Verfahren und Kit zur Diagnostik oder Behandlungskontrolle von Brustkrebs
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver- fahren und ein Kit zur Diagnostik oder Behandlungskontrolle von Brustkrebs bei einem Menschen.
Bei der Krebsnachsorge ist es von Relevanz, ein Rezidiv maligner Tumore anhand des Auftretens metastasie- render Tumorzellen im Blut frühzeitig nachweisen zu können. Bei den derzeit angewandten Untersuchungsmethoden werden bei Krebspatienten sogenannte „Tumor- marker" auf Proteinebene (immunologisch bzw. enzyma- tisch) quantitativ im Blut oder in anderen Körper- flüssigkeiten ermittelt.
Diese Nachweisverfahren sind für die Tumordiagnostik bzw. Behandlungskontrolle/Nachsorge nur bedingt geeignet, da erhöhte Tumormarkerwerte auch durch nicht- Tumorerkrankungen (z.B. Entzündungen des Magen-Darm-
Traktes, Leberzirrhose, Virusinfekte) , starkes Rauchen oder durch eine Schwangerschaft hervorgerufen werden können.
Brustkrebs ist die häufigste Diagnose, wenn eine Tumorerkrankung bei Frauen festgestellt wird (26,4% aller Neuerkrankungen) . Trotz massiver Bemühungen, die in Früherkennung, Behandlung und Nachsorge aufgewendet werden, rangiert diese Erkrankung immer noch an erster Stelle krebsbedingter Todesursachen bei der Frau. Die Erkrankungszahlen in den westlichen Industrieländern nehmen in den vergangenen Jahren trotz verstärkter Bemühungen um die Früherkennung weiter zu. Problematisch ist die hohe Metastasierungsrate nach Erstbehandlung, die in der Mehrzahl der Fälle bereits nach 1-3 Jahren zum Tod der Patientin führt. Hauptgrund hierfür ist die Streuung von Tumorzellen in frühen Stadien der Tumorentwicklung. Neben der Ersterkennung eines Mammakarzinoms ist daher insbe- sondere der frühest mögliche Nachweis metastasieren- der Zellen für eine erfolgreiche Behandlung von entscheidender Bedeutung. Ebenso kann im klinischen Stadium I ein definitiver Negativnachweis hilfreich sein, wenn zu entscheiden ist, ob die Patientin mit einer Chemotherapie oder einer Operation belastet werden muß .
Die derzeit verwendeten diagnostischen Methoden sind ungenau, wenn es um die Beurteilung der malignen Po- tenz von Resttumoren nach durchgeführter Chemotherapie in den metastasierenden Stadien geht. Einige klinische Studien weisen auf eine prognostische Bedeutung von disseminierten Tumorzellen hin. Dennoch sind zahlreiche methodische Aspekte kritisch und bisher nicht hinreichend standardisiert. Somit müssen weiterhin Nachweise für eine okkulte - oder restliche -
Metastasierung gefunden werden, die eine rechtzeitige Einordnung in die vielfältigen primär kurativen therapeutischen Optionen zulassen.
Dem Bestreben nach Verbesserung der Heilungschancen wird heute einerseits über Suche und Verwendung neuer Tumormarker, andererseits über Sensitivitätssteige- rung bei den verwendeten Methoden nachgekommen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Kit zur Verfügung zu stellen, mit dem auf einfache, sichere und wiederholbare Weise eine Diagnostik oder Behandlungskontrolle von Brustkrebs möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 sowie das Kit nach Patentanspruch 30 und den Mikroarray nach Patentanspruch 50 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens, des Kits und des Mikroarrays werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
Erfindungsgemäß wird mittels des erfindungsgemäßen Kits bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Blutprobe eines Menschen das Vorhandensein oder Fehlen von mRNS der Tumormarkerproteine EGF-R, CEA, CK20, MAGE-3, GA733.2, MUC-1 £ GA15.3, Her-2/neu, Claudin-7, PDGF-ß und/oder Stanniocalcin erfaßt.
Da im Blut Gesunder die RNAs der beschriebenen Marker normalerweise nicht exprimiert vorliegen, zeigt sich eine direkte Korrelation zwischen einem positiven RT- PCR-Nachweis dieser Tumormarker und zirkulierenden Tumorzellen im Blut, die zu einer Metastasierung füh- ren können.
Da einzelne Marker in therapieabhängiger Weise unterschiedlich exprimiert werden können und Brustkrebs eine ausgeprägte Heterogenität im Expressionsmuster von Brustkrebszellen aufweist, ist es vorteilhaft, eine Kombination von Tumormarkern zu untersuchen, um alle im Blut zirkulierende Tumorzellen zu erfassen. Hierdurch lassen sich Tumorzellen auch dann erkennen, wenn die Expression eines bestimmten Markers bei ei- nem Patienten bzw. in einem Krankheitsstadium relativ gering ist, was sonst zu einem vermeintlich negativen Ergebnis führen könnte. Die Verwendung weiterer Marker stößt jedoch meist deswegen auf Grenzen, wenn mo- nonukleäre Blutzellen eine Hintergrundexpression ("illegitime Transkription") aufweisen, die eine exakte Analyse behindern.
Für die Erkennung von Brustkrebszellen wird daher erfindungsgemäß die folgende Kombination aus Markern vorgeschlagen:
Zwei der Marker aus den folgenden Gruppen
GA733.2 und MUCl; Her-2/neu und Claudin-7;
CK20, MAGE-3 und MUC 1; bzw. Stanniocalcin, EGFR und CEA
oder
die folgenden Kombinationen
GA733.2, MUCl, Her-2/neu, Claudin-7;
GA733.2, PDGF-ß, Her-2/neu, Claudin-7; GA733.2, MUCl, CEA;
GA733.2, PDGF-ß, Claudin-7; bzw.
GA733.2, MUCl und Claudin-7
Für die Amplifikation von Abschnitten der Marker können die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Primer verwendet werden.
Marker für Mammakarzinom
Im folgenden werden die Bezeichnungen der Marker erläutert :
Bei der Anwendung von RT-PCR-Systemen zum Nachweis von Tumorzellen ist aufgrund der sehr hohen Amplifi- kationsrate die Spezifität ein kritischer Punkt. Geringste Kontaminationen, etwa durch Fremd-RNA oder illegitime Transkription, können hierbei das Ergebnis verfälschen.
Durch die Verwendung der Immunzytochemie mit monoklo- nalen Antikörpern gegen Tumorzellantigene kann eine Steigerung der Spezifität durch Anreicherung der Tumorzellen gegenüber Blutzellen und gleichzeitig eine Steigerung der Sensitivität des Tumorzell-Nachweises erzielt werden (Nachweisquote von 1 Tumorzelle auf 107 mononukleären Blutzellen) . Die Tumorzellen werden dabei mittels spezifischer Antikörper bzw. einer Antikörpermischung von mononukleären Blutzellen ge-
trennt. Die Trennung kann mittels Magnetpartikel (Dy- nal) , an die die Antikörper gebunden werden, erfolgen. Dies wird im folgenden detaillierter beschrieben.
Eukaryontische Zellen tragen eine Vielzahl unterschiedlicher Moleküle an Ihrer Zelloberfläche. Entsprechend des Ursprungs und der Funktion der einzelnen Zelle unterscheidet sich die Kombination der ex- primierten Oberflächenmoleküle, so daß zelltyp- spezifische Muster entstehen. Zur Erkennung dieser zelltyp-spezifischen Muster werden Antikörper genutzt. Antikörper binden mit hoher Spezifität an ihr Antigen, hier an ausgewählte Oberflächenmoleküle. Diese Eigenschaft wird genutzt, um Zellen mittels spezifischer Antikörperbindung anhand ihrer Zelltyp- spezifischen Muster zu erkennen und voneinander zu unterscheiden .
Die Expression spezieller Oberflächenproteine unterscheidet Tumorzellen von nichttransformierten Zellen dieses Zelltyps. Da sich dieses spezielle Muster der Oberflächen-Antigene bei Tumorzellen auch von den Blutzell-typischen Mustern unterscheidet, können Tu- morzellen im Blut unterschieden werden. Um TumorZellen zu identifizieren, werden Antikörper, die diese speziellen Oberflächenproteine spezifisch erkennen, als Werkzeuge genutzt. Die spezifische Antikörperbindung wird für verschiedene Analyse- und Separations- Methoden nutzbar gemacht.
Aufgrund der intensiven Bindung von speziell dafür selektionierten Immunglobulinen ist neben der Erkennung von Zellen über deren Oberflächenepitope auch eine Separierung der erkannten Zellen von nicht erkannten möglich.
1. Trennprinzip beruhend auf Flüssigphase; z.B. Durchflußzytometrie :
Für die durchflußzytometrische Analyse werden Antikörper mit Fluoreszenzfarbstoffen gekoppelt. Vereinzelte Zellen werden in einem konstanten Flüssigkeitsstrom einzeln an einer Lichtquelle (Laser) vorbeigeleitet. Bei Beleuchtung der Zellen werden die an den Antikörpern gebundenen Fluoreszenzfarbstoffe angeregt und strahlen Licht bestimmter Wellenlängen ab. Das abgestrahlte Licht wird detektiert und das gemessene Signal digitalisiert gespeichert. Das Lichtsignal kann einzelnen Zellen zugeordnet werden. Die Antikörper-markierte
Zelle wird so erkannt und kann nun von anderen Zellen getrennt werden. Zur Trennung werden die Zellen in kleinsten Tropfen vereinzelt. Nach Erkennung der Antikörper-markierten Zelle wird der entsprechende Tropfen in ein Auffangbehältnis gelenkt.
2. Trennprinzip beruhend auf Festphase; z.B. magnetische Separation:
Für die magnetische Separation werden Antikörper an pseudomagnetische Partikel gekoppelt. Nach Einbringen der pseudomagnetischen Partikel in ein Magnetfeld wandern die Partikel im magnetischen Feld. Bei der Bewegung in diesem magnetischen Feld werden Zellen, an die diese gekoppelten Antikörper gebunden sind, mitgerissen und von anderen Zellen getrennt .
Zur Tumorzellenerkennung mittels Magnetpartikel werden folglich an pseudomagnetische Partikel, die eine
definierte Anzahl an chemisch aktivierten Stellen auf ihrer Oberfläche besitzen, Antikörper kovalent gekoppelt. Über die Spezifität der Antikörper wird die Spezifität der Trennung bestimmt. Eine Tumorzellen enthaltende Blutprobe wird mit Antikörper-gekoppelte Magnetpartikel versetzt; dann werden Partikel und Blut relativ zueinander bewegt. Jene (Tumor-) Zellen, die von den Festphase-gebundenen Antikörpern erkannt und damit fest gebunden werden, folgen der Bewegung der Partikel. Hierdurch ist es möglich, bei Anlegen eines magnetischen Feldes, die Partikel mit den daran gebundenen Zellen aus dem Blut herauszuziehen (z.B. an die Wand des Trenngefäßes) . Das auf diese Weise Tumorzellen-depletierte Blut kann gegen andere Lösungen ausgetauscht werden, wobei die über Magnetpartikel separierten Zellen bis zum Abschalten/Entfernen des Magnetfeldes vor Ort verbleiben und für weitere Anwendungen zur Verfügung stehen.
Vorteilhafterweise können für die Erkennung der Tumorzellen spezifische Antikörper-Mischungen verwendet werden, die entweder allgemein auf Tumorzellen oder auch spezifisch für Brustkrebszellen-Erkennung optimiert sind. Beispielsweise eignet sich zur Erkennung von Tumorzellen im Blut eine Kombination der Antikörper MOC-31 (Fa. Novocastra) und Ber-EP-4 (Fa. DAKO) .
Eine Erkennung, die speziell auf Brustkresbzellen gerichtet ist, kann durch eine weiter optimierte Antikörpermischung gemäß der nachfolgenden Tabelle:
erzielt werden. Dies beruht auf der selektiven Expression bestimmter Oberflächenproteine, die Brustkrebszellen von anderen Krebszellen unterscheidet.
Derartige Antikörpermischungen zeigen im Vergleich zu den jeweils separat eingesetzten Antikörpern bei der Zellerkennung und Zelltrennung unabhängig von der angewandten Methode eine erhöhte Sensitivität .
Im folgenden sollen einige Beispiele erfindungsgemäßer Nachweise für Brustkrebszellen in Blutproben beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Nachweis von PCR-Produkten mit Elektrophorese;
Fign. 2A bis 2C einen Tumormarkernachweis mittels Light Cy- cler;
Fig. 3 den Nachweis einer Zelltrennung mittels An- tikörper-markierter Magnetpartikel;
Fign. 4 bis 8 zeigen weitere Beispiele für den Nachweis von Mammakarzinomzellen mittels mehrerer Tumormarker.
In einem ersten Beispiel erfolgte eine RNA-Aufar- beitung aus 1 ml EDTA-Vollblut mit dem QIAamp RNA Blood Mini Kit (Fa. Qiagen, Hilden) . Kontaminationen mit genomischer DNA wurden durch einen zusätzlichen DNA-Verdau auf der Säule mittels RNase-free DNase
Set, Fa. Quiagen, Hilden) vermieden.
Die RNA-Aufarbeitung aus 1 ml EDTA-Vollblut wurde fotometrisch über den Quotienten 260 : 280 nm verifiziert. Zur Qualitäts- und Quantitätsbestimmung kann dabei 1 μl des Ansatzes durch elektrophoretische Trennung auf einem RNA 6000 Chip über den Agilent Bioanalyzer 2100 analysiert werden.
Die isolierte RNA wurde in einem entsprechenden Volumen zusammen mit Oligo (dT) 15-Primern (Fa. Promega, Mannheim) für 5 Minuten bei 65 °C denaturiert und anschließend direkt auf Eis inkubiert. Die cDNA-Synthe- se erfolgte mittels des Sensiscript™ Reverse Trans- kriptase Kit, (Fa. Qiagen, Hilden) in einem 20 μl Reaktionsansatz gemäß Tabelle 1 bei 37 °C für 1 Stunde mit nachfolgender Inaktivierung der reversen Trans- kriptase für 5 Minuten bei 95 °C und anschließender Abkühlung auf Eis.
Tabelle 1 Komponenten der cDNA-Synthese
Mit der so erzeugten cDNA wurde für jeden der gewählten Tumormarker Stanniocalcin, EGF-R, CEA sowie als interne Kontrolle für ß-Aktin eine Multiplex-PCR durchgeführt. Der PCR-Ansatz ist in der folgenden Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2 PCR-Ansatz
( *enthält 15 mM MgCl2;
**HotStarTaq™ DNA Polymerase; Fa. Qiagen, Hilden ***DMSO-Zusatz bei Stanniocalcin)
Für jeden Tumormarker wurde dabei ein Primerpaar eingesetzt, das aus der nachfolgenden Tabelle 3 hervorgeht .
Tabelle 3: Liste der PCR-Primer
Die für die Tumormarkereinzelnachweise eingesetzten Primerkombinationen und -mengen sind in der folgenden Tabelle 4 aufgeführt.
Tabelle 4: Auflistung der Primermengen und Primerkombinationen
Die PCR wurde unter den in Tabelle 5 angegebenen PCR- Bedingungen und mit den in Tabelle 6 angegebenen Marker-spezifischen Schmelz-Temperaturen und Zyklenzahlen durchgeführt.
Tabelle 5: PCR-Bedingungen
Tabelle 6: Marker-spezifische Annealingtemperatur und Zyklenzahl
1 μl des so erzeugten PCR-Produktes wurde in einem Agilent Bioanalyzer 2100 auf einem DNA-Chip (500) aufgetrennt und das Trennergebnis elektronisch dokumentiert. Die Ergebnisse zeigt die Figur 1. In dieser Figur zeigt Spur 1 eine 100 kb-Leiter sowie die Spuren 2-13 die Ergebnisse der entsprechenden Proben. Wie zu erkennen ist, zeigt Spur 5 ein PCR-Produkt für den Tumormarker Stanniocalcin, .Spur 9 ein PCR-Produkt für den Tumormarker EGF-R und Spur 13 ein PCR-Produkt für den Tumormarker CEA, während sämtliche Proben mit biologischem Material Spuren 4, 5, 8, 9, 12, 13 PCR- Produkte für die interne Kontrolle ß-Aktin enthalten.
Die Spuren 2, 3, 6, 7, 10, 11 enthalten kein biologisches Material, so daß dort auch keine entsprechenden PCR-Produkte auftreten. Die sogenannte cDNA-Kontrolle ist ein Ansatz ganz ohne RNA, die sogenannte PCR- Kontrolle ist ein Ansatz ohne cDNA und die Negativ- Kontrolle ist ein Ansatz mit RNA einer gesunden Kontrollperson in Fig. 1. CEA steht für Carcinoembryonic Antigen, STC für Stanniocalcin und EGF-R für Epidermal Growth Factor Receptor in Fig. 1.
Fig. 2 zeigt die alternative Analyse mittels Fluores- , zens-basierender Echtzeit-PCR mittels interkallieren-
der Fluoreszenzfarbstoffe.
Dieser Tumormarkernachweis kann alternativ zur Block- PCR auch mittels Light Cycler (Fa. Röche, Basel) erfolgen.
Die reverse Transkription der mRNA erfolgt wie oben beschrieben. Anschliessend wurde die PCR mit dem Light Cycler-DNA Master Sybr Green I Kit (Fa. Röche, Basel) nach Herstellerangaben unter den für jeden Tu- mormarker optimierten Bedingungen durchgeführt. Als
Primer wurden dabei die in Tabelle 3 angegebenen Oli- gonukleotide verwendet. Tabelle 7 und Tabelle 8 zeigen den Ansatz für die PCR bzw. die PCR-Bedingungen im Light Cycler.
Tabelle 7 PCR-Ansatz LightCycler
Tabelle 8 : PCR-Bedingungen LightCycler
Das Ergebnis dieser PCR und Auswertung durch Light Cycler Technologie ist in den Figuren 2A bis 2C dar-
gestellt. In sämtlichen Figuren 2A bis 2C ist die Kontrollkurve mit 2 bezeichnet, während die Kurve, die für die Probe aufgenommen wurde, mit 1 bezeichnet ist .
Bei dieser Analyse wird die Schmelzkurve der PCR- Produkte durch Sybr Green I Detektion analysiert. Die jeweilige Graphik der Figuren 2A bis 2C stellt dabei die gemessene Fluoreszenz in Abhängigkeit von der Temperatur dar. Die in den Kontrollansätzen auftretenden Fluoreszenzpeaks sind auf Primerdimere zurückzuführen.
Fig. 2A stellt dabei die Schmelzkurvenanalyse des Stanniocalcin-PCR-Produktes dar. Der Schmelzpunkt des Hauptproduktes liegt bei 89,2 °C und der Schmelzpunkt des Nebenproduktes bei 85,3 °C. Derartige Fluoreszenzpeaks sind bei der Kontrollprobe nicht zu erkennen.
Fig. 2B zeigt die Schmelzkurvenanalyse des EGFR-PCR- Produktes mit einem Schmelzpunkt bei 84,6 °C.
Fig. 2C zeigt die Schmelzkurvenanalyse des CEA-PCR- Produktes mit einem Schmelzpunkt bei 89,06 °C zeigt.
Alternativ zu den hier dargestellten Methoden können selbstverständlich auch herkömmliche Analysemethoden wie Agarose-Gelelektrophorese angewandt werden, bei denen beispielsweise 25 μl des oben dargestellten PCR-Produktes über ein 2,5 %iges Agarosegel aufgetrennt werden und die DNS-Banden anschliessend mit Ethidiumbromid angefärbt und sichtbar gemacht werden. Die Dokumentation kann beispielsweise mit Hilfe des DUO Store Systems der Fa. Intas durchgeführt werden.
Auch eine Fragmentanalyse mittels ABI Prism 310 Genetic Analyser (Fa. PE Applied Biosystems, Weiterstadt) kann zur Auswertung verwendet werden. Hierzu wird eine PCR mit fluoreszenzmarkierten Primern durchgeführt und anschließend beispielsweise jeweils 1 μl des jeweiligen PCR-Produktes in einer Verdünnung von 1 : 50 eingesetzt.
Als weiterer Nachweis ist ein Nachweis mittels se- quenzspezifischer fluoreszenzmarkierter Hybridisie- rungsproben möglich, die nach jedem Zyklus der PCR die Produktentwicklung verfolgen lassen. Anhand spezieller Standards kann dann auch ein Rückschluß auf die Menge an Ausgangs-RNS gezogen werden.
Zentral für die Qualität der als Nachweisbasis isolierten RNS und der daraus synthesisierten cDNS ist die Anreicherung der hierfür verwendeten Zellfraktion aus der verwendeten Blutprobe. Hierfür stehen vier verschiedene Methoden zur Verfügung:
a) Anreicherung durch wiederholte Zentrifugation nach Erythrozytenlyse :
1 ml EDTA-Blut werden nach Zugabe von 5 Volumina
Erythrozyten-Lysepuffer ("QIAmp Blood Kit", Qiagen; Hilden) für 20 Minuten auf Eis lysiert. Nach Abnehmen des Plasmas/Lysates von den pelletierten Zellen und Resuspension erfolgt eine erneute Zen- trifugation bei 3000 x g für 20 Minuten. Nach Abnehmen des Überstandes steht die pelletierte Leukozytenfraktion für die RNA-Präparation zur Verfügung.
b) Anreicherung durch Dichtegradienten- Zentrifugation :
Mittels eines über Zentrifugation erzeugten Dichtegradienten lassen sich Zellen unterschiedlicher mittlerer Volumendichte voneinander trennen. Mono- nukleare Blutzellen werden mittels eines Ficoll-
Hypaque-Gradienten (Pharmacia, Uppsala, Schweden) separiert und anschließend zweifach mit PBS/1% FCS gewaschen.
Anreicherung von Tumorzellen durch FACS- Durchflußzytometrie :
Die mononukleären Zellen aus der unter b) angereicherten Fraktion werden mit fluoreszenzmarkierten mononuklearen Antikörpern gegen tumorspezifische
Oberflächenproteine inkubiert. Die markierten Zellen werden zweifach mit PBS gewaschen und im Anschluß werden 107 Zellen in 1 ml PBS resuspendiert. Für die Isolierung der Tumorzellen wird ein FACS Vantage SE-Durchflußzytometer (Becton Dickin- son) verwendet. Über das CellQuest Programm erfolgen Datenaufnahme, Instrumentenkontrolle und Datenauswertung. Die sortierten Zellen werden in ein 1,5 ml-Reaktionsgefäß (gefüllt mit 1 ml PBS) über- führt. Die RNS kann dann wie oben beschrieben isoliert werden.
Alternativ kann auch die isolierte Fraktion der mononukleären Blutkörperchen, die nach einem der obigen Verfahren isoliert wurden, in Trizol-
Reagenz (Gibco BRL, NY, USA) lysiert und mittels Pipette homogenisiert werden. Nach Chloroformextraktion wird die RNA-haltige wäßrige Phase in Isopropanol bei -80 °C gefällt. Nach zweimaligem Waschen in 80 %igem Ethanol wird das Pellet an der
Luft getrocknet und anschließend in RNase-freiem
Wasser resuspendiert.
An diese Isolation der RNS schließt sich dann die reverse Transkription sowie der mRNA-Nachweis wie oben beschrieben an.
d) Anreicherung von Tumorzellen durch immunomag- netische Separation.
Die Expression spezieller Oberflächenproteine unterscheidet Tumorzellen von nichttransformierten Zellen dieses Zelltyps. Da sich dieses spezielle Muster der Oberflächen-Antigene bei Tumorzellen auch von den Blutzeil-typischen Mustern unterscheidet, können Tu- morzellen im Blut unterschieden werden. Um Tumorzellen zu identifizieren, werden Antikörper, die diese speziellen Oberflächenproteine spezifisch erkennen, als Werkzeuge genutzt. Die spezifische Antikörperbindung wird für das erfindungsgemäße Verfahren nutzbar ge- macht. An pseudomagnetische Partikel, die eine definierte Anzahl an chemisch aktivierten Stellen auf ihrer Oberfläche besitzen, werden Antikörper kovalent gekoppelt. Über die Spezifität der Antikörper wird die Spezifität der Trennung bestimmt. Eine Tumorzellen enthaltende Blutprobe wird mit Antikörper gekoppelte
Magnetpartikel versetzt; als Antikörper werden in verschiedenen Beispielen zwei verschiedene Mischungen von Antikörpern verwendet; dann werden Partikel und Blut relativ zueinander bewegt, beispielsweise durch "Über- Kopf-Rotierer" in einem geschlossenen Behälter befindlicher Proben oder durch Bewegung der Partikel aufgrund von wechselnden Magnetfeldern. Jene (Tumor- ) Zellen, die von den Festphase-gebundenen Antikörpern erkannt und damit fest gebunden werden, folgen der Bewegung der Partikel. Hierdurch ist es möglich, bei Anlegen eines magnetischen Feldes, die Partikel mit
den daran gebundenen Zellen aus dem Blut herauszuziehen (z. B. an die Wand des Trenngefäßes) . Das auf diese Weise Tumorzellen-depletierte Blut kann gegen andere Lösungen ausgetauscht werden, wobei die über Magnetpartikel separierten Zellen bis zum Abschalten/Entfernen des Magnetfeldes vor Ort verbleiben und für weitere Anwendungen zur Verfügung stehen.
Tabelle 9: Antikörper-Mischung 1
Mittels der Antikörpermischung in Tabelle 9 werden ganz allgemein Tumorzellen jedoch mit hoher Spezifität erfaßt. Dies beruht auf der selektiven Expression bestimmter Oberflächenproteine, die Krebszellen von anderen Zellen unterscheidet.
Durch den Einsatz der Antikörpermischung wird ganz grundsätzlich im Vergleich zu separat eingesetzten Antikörpern bei der Zelltrennung unabhängig von der angewendeten Methode eine erhöhte Sensitivität nachgewiesen. Dies zeigt sich in Fig. 3, bei der im Teilbild A mit dem Antikörper BER-EP4 belegte magnetische Partikel, in dem Teilbild B mit dem Antikörper MOC-31 belegte magnetische Partikel und in dem Teilbild C ein Mix aus Partikeln die jeweils separat mit einem Antikörper belegt sind, eingesetzt wurden.
Für jeden der Antikörper bzw. der Antikörpermischungen wurden insgesamt vier Messungen durchgeführt, bei denen 0, 10, 100 bzw. 1000 Karzinom-Zellen in 10 ml Blut inokuliert wurden. Die Spuren la bis 4a, 1b bis
4b bzw. lc bis 4c zeigen dann den Nachweis von RNA nach RNA-Präparation und RT-PCR mit Tumormarker- spezifischen Primern wie oben beschrieben für Proben von jeweils 1 μl Volumen. Die Fig. 3 wurde dabei mit- tels elektrophoretischer Trennung in einem Agilent™ Bioanalyser 2100 gemäß Herstellerangaben ermittelt.
Bei Verwendung von lediglich mit einem Antikörper markierten magnetischen Partikeln wie in den Fign. 3A und 3B wurde lediglich bei einem Gehalt von 1000 Zellen ein Nachweis positiv möglich. Bei Verwendung einer Antikörpermischung wie in Fig. 3C wurde bereits ein Nachweis bei nur 100 Zellen und damit um den Faktor 10 sensitiver erbracht.
Bei diesem Beispiel wurden experimentelle Ergebnisse gezeigt, die nicht die maximale mögliche Sensitivität darstellen, sondern beispielhaft die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbare Sensitivitätserhö- hung demonstrieren sollen.
Fig. 4 zeigt den Nachweis von Brustkrebszellen durch die gleichzeitige Erfassung der Tumorzellmarker GA733.2, MUCl, Her-2 und Claudin-7. Dabei wurden Brusttumorzellen in eine Probe inokuliert, wobei verschiedene Zeil-Linien, Zeil-Linie 1 und Zeil-Linie 2 eingebracht wurden. Vor der Bestimmung der Marker erfolgte eine Anreicherung der Tumorzellen mittels Antikörper-gekoppelter Magnetpartikel, wobei die Anti- körper BerEp4, HMTV.2, GP1.4 verwendet wurden. Fig. 4 zeigt nun, daß für beide Zeil-Linien durch eine derartige Kombination der zu erfassenden Tumormarker eine sicherer Erkennung bis herab zu zwei Zellen pro 5 ml nachgewiesen werden können. Eine unspezifische Re- aktion erfolgte dabei nicht. Im folgenden sind die Bedingungen für die PCR für die verschiedenen, in
Fig. 4 bis Fig. 8 dargestellten Polymerasekettenreak- tionen zum Nachweis von Tumormarkern aus Brustkrebszellen dargestellt.
Standard, Fig.
Zyklen: 35
Multiplex 1, Fig. 5A
Multiplex 2, Fig. 5B
Zyklen: 35
Multiplex 3, Fig. 6
Multiplex 4 , Fig . 7
Zyklen: 35
Multiplex 5, Fig. 8A
Zyklen: 40
Fig. 5 zeigt ebenfalls den Nachweis von Brusttumorzellen, wobei hier die Kombinationen aus den Markern GA733.2, PDGF-ß, Her-2 und Claudin-7 (Fig. 5A) bzw.
GA733.2, MUCl und CEA erfaßt wurden. Wiederum erfolgt eine sehr sensitive Erfassung bis herab zu zwei Zellen pro 5 ml Probe, während in einer Kontroll- Blutprobe keine unspezifischen Nachweisreaktionen auftraten.
In Fig. 6 ist die Verwendung der Markerkombination GA733.2, PDGF-ß und Claudin-7 (Fig. 6A) bzw. GA733.2, PDGF-ß und Claudin-7 (Fig. 6B) für eine erste Zell- Linie (Fig. 6A) bzw. eine zweite Zell-Linie (Fig. 6B) dargestellt. Wiederum erfolgt ein hochspezifischer Nachweis ohne unspezifische Reaktionen, wobei hier die Zell-Linie 2 besser nachgewiesen werden kann als die Zell-Linie 1. In Fig. 7 ist wiederum ein Nachweis mittels der Kombination der Marker GA733.2, MUCl und Claudin-7 dargestellt. Es erfolgt ein hochspezifischer Nachweis für die Zell-Linie 2 bis herab zu zwei Zellen pro 5 ml für jeden einzelnen der Marker und insbesondere für die Kombination der Marker ohne un- spezifische Nachweisreaktionen.
Fig. 8 zeigt den Nachweis mittels der Markerkombination GA733.2, PDGF-ß und CEA für die Zell-Linie 2. Es erfolgt wiederum ein sehr spezifischer Nachweis bis herab zu zwei Zellen pro 5 ml Probe ohne unspezifische Nachweisreaktionen.
Das erfindungsgemäße Diagnose-Kit und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es weiterhin, die sor- tierten und separierten Zellen anschließend beliebig weiter zu verwenden. Beispielsweise können diese in ein geeignetes Zellkulturmedium eingesetzt und in situ kultiviert werden.
Da die Zellen nach der Trennung intakt sind, bleiben auch die Eigenschaften der Zellmembran und des Zeil-
kerns erhalten. Dies eröffnet die Möglichkeit, mikroskopisch die Expression weiterer Oberflächenmarker untersuchen oder auch Chromosomen-Analysen durchzuführen. Die sortierten Zellen werden dazu auf Objekt- träger aufgebracht. Der Nachweis weiterer Oberflächenmarker kann cytochemisch oder über Fluoreszenzmikroskopie erfolgen. Ebenso können genetische Analysen durchgeführt werden, wie beispielsweise Chromosomenanalysen mittels FISH (Flurorescence in situ hybridi- sation) oder Karyogramm-Erstellung.