TissueGrinder: Verbesserte Zellanalysen dank hochwertiger Probenvorbereitung

Ein neues Verfahren zur Untersuchung von Gewebeproben könnte die Art und Weise, wie wir Krebs diagnostizieren und behandeln, verändern. Forschende des Max-Planck- und des Fraunhofer IPA haben ein automatisiertes System entwickelt, das auf dem Prinzip der enzymfreien Gewebeaufarbeitung und der mechanischen Verformbarkeit von Einzelzellen basiert.

Das System ermöglicht die schnelle und präzise Identifizierung von Tumorzellen in Gewebeproben, ohne dass zusätzliche Markierungen erforderlich sind. Im Interview mit MEDICA.de erklärt Stefan Scheuermann die einzelnen Schritte des Analyseverfahrens.

Herr Scheuermann, das Analyseverfahren basiert auf mehreren Schritten, angefangen mit einer neuen Methode, die Gewebeproben vorzubereiten. Wie funktioniert das genau?

Stefan Scheuermann: In vielen Forschungseinrichtungen und Kliniken werden Gewebeproben noch manuell mit Skalpellen und Pinzetten zerkleinert oder mit Enzymen behandelt, was zu Nachteilen wie mangelnder Reproduzierbarkeit und unspezifischer Enzymbehandlung führen kann. Das hat wiederum großen Einfluss auf die Ergebnisse folgender Analysen der Einzelzellen.

Wir haben eine technologische Lösung, den TissueGrinder, entwickelt, um aus diesen Gewebeproben effizient und enzymfrei Einzelzellen zu isolieren und um die limitierenden Faktoren der Probenvorbereitung zu minimieren.

Beim TissueGrinder handelt es sich um ein teilautomatisiertes System, das die Probe standardisiert aufbereitet, was auch ohne den Einsatz von Enzymen möglich ist. Dadurch wird die Probe schnell und schonend in Einzelzellen verarbeitet und steht für Analysen zur Verfügung.

Ziel dieses Prozesses ist es, die Einzelzellen möglichst in ihrem nativen Zustand zu erhalten, um repräsentative Ergebnisse zu erzielen. Natürlich wird die Probe durch den Prozess außerhalb des Körpers verändert, aber die Technologie zielt darauf ab, diese Veränderungen zu minimieren und bessere Einblicke in das Geschehen im Körper zu ermöglichen.

Der Tissue-Grinder ist bereits im Einsatz. Das daran anschließende System zur Analyse der Proben ist neu. Wie funktioniert es?

Scheuermann: Das RT-DC-System oder Echtzeit-Verformbarkeitszytometrie nutzt eine Technologie, die in der Form vom Max-Planck-Institut entwickelt wurde. Es verwendet einen mikrofluidischen Chip, auf dem die Zellen einer Gewebeprobe einzeln analysiert werden. Während die Zellen durch einen engen Kanal fließen, werden sie verformt und ihre mechanischen und morphologischen Eigenschaften werden analysiert.

Mithilfe von Bildanalysetools können Nutzende dann die Zellen klassifizieren und neben Größe und Aussehen unter anderem auch die Verformbarkeit der Zellen unterscheiden. Dies kann ein entscheidender Unterschied zwischen einer Tumorzelle und der entsprechenden gesunden Zelle sein.

Ein Vorteil in dieser Methode liegt daran, dass hier die Zellen im Vorfeld nicht extra markiert werden müssen. Durch diese Analysemethode fallen jedoch sehr viele Daten an, die mit Hilfe von intelligenten Algorithmen aufbereitet werden.

Das ersetzt sicherlich keine fundierte Diagnose. Aber wie kann dieser Ansatz bei der Analyse unterstützen?

Scheuermann: Nein, eine Diagnose erstellt der Algorithmus nicht. Er hilft aber zu unterscheiden: Ist es eine Tumorzelle oder ein anderer Zelltyp? Dies gelingt durch die automatisierte Aufnahme und Auswertung einer Vielzahl von Zellen. Es geht also darum, die riesige Datenmenge zu durchleuchten und mit den richtigen Parametern verschiedene Informationen herauszustellen.

Dies Informationen sollen zukünftig pathologische Diagnosen unterstützen und ergänzen. Aktuell befindet sich dieser Workflow noch in der Forschungsphase und wird noch nicht im klinischen Umfeld eingesetzt.

Das Einsatzgebiet dieses Verfahrens ist nicht auf Krebs beschränkt. In welche Richtung geht die Forschung noch?

Scheuermann: Beim TissueGrinder geht es vor allem darum, festes Gewebe in einzelne Zellen aufzuteilen und Prozesse in der Probenvorbereitung zu verbessern und zu standardisieren. Einmal aufgeteilt, lassen sich vielfältige Analysen erstellen. Krebs ist zweifellos einer der Hauptpunkte, wir sind jedoch auch in anderen Bereichen aktiv, in denen die Isolierung von Einzelzellen und deren Analyse erforderlich ist.

Die TissueGrinder-Technologie zeichnet sich insbesondere durch die Verbesserung der Probenvorbereitung aus, was sie für viele verschiedene Anwendungsgebiete interessant macht. Ein Beispiel hierfür ist die 3D-Zellkultur. Einerseits geht es um die Kultivierung der isolierten Zellen, andererseits um die direkte Analyse. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Zellen molekularbiologisch auf Einzelzellebene zu untersuchen und somit detaillierte Information über die Vorgänge innerhalb einer Zelle zu bekommen.

Unser Ansatz besteht darin, sicherzustellen, dass die Qualität des Ausgangsmaterials entscheidend ist. Es heißt oft "Garbage in, garbage out", was bedeutet, dass die Qualität der Analyse stark von der Qualität der Ausgangsproben abhängt. Daher streben wir danach, eine reproduzierbare und standardisierte Methode zu entwickeln und anzubieten, die von Anfang an Qualitätsverluste minimiert.