicklung seines Systems begann: Lediglich eine Epifluoreszenzkamera zu montieren, war nicht genug.. Denn ein Großteil der Signale ging infolge der Absorption des Blutes oder durch die Lichtstreuung an Fettgewebe verloren.. Von der physikalischen Seite her, also der Instrumentation, unterscheiden sich die Kamerasysteme nicht wesentlich.. Der maßgebliche Unterschied besteht in der Datenakquisition und -analyse.. Das Fluoreszenzsignal wird beim multispektralen Imagingsystem mit Hilfe eines patentierten Algorithmus korrigiert, der die Gewebeeigenschaften berücksichtigt.. In Maus-Modellen konnten wir mit dieser Imagingtechnik die Rate falsch-positiver und falsch-negativer Ergebnisse bereits erheblich verringern.. Das aktuelle System erreicht dies durch die simultane Detektion multipler Wellenlängen, verbesserte Algorithmen und fortschrittene Graphic Processing Units (GPU).. Eine gut durch den Chirurgen zu bedienende Software ermöglicht es, für jeden Patienten und seinen individuellen Tumor eine Kalibrierung durchzuführen und anschließend real-time-Bilder aufzunehmen.. Das System schafft damit die Grundlage dafür, Tumore schon während der Operation besser zu erkennen, besser zu entfernen und damit die Prognose der Patienten maßgeblich zu verbessern.. In Pilotstudien im vergangenen Jahr haben wir bereits zeigen können, dass das System Eierstocktumore mit siebenmal höherer Auflösung erkennt als das menschliche Auge allein.. In klinischen Studien, die in diesem Jahr an der Majo-Klinik in Rochester beginnen, soll dies an einer größeren Anzahl von Patienten statistisch untermauert werden.. Gooitzen van Dam.. ist.. Principal Investigator der Forschungsgruppe „Intraoperatives Optisches Imaging“ in der Abteilung Chirurgie der Universität Groningen.. gabrielcyzk@biocom.. Tumorimaging, Chirurgie, Krebs, Go van Dam, Werner Scheuer, Fluoreszenz-Antikörper.. Synbio & Systembiologie.. Artifizieller Aptamer-Schalter.. BIO-IT.. Der virtuelle Patient.. Synthetische genetische Schalter in medizinischen Anwendungen.. Hefe - Eine universelle chemische Mikrofabrik.. de/spezialthemen/krebsanalyse-diagnostik/real-time-tumor-imaging..

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  • Title: RGB marking: Vielfarbige Zellmarkierung zur klonalen Analyse - Laborwelt
    Descriptive info: RGB marking.. Blitzlicht.. RGB marking: Vielfarbige Zellmarkierung zur klonalen Analyse.. Lentivirale Vektoren integrieren in das Zielzellgenom und erlauben so die permanente Markierung genetisch modifizierter Zellen und ihrer Nachkommen.. Kodieren die eingebrachten Vektoren für Fluoreszenzproteine, lassen sich markierte Zellen anhand der emittierten Fluoreszenz im Mikroskop oder mit Fluoreszenz-aktivierter Zellsortierung (FACS) identifizieren.. a) Nach dem additiven Farbmodell entstehen durch die Mischung der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau die drei Farben Gelb, Cyan und Magenta sowie Weiß, wenn alle drei Grundfarben überlagern.. (b) Erfolgt die Mischung stufenlos, können theoretisch unendlich viele Farbtöne generiert werden.. (c) Drei lentivirale Vektoren, die jeweils ein Fluoreszenzprotein in einer der drei Grundfarben exprimieren, werden gleichzeitig zur Transduktion von Zellen in vitro verwendet.. Je nachdem, durch welche Vektoren eine Zelle transduziert wurde, wird sie verschiedene Kombinationen der Fluoreszenzproteine exprimieren.. (d) RGB-markierte Zelllinien HEK-293T, BON und FH-hTERT.. Durch die klonale Markierung der Zellen ist das unterschiedliche Wachstumsverhalten der verschiedenen Zelllinien in vitro erkennbar.. [Modifiziert, nach Nat.. Med.. 17 (2011), 504-509].. (a) Zahlreiche RGB-markierte Lebertumoren sind nach der Transplantation RGB-markierter BON-Zellen im Leberschnitt sichtbar.. Die meisten Tumoren sind einfarbig, einige mehrfarbig.. (b) Einfarbige Tumoren wurden explantiert und in vitro kultiviert.. (c) Sekundäre Tumoren nach Retransplantation der Zellen aus den primären Tumoren.. Alle sekundären Tumoren sind einfarbig.. (d) Sekundäre Tumoren nach Retransplantation gemischter Zellen beider primärer Tumoren.. Hier sind sowohl einfarbige als auch gemischte, zweifarbige Tumoren sichtbar.. (e) Molekulare Analyse der sekundären Tumoren (aus c und d) durch Insertionsstellen-spezifische PCR, zum Nachweis der klonalen Identität.. Wir konnten kürzlich zeigen, dass die simultane lentivirale Expression dreier Fluoreszenzproteine (Rot, Grün, Blau = RGB marking) im Einklang mit dem additiven Farbmodell zur Generierung spezifischer Mischfarben führt, welche an die Tochterzellen vererbt und so zu einer klonalen Eigenschaft werden.. Darauf aufbauend eignet sich das RGB marking mit lentiviralen LeGO-Vektoren für die Verfolgung von Zellklonen sowohl im Rahmen der normalen Regeneration als auch der Kanzerogenese.. Von Retroviren abgeleitete Vektoren haben sich als vielseitige Werkzeuge für die zellbiologische Forschung und die Gentherapie erwiesen.. Ihre stabile Integration in das Zielzellgenom erlaubt die in vitro- und in vivo-Untersuchung langfristiger Effekte der Expression eingebrachter Transgene.. Auch für viele Anwendungen in der Gentherapie ist eine stabile Langzeitexpression des eingebrachten, therapeutischen Gens essentiell.. Umgekehrt können retrovirale Vektoren auch benutzt werden, um interessierende Gene über lange Zeiträume mit Hilfe der RNA-Interferenz abzuschalten oder herunterzuregulieren.. Allerdings ist die weitgehend ungerichtete Integration retroviraler Vektoren in das Zielzellgenom mit dem Risiko der unbeabsichtigten Aktivierung oder Zerstörung betroffener Genloci durch Insertionsmutagenese verbunden, welche im ungünstigsten Fall zur malignen Transformation der Zelle führen kann.. Um das Risiko der Insertionsmutagenese zu minimieren, wurde die Architektur retroviraler Vektoren dahingehend optimiert, dass die starken viralen Promotoren und Enhancer aus den long terminal repeats (LTRs) entfernt wurden.. Die Entwicklung solcher selbst-inaktivierenden (SIN-)Vektoren mit nicht-viralen Promotoren hat zu einer signifikanten Verringerung des Risikos der Insertionsmutagenese im Tiermodell geführt.. 5,6.. LeGO-Vektoren und Fluoreszenzproteine zur Zellmarkierung.. Eine weitere Möglichkeit der Risikoverringerung ist die Entwicklung von Vektoren auf Basis von Retroviren, die ein anderes Integrationsmuster aufweisen.. So hat sich gezeigt, dass die als Ausgangsbasis für retrovirale Vektoren der ersten Generation benutzten γ-Retroviren vom MLV-Typ (MLV = Murines Leukämievirus) eine Tendenz zur verstärkten Integration in Promotor- und Enhancerregionen von Genen aufweisen, die als besonders anfällig für die Insertionsmutagenese gelten.. Dagegen integrieren vom Humanen Immundefizienzvirus (HIV) abgeleitete, lentivirale Vektoren1 bevorzugt in transkribierte Sequenzbereiche außerhalb der Promotor- und Enhancerregionen.. Andere, wie die α-Retroviren, scheinen sogar ein völlig neutrales Integrationsbild zu zeigen, was sie zu vielversprechenden Kandidaten für die Vektorentwicklung macht.. Lentivirale (SIN-) Vektoren werden aufgrund ihrer sehr hohen Effizienz in den unterschiedlichsten Zellsystemen und des angesprochenen geringeren Risikos einer Insertionsmutagenese derzeit in vielen Labors für die Transgenese benutzt.. Wir haben kürzlich ein modulares Vektorsystem entwickelt, welches dem Baukastenprinzip folgt.. Diese „lentiviralen Gen-Ontologie“(LeGO)-Vektoren erlauben die permanente Überexpression sowie die Herunterregulation von zu untersuchenden Genen.. 10, 11.. Eine weitere, sehr interessante Anwendung der LeGO-Vektoren ist die permanente Zellmarkierung.. Die Markierung und die damit verbundene Wiedererkennbarkeit von Zellen und deren Tochterzellen hat wesentlich zu einem besseren Verständnis normaler Regenerationsprozesse sowie der Entstehung und Entwicklung maligner Krankheiten beigetragen.. Einen dauerhaften Entwicklungsschub für Markierungsansätze brachte in diesem Kontext die 2008 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnete Entdeckung fluoreszierender Proteine und ihre Entwicklung als Markergene..  ...   dass in einzelnen Zellen die Zahl der Vektorinsertionen für jede Farbe zwischen eins und drei variiert.. 18, 19.. Zweitens ist bekannt, dass die Integrationsstelle eines Vektors einen signifikanten Einfluss auf die Expression des eingebrachten Transgens hat19.. Die entscheidende Frage war, ob diese beiden Parameter zusammengenommen nicht nur hochspezifisch für eine gegebene Zelle sind, sondern auch an alle Tochterzellen weitergegeben werden und somit einen klonalen Marker darstellen.. Wie erste Analysen in vitro mit HEK293T-Zellen zeigten, erlaubte das RGB marking tatsächlich die Identifikation von Zellklonen anhand der spezifischen Farbe, die allen Zellen des Klons gemein war (Abb.. 1d).. Dabei werden die verschiedenen Zellklone anhand ihrer individuellen Farbe im Fluoreszenzmikroskop direkt sichtbar gemacht, ohne dass die Zellintegrität zerstört werden muss (Abb.. Damit ist eine Klonalitätsanalyse in sehr kurzer Zeit möglich.. Im nächsten Schritt war die für die Anwendbarkeit des RGB marking entscheidende Frage der Farbkonstanz in vivo zu klären.. Eines der von uns dazu benutzten Modelle basierte auf der seriellen Transplantation von RGB-markierten karzinogenen BON-Zellen.. Wie erwartet hatten die RGB-markierten BON-Zellen in primären Rezipienten Lebertumoren gebildet, die in der Mehrzahl aus Zellen ein- und derselben Farbe bestanden (Abb.. 2a)17.. Allerdings waren auch einige „Mischtumoren“ nachweisbar (Abb.. Wir explantierten einige der monochromen Tumoren, vereinzelten die Zellen und nahmen diese in Kultur.. Wie wir zeigen konnten, wiesen alle aus einem Tumor isolierten Zellen über den gesamten Beobachtungszeitraum hinweg dieselbe Farbe wie der Ursprungstumor auf (Abb.. 2b)17.. Wurden diese Zellen in sekundäre Rezipienten transplantiert, entstanden erneut Tumoren, die durch die gleiche RGB-Farbe wie der Ausgangstumor charakterisiert waren (Abb.. 2c)17.. Mischten wir für die Transplantation RGB-markierte Zellen, die von zwei unterschiedlichen Tumoren abstammten, entstanden in den Sekundärrezipienten sowohl monochrome Tumoren, die den beiden Ausgangstumoren entsprachen, als auch zweifarbige Tumoren, die aus Zellen beider Ausgangstumoren bestanden (Abb.. 2d)17.. Folglich haben nicht die Zellen innerhalb eines Tumors in vivo ihre Farbe geändert, sondern mehrfarbige Tumoren sind aus mehreren Zellen verschiedener Farbe entstanden.. Mit diesen sowie damit einhergehenden molekularbiologischen Untersuchungen (Abb.. 2e) konnten wir nachweisen, dass das RGB marking eine klonale, langfristige und eindeutige Zellmarkierung in vivo ermöglicht17.. Insgesamt ist es uns gelungen, mit dem RGB marking eine neue Methode der klonalen Zellmarkierung zu entwickeln, die für unterschiedlichste Anwendungen sowohl in Modellen der regenerativen Medizin als auch der Kanzerogenese von großem Interesse sein dürfte.. Danksagung.. Wir möchten uns bei vielen Kollegen bedanken, die uns mit Zellen und Konstrukten unterstützt haben: H.. Wege (Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf) für FH-hTERT Zellen, R.. Y.. Tsien (Howard Hughes Medical Institute) mCherry cDNA, A.. Miyawaki (RIKEN) und T.. Schroeder (Institute for Stem Cell Research) Venus cDNA und D.. W.. Piston (Vanderbilt-Ingram Cancer Center) für Cerulean cDNA.. Durchflusszytometrie wurde in der FACS Sorting Core Unit des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf durchgeführt.. Konfokale Mikroskopie wurde mit Hilfe von O.. Bruns (Heinrich-Pette-Institut Hamburg) in Zusammenarbeit mit dem Nikon Application Center Norddeutschland durchgeführt.. Diese Arbeit wurde unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB841 an B.. F.. und D.. B.. ) und die Nachwuchsförderung des Forschungsförderungsfonds der Medizinischen Fakultät Hamburg (NWF-12/09 an K.. ).. Literatur.. [1] Naldini, L.. et al.. , Science 272 (1996), 263-267.. [2] Alexander, B.. L.. , Gene Ther.. 14 (2007),1439-1447.. [3] Singer, O.. , Verma, I.. M.. , Curr Gene Ther.. 8 (2008), 483-488.. [4] Baum, C.. , Hum Gene Ther.. 17 (2006), 253-263.. [5] Cornils, K.. , Mol Ther.. 17 (2009), 131-143.. [6] Zychlinski, D.. 16 (2008), 718-725.. [7] Wu, X.. , Science 300 (2003),1749-1751.. [8] Wang, G.. P.. , Genome Res.. 17 (2007), 1186-1194.. [9] Suerth, J.. D.. , J Virol.. 84 (2010), 6626-6635.. [10] Weber, K.. 16 (2008), 698-706.. [11] Weber, K.. 17 (2010), 511-520.. [12] Barese, C.. N.. , Dunbar, C.. 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  • Title: Im Blut zirkulierende Tumorzellen isolieren - Laborwelt
    Descriptive info: Im Blut zirkulierende Tumorzellen isolieren.. Zellanalyse.. Isolierung zirkulierender Tumorzellen.. Die Analyse der Menge zirkulierender Tumorzellen im Blut ermöglicht die Kontrolle des Erfolges einer Krebstherapie sowie die Überwachung des Tumorwachstums.. Doch die Konzentration der Zellen im Blut ist niedrig, so dass ihre Anreicherung oder Isolierung erforderlich ist.. Mikrofluidik-Chips zur Isolierung zirkulierender Tumorzellen werden in naher Zukunft eine wichtige Rolle beim Therapiemonitoring von Krebserkrankungen spielen.. Dynamischer Mikrofluidik-Chip.. (a) Magnetische Partikel, (b) Kettenbildung und Erzeugen der Filterstruktur, (c) Mechanische und biomagnetische Filterung, (d) Ausspülen der Blutzellen und Isolation der Krebszellen.. Computermodell eines roten Blutkörperchens.. (b) Simulation der Deformation einer Brustkrebszelle an der Filterstruktur.. In miniaturisierten Fluid-Kanälen bilden magnetische Partikel Ketten, deren Abstand sich durch gezielte magnetische Quellenfelder manipulieren lässt.. Die so entstandene Struktur eignet sich als Filter zur Isolierung der zirkulierenden Tumorzellen.. Der hier vorgeschlagene Chip kombiniert die mechanische und die biomagnetische Filterung.. Mit Hilfe von Computersimulation kann der Chip entwickelt und optimiert werden.. Im Blut zirkulierende Tumorzellen (circulating tumor cells, CTCs) können für eine effektive und zielgerichtete Behandlung von Krebserkrankungen von Nutzen sein.. Sie lösen sich vom Primärtumor und gelangen in den Blutkreislauf.. Von dort können sie auch weitentfernte Organe erreichen.. Aus diesem Grund entstehen oft tödliche Metastasen auch nach erfolgreicher Beseitigung eines Krebsgeschwürs.. Durch die erstmalige Beobachtung (1869) dieser den Tumorzellen ähnelnden Zellen ergab sich ein neues diagnostisches Potential1.. Lange war es jedoch nicht möglich, zirkulierende Tumorzellen erfolgreich aus dem Blutstrom zu extrahieren.. Allein durch die Abschätzung der Zahl der im Blut zirkulierenden Tumorzellen können Rückschlüsse auf den Status der Tumorerkrankung gezogen werden.. Eine genauere Analyse einzelner Zellen führt zusätzlich zu einem verbesserten Verständnis der Biologie der verschiedenen Krebsarten und Metastasen.. Der geringe Anteil an erkrankten Zellen im Blut erschwert aber die erfolgreiche Filterung.. Es befindet sich nur etwa eine zirkulierende Tumorzelle unter mehreren hundert Millionen Blutzellen.. Existierende Extraktionsmethoden für zirkulierende Tumorzellen.. In den letzten Jahren hat die Krebszellforschung erhebliche Fortschritte gemacht, auch bei der Analyse zirkulierender Tumorzellen.. Es ist bereits möglich, einzelne Zellen aus dem Blut zu filtern und zu analysieren.. Der Aufwand – sei es an Zeit oder an Geldmitteln – ist aber meist noch enorm.. Es werden verschiedenste Technologien ineinander geschachtelt, um mit einzelnen Zellen arbeiten zu können.. Im Fall der zirkulierenden Tumorzellen heißt das, dass durch mehrere Filtervorgänge die Zahl der nicht gesuchten Blutzellen stetig verringert wird.. Der einfachste Ansatz der Filterung ist physikalischer Natur.. Dazu wird der Größen- und Elastizitätsunterschied zwischen entarteten und gesunden Zellen genutzt.. Zirkulierende Tumorzellen sind normalerweise etwas größer und lassen sich weniger deformieren als zum Beispiel rote Blutkörperchen.. Dieses Wissen führte unter anderem zu mechanischen Membranfiltern.. Einige weiße Blutkörperchen überschneiden sich aber in der Größenbandbreite mit den CTCs.. Das führt zu nicht-eindeutigen Ergebnissen in der Filterausbeute – das Verhältnis zirkulierender Tumorzellen zu den restlichen Blutzellen wird also zwar minimiert, aber sie werden nicht vollständig voneinander getrennt.. Eine weitere Möglichkeit zur CTC-Aufreinigung ist der Einsatz von Antikörper-beschichteten Oberflächen, an denen das Blut vorbeigeführt wird.. EpCAM-Proteine (epithelial cell adhesion molecule) können Tumorzellen epithelialen Ursprungs gezielt einfangen, während Blutzellen nicht an den Faktor binden.. Tumorzellen anderen Ursprungs können durch spezielle Bindungsfaktor-Cocktails3 angereichert werden.. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine zirkulierende Tumorzelle die spezielle Oberfläche berührt, ist dabei entscheidend für die erfolgreiche Extraktion.. Eine Lösung ist die Generierung von Mikrosäulen in den Kanälen des CTC-Chips.. Durch sie wird ein großes Oberflächen- zu Volumenverhältnis.. erzielt.. Eine unregelmäßige Anordnung solcher Säulen erhöht die Kontaktwahrscheinlichkeit.. Ein zweiter Ansatz, die Wahrscheinlichkeit des Aufeinandertreffens des Fängermoleküls mit einer CTC zu erhöhen, kommt ohne Mikrosäulen aus.. Fischgrätenförmige Muster an Wänden der Kanäle des CTC-Chips führen zu genügend Turbulenzen, um Kolli-sionen der „Fängermoleküle“ mit den zirkulierenden Tumorzellen herbeizuführen5.. Um neuartige Antikörper für alle bekannten und noch unbekannten Tumorzellen zu finden, werden allerdings eine große Zahl an einzelnen zirkulierenden Tumorzellen benötigt.. Erst nach erfolgreicher Charakterisierung aller Zellen kann eine optimale Ausbeute  ...   Mikrofluid-Chip berechnet werden.. Dadurch können, wie in Abbildung 1 gezeigt, Kettenstrukturen erzeugt werden.. Das Zusammenspiel eines homogenen und des Gradientenfeldes emöglicht zudem die Variation der Filterabstände zwischen diesen Ketten.. Das Modell der Blutzelle wird als eine Oberflächenmembran mit interagierenden Teilchen beschrieben.. Ein spezielles Masse-Feder-System ermöglicht die genaue Nachbildung realer Strömungsbewegungen.. Ein rotes Blutkörperchen besteht aus einem Zytoskelett und einer umschließenden Membran.. Für die Computermodellierung wird nur die Membran zu Rate gezogen (Abb.. 2a).. 400 Oberflächenteilchen sind funktionell miteinander verbunden.. Es wirken eine konstante Oberflächen- bzw.. Volumenkraft, eine Federkraft und eine winkelabhängige Kraft.. Mit einer optimalen Einstellung dieser vier Parameter kann ein nahezu reales Verhalten gesunder und kranker Blutzellen nachgestellt werden.. Hauptaugenmerk werden auf das konstante Oberflächen und Volumen von Blutzellen gelegt.. Den Rest erledigen Federkräfte zwischen den Teilchen und winkelabhängige Belastungen der Membranoberfläche.. Zur Validierung werden die Modelle real durchgeführten Belastungsproben gegenübergestellt.. Beispielsweise werden Blutzellen mit einer optischen Laserpinzette in die Länge gezogen.. Das Verhältnis von Längen- zu Breitendurchmesser bei konstanter Kraft ist ein wichtiger Faktor für ein korrektes Modell.. In ähnlicher Weise lassen sich Krebzellen simulieren.. Abbildung 2b zeigt die Deformation einer Brustkrebszelle beim Durchgang zwischen zwei Ketten aus magnetischen Partikeln.. Zusammenfassung und Ausblick.. Die Zahl der Technologien zur Isolierung von zirkulierenden Tumorzellen hat in den letzten Jahren stark zugenommen.. Jede einzelne dieser Methoden scheitert aber derzeit noch an einer kompletten Trennung von den restlichen Blutzellen.. Die Kombination von mechanischer und Affinitäts-basierter Filterung ermöglicht es, die Effizienz zu erhöhen.. Für eine eindeutige Diagnose fehlt es aber an der Genauigkeit der erwähnten Mechanismen.. Aufgrund der methodenabhängigen Ausbeute ist ein Vergleich verschiedener Technologien schwer möglich.. Unser Team entwickelt derzeit eine Simulationsumgebung, um die Isolaterung zirkulierender Tumorzellen zu optimieren.. Diese Resultate werden wichtige Erkenntnisse für den Bau zukünftiger „lab-on-a-chip“-Methoden liefern.. Es werden dringend große Mengen an einzelnen Tumorzellen benötigt, um molekularbiologische Untersuchungen durchführen zu können.. Der Bildung von Metastasen kann nur durch ausreichendes Wissen über die zirkulierenden Tumorzellen entgegengewirkt werden.. Die Autoren bedanken sich für aufschlussreiche Diskussionen mit Dr.. Martin Pecherstorfer, Dr.. Martin Brandl, Dr.. Hubert Brückl und Dr.. Ivan Cimrak und für die finanzielle Unterstützung der Life Science Krems GmbH.. [1] Ashworth, T.. R (1869).. „A case of cancer in which cells similar to those in the tumours were seen in the blood after death“.. Australian Medical Journal 14: 146–7.. [2] Lu B, Xu T, Zheng S et al.. (2010) Parylene membrane slot filter for the capture, analysis and culture of viable circulating tumor cells.. Proceedings of the IEEE 23rd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS):935–938.. [3] Dickson MN, Tsinberg P, Tang Z et al.. (2011) Efficient capture of circulating tumor cells with a novel immunocytochemical microfluidic device.. Biomicrofluidics 5:034119-1–034119-15.. [4] Nagrath S, Sequist LV, Maheswaran S et al.. (2007) Isolation of rare circulating tumour cells in cancer patients by microchip technology.. Nature 450:1235–1239.. [5] Stott SL, Hsu CH, Tsukrov DI et al.. (2010) Isolation of circulating tumor cells using a microvortex-generating herringbone-chip.. Proc Natl Acad Sci USA 107:18392–18397.. [6] Maimonis PJ, Merdek K, Dietenhofer K et al.. (2010) Affinity and size capture of circulating tumor cells: a platform for increased sensitivity.. Fourth AACR International Conference on Molecular Diagnostics in Cancer Therapeutic Development, Sep 27–30:B5.. [7] Gusenbauer, Markus, Kovacs, Alexander, Reichel, Franz, Exl, Lukas, Bance, Simon, Özelt, Harald, and Schrefl, Thomas: Self-organizing magnetic beads for biomedical applications, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 324(6), volume 324, 977–982, 2012.. [8] M.. Dupin, I.. Halliday, C.. Care, L.. Alboul, Modeling the flow of dense suspensions of deformable particles in three dimensions, Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys.. 75 (2007).. [9] S.. Henon, G.. Lenormand,A.. Richert,F.. Gallet,A new determination of the shear modulus of the human erythrocyte membrane using optical tweezers (1999).. doi:16/S0006-3495(99)77279-6.. Markus Gusenbauer.. Thomas Schrefl.. Fachhochschule St.. Pölten.. Tumorzellen, Zellanalyse, Gusenbauer, CTC, Mikrofluidik-Chips.. de/spezialthemen/krebsanalyse-diagnostik/im-blut-zirkulierende-tumorzellen-isolieren..

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  • Title: Validierung neuer Protein-Biomarker im Kampf gegen Prostatakrebs - Laborwelt
    Descriptive info: Validierung neuer Protein-Biomarker im Kampf gegen Prostatakrebs.. Krebsmarker.. Prostatakrebs zählt zu den am häufigsten diagnostizierten Krebsarten bei Männern und ist bei diesen nach Lungen- und Darmkrebs die dritthäufigste Todesursache.. Im Jahr 2008 wurde weltweit bei circa 900.. 000 Männern Prostatakrebs diagnostiziert, und 258.. 000 erlagen dieser Erkrankung.. Dabei waren rund 30% der Betroffenen älter als 50 Jahre.. Sechs charakteristische Kennzeichen für Krebs.. Die vier Serumbiomarker HYOU1, ASPN, CTSD und OLFM4 decken vier Bereiche der sechs Hauptmerkmale verschiedener Tumorstadien ab.. (abgeänderte Zeichnung von Hanahan et al.. , 2011).. Vergleich der testspezifischen Eigenschaften des PSA-Tests mit einer kombinierten Messung von PSA und den vier Serumproteinmarkern (HYOU1, ASPN, CTSD, OLFM4).. Ein kombinierter Test von PSA und den vier diagnostischen Biomarkern liefert eine deutlich erhöhte Spezifität von 79% und führt somit zu einer Reduktion von falsch positiven Diagnosen.. Für eine erfolgreiche Behandlung von Prostatakrebs sollte die Erkrankung in einem möglichst frühen Stadium detektiert werden.. Daher bemühen sich Forscher mit großer Anstrengung, bereits existierende Diagnosemöglichkeiten qualitativ zu verbessern und neue prognostische oder diagnostische Biomarker zu entdecken sowie zu validieren.. Heute gängige Untersuchungsmethoden zum Nachweis des Prostatakarzinoms beinhalten die Bestimmung des PSA-Wertes im Patientenblut und eine Tastuntersuchung der Prostata.. Der PSA-Wert bezieht sich dabei auf das sogenannte prostataspezifische Antigen – ein Protein, welches bei Prostatakrebs, aber auch bei Entzündungen oder einer Vergrößerung der Prostata vermehrt im Blut gemessen werden kann.. Liefern sowohl die Tastuntersuchung als auch ein erhöhter PSA-Wert Hinweise für einen Verdacht auf Prostatakrebs, wird oft ein invasiver Eingriff – eine Biopsie –durchgeführt.. Allerdings birgt der PSA-Test den großen Nachteil einer sehr hohen Rate an falsch-positiven Prostatakrebs-Diagnosen (bis zu 75%), was häufig eine unnötige Biopsie mit Nebenwirkungen wie Blutungen und Inkontinenz zur Folge hat.. Bis heute wurde zudem kein optimaler PSA-Schwellenwert definiert.. Eine Senkung dieses Wertes birgt die Gefahr, dass insignifikanter Krebs behandelt wird, welcher im natürlichen Lebensverlauf nur mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit lebensbedrohlich würde.. Überbehandlung ist somit eines der größten Risiken bei der Prostatakrebs-Diagnose.. 1, 2.. Aus diesem Grund ist die Suche und Validierung von weiteren Markern, welche die Spezifität der Prostatakrebs-Diagnose verbessern und eine Aussage über die Aggressivität ermöglichen, unabdingbar.. Mit Hilfe der quantitativen Massenspektrometrie konnten wir nun neue, sehr spezifische Biomarker im Serum von Prostatakrebspatienten ermitteln.. Quantitative Massenspektrometrie als Biomarker-Screening-Strategie.. Molekulare und genetische Biomarker spielen eine entscheidende Rolle in der klinischen Onkologie.. Sie erlauben Prognosen darüber, ob eine Person Krebs entwickeln wird, oder geben Hinweise auf das jeweils vorliegende Krebsstadium.. Zudem helfen diagnostische Biomarker dem Mediziner bei der Entscheidung über Behandlungsoptionen und bei der Identifizierung von Subpopulationen, die auf eine bestimmte Therapie ansprechen.. 3, 4.. Eine der größten Herausforderungen ist dabei das Auffinden von Biomarkern im Blut oder anderen Körperflüssigkeiten mittels nicht-invasiver Detektionsmethoden, um eine patientenspezifische medizinische Vorsorge und Behandlung für Krebserkrankungen anbieten zu können.. Um neue prognostische und diagnostische Proteinbiomarker im Serum von Krebspatienten zu identifizieren, nutzen Wissenschaftler das mittlerweile enorme Wissen über genetische Veränderungen (Mutationen), die oft Veränderungen in Signalwegen zur Folge haben, welche die Entstehung von Krebs begünstigen.. Mittels Proteomanalysen, die auf quantitativer Massenspektrometrie basieren, konnte kürzlich gezeigt werden, dass Prostatakrebs-spezifische Mutationen zu einem gesteigerten Vorkommen von Proteinbiomarken im Serum  ...   auch vier Proteine im Blutserum identifiziert werden, die eine zuverlässige Prostatakrebsdiagnose ermöglichen, wenn sie mit dem PSA-Test kombiniert werden.. Mit Hilfe von bioinformatischen Filtern wurden folgende vier Proteine identifiziert: Hypoxia up-regulated protein 1 (HYOU1), Asporin (ASPN), Cathepsin D (CTSD) und Olfactomedin-4 (OLFM4).. Dabei decken die vier Proteine zwei Drittel der biologischen Hauptmerkmale in der Krebsentwicklung ab10.. CTSD ist zum Beispiel involviert in die Tumorinvasion und Metastasierung, OLFM4 verhindert den Zelltod, ASPN hilft einer Zelle, Wachstumssuppressoren zu entgehen, und HYOU1 induziert die Angiogenese (Abb.. Das Messen dieser vier Proteinmarker in Kombination mit dem PSA-Test lieferte bei ersten Messungen bereits eine sehr hohe Spezifität von 79%, das heißt, in fast 80% der Fälle traf eine positive Vorhersage auch wirklich zu.. Verglichen mit der PSA-Messung allein, die im gemessenen Kollektiv eine Spezifität von 45% aufwies, bedeutet dieser Wert eine Steigerung von rund 43% (Tab.. Dieses Ergebnis konnte in einer weiteren unabhängigen Messung für 37 Probanden (14 Personen mit lokalem Prostatakrebs; 23 mit gutartiger Prostatavergrößerung) bestätigt werden.. Ein auf dem PSA-Wert und dem Messen der vier Proteine basierender Test ist somit eine ideale nicht-invasive Methode, um die Anzahl an falsch-positiven Prostatakrebs-Diagnosen und somit unnötigen Biopsien zu verringern.. Zudem bieten diese neuen diagnostischen Biomarker die Möglichkeit mit hoher Präzision, Stabilität und Reproduzierbarkeit Prostatakrebs detektieren zu können.. Prospektive Validierungsstudien.. Eine momentane Limitierung der Anwendbarkeit und Aussagekraft des beschriebenen Diagnostik-Tests ist die Anzahl der analysierten humanen Proben und die ausschließlich retro-spektiv durchgeführten Messungen.. Daher soll zukünftig die Aussagekraft des auf der Messung des PSA-Wertes und der vier Proteinbiomarker basierenden Diagnostik-Tests in einer größeren Patientenstudie prospektiv getestet werden.. Da Messungen, die auf der Technik von Massenspektrometern beruhen, nur bedingt für das Screenen einer großen Anzahl von Patientenseren geeignet sind, sollen die Proteinmessungen mit einer einfacheren Methode, dem sogenannten ELISA-Test, durchgeführt werden.. Das schweizerische Start-Up Unternehmen ProteoMediX AG ist mit der Entwicklung eines solchen Tests beschäftigt und hofft, möglichst bald ein entsprechendes Produkt auf den Markt zu bringen.. Bewahrheitet sich die Aussagekraft des neuen Diagnostik-Tests in den geplanten klinischen Studien, können unzähligen Männern unnötige Gewebeentnahmen und damit verbundene Komplikationen erspart werden sowie Unsicherheit und Angst, die mit einem erhöhten PSA-Wert einhergehen.. Ferner kann dieser Test auch zu einer bedeutenden Senkung der Gesundheitskosten beitragen, da die Zahl falsch-positiver Diagnosen verringert wird.. [1] Schröder, F.. H.. , et al.. , ERSPC Investigators, N Engl J Med 360 (2009), 1320-1328.. [2] Andriole, G.. , PLCO Project Team, N Engl J Med 360 (2009), 1310-1319.. [3] Tainsky, M.. A.. Biochim Biophys Acta (1796), 176-193.. [4] Ludwig, J.. , Weinstein, J.. , Nat Rev Cancer 5 (2005), 845-856.. [5] Cima, I.. , Schiess, R.. , Proc Natl Acad Sci USA 108 (2011), 3342-3347.. 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  • Title: Laborwelt Spezial: Synthetische Biologie und Systembiologie - Laborwelt
    Descriptive info: Synbio und Systembiologie.. Sowohl die Systembiologie als auch die Synthetische Biologie verwirren konventionelle Biologen.. Ging es jahrzehntelang darum, die komplexen biologischen Systeme bis auf wenige zu untersuchende Parameter zu reduzieren, haben die beiden Disziplinen gerade das Gegenteil zum Ziel – eine Gesamtbeschreibung der sich zeitlich ständig ändernden Komplexität zellulären Geschehens.. Tonis Pan at http://ClipartOf.. com/20405.. Wie die Beiträge in dieser Themenausgabe „Systembiologie und Synthetische Biologie“ zeigen, geht es dabei zunächst um die quantitative Erfassung biologischer Parameter wie des Mutanoms, Proteoms, (Epi-)Genoms etc.. , die Integration  ...   Biologie geht dabei noch einen Schritt weiter und nutzt die erkannten Prinzipien zur Konstruktion neuartiger Systeme.. In der Mikrobiologie sollen auf diese Weise neue Chassis-Organismen entstehen, die sich zur heterologen Produktion synthetisch schwer zugänglicher Chemikalien eignen.. In der Medizin warten Forscher bereits mit synthetischen Zellprothesen auf, die Stoffwechseldefekte wie Gicht reparieren.. Auch die mathematischen Modellierungsansätze zur Simulation biologischer Vorgänge werden immer ambitionierter: Sie reichen von der Beschreibung von osmotischem Stress über die Interaktionen des Hepatitis C-Virus mit Leberzellen bis hin zu individualisierten Krebsmodellen.. Heft 6/2011.. de/spezialthemen/synbio-systembiologie..

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  • Title: Artifizieller Aptamer-Schalter - Laborwelt
    Descriptive info: Artifizieller Aptamer-Schalter.. Aptamere erkennen mit hoher Affinität verschiedenste Liganden in und auf Zellen und sind als sogenannte Riboswitches in der Lage, durch Liganden-Bindung deren Funktion zu modulieren.. Ein neues, im Oktober vorgestelltes Aptamerkonstrukt reguliert in Säugerzellen die Genexpression abhängig von der Dosis extern zugegebenen Theophyllins.. David Ausländer M.. Sc.. , Jahrgang 85, ist seit November 2010 Doktorand im Department Biosystems, Science and Engineering der ETH Zürich in Basel.. Sein Studium der Biochemie absolvierte er an der TU München, das mit dem Jürgen-Manchot-Studienpreis gewürdigt wurde.. Um dies zu erreichen, schleusten Ausländer et al.. das sogenannte Tet-OFF-System in Säugerzellen ein und konstruierten ein bispezifisches RNA-Molekül, das ein Theophyllin-bindendes Sensor-Aptamer mit einem Tet-Repressor-Aptamer (TetR-Aptamer) vereint, welches in Anwesenheit von Theophyllin das Tet-Transaktivator (tTA)-Protein bindet.. Durch die Bindung dissoziiert das DNA-bindende tTA-Protein von dem Tet-Promotor und verhindert damit die Expression des Gens, das unter Kontrolle des Tet-Promotors steht.. Ausländer:.. Wir konnten mit unserer Arbeit zeigen, dass das zuvor in Bakterien verwendete TetR-Aptamer auch in höheren Organismen aktiv ist und dadurch die in Säugerzellen weitverbreiteten Tet-Systeme regulieren kann.. In einem nächsten Schritt konnten wir die Aktivität des TetR-Aptamers unter die Kontrolle eines weiteren Aptamers setzen, welches das Medikament Theophyllin bindet.. Dieses neuartige, bispezifische RNA-Konstrukt wies sowohl in Säugerzellen als auch im Reagenzglas vergleichbare Eigenschaften auf.. Die neue Regulationsmöglichkeit der Genexpression in Säugerzellen stellt einen weiteren, wichtigen Baustein für synthetische Netzwerke dar.. Was hat Sie motiviert, einen Theophyllin-abhängigen artifiziellen Genschalter zu konstruieren?.. In den letzten Jahrzehnten wurde eine Vielzahl an unterschiedlichen Tet-Systemen in Säugerzellen entwickelt, welche meist auf der  ...   Weise beeinflusst, dass es seinen Liganden, das tTA-Protein, ebenfalls binden kann.. Interessanterweise hat sich herausgestellt, dass die Länge und der Aufbau der Verbindungssequenz das Verhalten des Konstruktes in Säugerzellen signifikant verändert.. Wo liegen die konkreten Anwendungsfelder solcher Schalter?.. Die Konstruktion von komplexen genetischen Netzwerken in Säugerzellen ist eine Zukunftstechnologie, mit der man therapeutische oder biotechnologische Probleme lösen möchte.. In diesen synthetischen Netzwerken werden eine Vielzahl an Regulatoren in Reihe oder parallel geschaltet.. Deshalb ist man auf die Entwicklung neuartiger Schalter angewiesen, um eine höhere Komplexität zu erreichen.. Ein Beispiel ist ein Schalter, der nach Einstrahlung blauen Lichtes ein Peptidhormon aktiviert, das die Insulinproduktion in Typ2-Diabetes-Mäusen anregt.. Wir nennen diese Schaltkreise, die den Ausfall bestimmter Funktionen kompensieren, Prothesenetzwerke.. Im vergangenen Jahr haben wir erstmals solch ein Netzwerk vorgestellt, das die Blutharnsäure-Konzentration in gichtkranken Mäusen reguliert.. LABORWELT:.. Welche weiteren Anwendungen solcher Riboswitches haben Sie noch im Sinn und wie gehen Ihre Arbeiten jetzt weiter?.. Aptamere können eine Vielfalt verschiedenster Molekülklassen binden und werden deshalb auch als chemische Antikörper bezeichnet.. Je nach Funktion des Liganden können Genexpression, Protein-Protein-Interaktionen oder andere wichtige biochemische Prozesse einer Zelle moduliert werden.. Ich glaube, dass das mit unserem RNA-Schalter gezeigte Prinzip beispielhaft sein kann für eine Vielzahl an neuartigen Schaltern.. Der modulare Aufbau erlaubt es theoretisch, nahezu jedes erdenkliche Aptamer als Effektor- oder Sensor-Modul zu verwenden.. In Zukunft möchten wir diese Art RNA-Schalter in synthetische Netzwerke implementieren, wo es zum Beispiel ein Krankheit-relevantes Molekül erkennt und dadurch als Antwort ein therapeutisches Protein aktiviert.. David Ausländer, Aptamer, Genexpression, ETH, Zürich, Basel, TetR-Aptamer.. de/spezialthemen/synbio-systembiologie/artifizieller-aptamer-schalter..

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  • Title: BIO-IT - Laborwelt
    Descriptive info: BIO-IT.. Getrieben vom Einzug der billiger und schneller High-Throughput-Technologien, zum Beispiel zur Analyse des Genoms, Transkriptoms, Epigenoms, Proteoms und Metaboloms, wächst der Bedarf an Hardware- und Softwarelösungen zur Verarbeitung der rapide zunehmenden Datenmengen.. Derzeit entstehen in ambitionierten Infrastrukturprojekten wie ELIXIR oder im Rahmen der Internationalen Krebsgenom- und Epigenom-Konsortien Datenpools, für die noch keine angemessenen Modellierungstools verfügbar sind.. LABORWELT hat die Bio- und IT-Experten gefragt, wohin die Entwicklung geht und was erforderlich ist, um die Daten möglichst effizient zu nutzen.. Hans Lehrach (Berliner Max-Planck-Institut für molekulare Genetik), Dr.. Rolf Porsche (Head of Pharma/Lifescience/Helathcare der Global Business Services von IBM Deutschland GmbH) und Prof.. Norbert Graf (Direktor der Klinik für Pädiatrische Onkologie und Hämatologie), von li.. nach re.. Hans Lehrach.. Wie funktioniert und lernt ein Zellmodell, wie es im Rahmen des IT Future of Medicine-Projektes entwickelt wird, und welche IT-Erfordernisse stellt es?.. Lehrach:.. Unser Ziel ist es, individualisierte Modelle von Patiententumoren zu erstellen und auf dieser Basis vorherzusagen, welches die optimale Therapie für den Patienten ist.. Grundlage dafür ist ein allgemeines Referenzmodell der biologischen Prozesse im Menschen.. Wir nehmen also gesicherte Erkenntnisse aus der Literatur und bauen daraus ein Modell der biologischen Prozesse in den verschiedenen Geweben und Zelltypen des Patienten, einschließlich der verschiedenen Zelltypen im Tumor im Falle eines Krebspatienten.. Um ein individualisiertes Modell zu erhalten, müssen wir leicht messbare Daten des Patienten in das Modell eingeben.. Dabei können wir einerseits Informationen aus dem Genom oder Transkriptom etc.. verwenden, die bestimmte Konsequenzen haben.. Wenn zum Beispiel ein Gen im Tumorgenom mutiert ist, dann kann dies zum Beispiel im Fall eines mutierten ras-Gens eine Änderung in der Funktion des entsprechenden Proteins zur Folge haben.. Andererseits können wir zum Beispiel Metaboliten im Blut oder Urin des Patienten messen.. In diesem Fall können wir keine direkten Voraussagen daraus ableiten.. Wir müssen also das Modell so lange anpassen (indivualisieren), bis wir eine möglichst gute Übereinstimmung zwischen Messresultaten und Voraussagen bekommen.. Wenn wir also im Fall eines Krebskranken das Genom des Patienten und das Genom und Transkriptom des Tumors sequenzieren, finden wir zum Beispiel bekannte Mutationen, die nur im Tumorgenom vorkommen (somatische Mutationen).. Diese Information können wir verwenden, um die entsprechenden Teile des Modells zu ändern.. Eine ‚change of function’-Mutation führt zu einer Funktionsänderung im Protein.. Ein frühes Stopp-Codon, eine Deletion eines Gens, seine Nichtexpression oder ein Fehler im Splicen führt zur Eliminierung des entsprechenden Objektes im Modell.. Durch die Integration aller verfügbaren Daten können wir die Konzentration vieler Komponenten des Modells entsprechend setzen.. Wir können aber auch nur einen Teil fixieren, zum Beispiel die RNA-Konzentrationen, und versuchen, andere Konzentrationen vorauszusagen, zum Beispiel die Metaboliten, und damit die Voraussagen des Modells validieren.. Im nächsten Schritt geht es darum, die Modelle einzelner Zellen oder Gewebe zu vernetzen, indem wir diese Einzelmodelle entsprechende Signale austauschen lassen, die den Zustand der anderen ‚Zell’-Modelle modifizieren.. Dabei können wir auch Bilddaten einbauen und so zum Beispiel die Sauerstoffkonzentration verschiedener Regionen des Tumors im Modell berücksichtigen.. Ich habe einmal durchgerechnet, was von der IT-Seite her benötigt wird, wenn wir das, was wir derzeit machen, in größerem Maßstab tun würden – also 1.. 000 verschiedene Zelltypen, 1.. 000 verschiedene Bedingungen, 1.. 000 verschiedene Parametersätze, die wir in der Modellierung ausprobieren.. Insgesamt also eine Milliarde Modellierungsläufe.. Ein Lauf dauert momentan ein bis drei Stunden auf einem Core eines schnellen Computerchips.. Damit würden wir also insgesamt mehrere Milliarden Core-Stunden an Rechnerzeit brauchen, selbst auf einem Supercomputer mit 100.. 000 Cores also ungefähr ein Jahr an Rechenzeit.. Glücklicherweise werden die Computer ja immer schneller, die Programme können sicher auch effizienter gemacht werden, und bei vielen Krankheiten wird es auch vielleicht gar nicht notwendig sein, so viele verschiedene Zelltypen, und so viele verschiedene Bedingungen (Therapien) im Computermodell zu testen.. , seit 1994 Direktor am Berliner Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, beschäftigt sich seit mehr als 10 Jahren mit der Modellierung komplexer biologischer Prozesse.. Der Mitherausgeber mehrerer Journals und Pionier der  ...   Arzt die bestmögliche Diagnose und Therapie anbieten kann, müssen Patienten-spezifische Daten (Genomdaten, Imagedaten, Krankengeschichte, etc.. ) analysiert und mit neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen verknüpft werden.. Erste Pilotstudien mit dem Watson-Ansatz zeigen, dass das Ziel einer personalisierten Medizin erreicht werden kann.. ist Head of Pharma/Life-science/Healthcare der Global Business Services von IBM Deutschland GmbH.. Der Doktor der Medizin stieg nach einigen Jahren in das Beratungsgeschäft um und arbeitete in den letzten 15 Jahren in führenden strategischen Consulting-Unternehmen in Europa und den USA.. Der Schwerpunkt seiner Arbeit lag dabei in der Gesundheits-, Pharmazie, Medizintechnik- und Life Sciences-Branche.. Kontakt: Porsche@de.. ibm.. Norbert Graf.. Welche BIO-IT-Konzepte sollen in dem von Ihnen koordinierten EU-Projekt p-medicine verwirklicht werden?.. Graf:.. p-medicine (www.. p-medicine.. eu) ist ein europäisches Großforschungsprojekt, in dem sich IT-Spezialisten, Kliniker, Biologen, Ethiker, Juristen und Datenschutzexperten zusammengeschlossen haben, um mittels IT-Tools und -Strukturen die Durchführung und Vernetzung von klinischen Studien zu erleichtern und künftig eine individualisierte medizinische Versorgung zu ermöglichen.. Um die Daten für die individuelle Diagnose, Prognose und Therapie von Patienten nutzbar zu machen, werden Software, Module und Tools entwickelt, die die Durchführung und Vernetzung von klinischen Studien und Simulationen von Krankheitsverlauf und Therapieansprechen erleichtern sollen.. Eine Grundlage des Projektes bildet ein Datenmanagementsystem für klinische Studien, das Daten zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken rasch zum Nutzen der Patienten verfügbar macht.. Das Softwareprodukt ObTiMA zur Eingabe, Speicherung und Analyse klinischer Daten, dessen Entwicklung im Vorgängerprojekt ACGT (www.. eu-acgt.. org) begonnen wurde, wird nun in p-medicine ausgebaut und validiert.. ObTiMA wurde unter den Kriterien von Open Source entwickelt, und über einen modularen Aufbau der Software lässt sich diese kontinuierlich erweitern.. Die so gewonnenen und verknüpften Daten aus klinischen Studien und der Forschung können dann für einzelne Patienten nach Anonymisierung in einem ‚Data Warehouse’ gespeichert werden.. Durch den Aufbau eines ‚Data Warehouse’ ergeben sich ungeahnte Möglichkeiten des Erkenntnisgewinnes, indem bestimmte Fragen eines Forschers unmittelbar an dem Datenpool analysiert werden können, ohne zunächst eine aufwendige Datensammlung starten zu müssen.. Für die Forscher wird diese Datenbasis durch den Zugang zu Tumormaterial aus Biobanken noch entscheidend ergänzt.. Dies führt zu einer erheblichen Beschleunigung der Translation von Erkenntnissen der Grundlagenforschung in die Klinik, wie dies heute nicht vorstellbar ist.. Mit den vielfältigen Informationen werden in p-medicine in einer nächsten Stufe Computer-Simulations-Modelle zur Modellierungen von Krankheiten und deren Ansprechen auf Therapien sowie klinische ‚Decision Support Tools’ entwickelt.. Um die individuelle Therapie für zum Beispiel einen Krebspatienten zu verbessern und ihn mit einer auf ihn abgestimmten Therapie wirksamer und nebenwirkungsärmer zu behandeln, sollen dem Arzt zukünftig umfangreiche Vergleichsdaten aus klinischen Studien und die Computer-Simulationen der Tumorerkrankung und Therapie erlauben, seine Therapieplanung entscheidend zu unterstützen.. Gleichzeitig sollen auch die Patienten durch die entsprechend zu entwickelnden Technologien und Computer-Anwendungen besser informiert und bei ihren Entscheidungen über ihre Behandlung und die Verwendung ihres Tumormaterials für die Forschung unterstützt werden.. In der zukünftigen Struktur wird dem Patienten insgesamt eine stärkere Rolle in der Behandlung ermöglicht, die ihn aktiv an der Therapieoptimierung beteiligt.. Eine verbindliche Einverständniserklärung zwischen Klinik und Patient, eine Anonymisierung der Daten und eine unabhängige, zentralverantwortliche Stelle, das ‚Center for Data Protection’ (CDP), das eine professionelle Unterstützung für alle Fragen rund um die Datensicherheit bietet sollen helfen, maximale Datensicherheit und eine uneingeschränkte Vertrauensbasis zwischen Arzt und Patient aufzubauen.. Im Rahmen von klinischen Studien werden die p-medicine-Tools und -Technologien innerhalb der Projektlaufzeit geprüft.. Pilotversuche in den Bereichen Wilms-Tumor/Nephroblastom, Brustkrebs und akute lymphoblastische Leukämie wurden auf der Grundlage von klar formulierten Forschungszielen ausgewählt, wobei ein Schwerpunkt auf die Notwendigkeit der Integration und Analyse von heterogenen Datensätzen gelegt wurde, um die Modellierung von Krankheiten und Therapieansprechen zu simulieren.. Außerdem soll auch ein sogenannter Oncosimulator, das Ansprechen von Therapien im Computer simulieren, um so die bestmögliche Therapie für einen Patienten zu finden.. ist Direktor der Klinik für Pädiatrische Onkologie und Hämatologie sowie Studiendekan der Universität des Saarlandes.. Der Spezialist für Nephroblastome hat ausgewiesene Expertise in Medizinischer Informatik und Kliniko-genomischen Studien.. Kontakt: Norbert.. Graf@uniklinikum-saarland.. de/spezialthemen/synbio-systembiologie/bio-it..

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