Echtzeit-Verformbarkeitszytometrie

Schnelle Diagnose von Krankheiten mit neuartigem Bluttest

Ein internationales Forscherteam nutzt die Technik der "Echtzeit-Verformbarkeitszytometrie", um Tausende von Zellen in einem Blutstropfen in nur wenigen Minuten auf ungewöhnliche Erscheinung und Verformbarkeit hin zu untersuchen. Dieser neuartige Bluttest verspricht die korrekte Diagnose vieler Krankheitsbilder wie Leukämie, Malaria, bakterielle oder virale Infektionen zu beschleunigen – was wiederum zu einem schnelleren und genaueren Therapiebeginn führen kann.

RT-DC in Aktion: Die Darstellung des mikroskopischen Blicks in den Messchip zeigt die Flußbahnen vieler einzelner Blutkörperchen, die von rechts nach links fließen. Wo der Hüllstrom von oben und unten einfließt, verbreitern sie sich zu einem "Herz", bevor sie in den schmalen Messkanal links eindringen, wo das Erscheinungsbild und die Deformation der Zellen analysiert werden. (Bild: Daniel Klaue/Zellmechanik Dresden GmbH)

Können wir aus einer ersten Blutuntersuchung durch die Messung anderer Eigenschaften der Blutkörperchen mehr entscheidende Informationen gewinnen? Dass dies möglich ist, hat das Forscherteam um Prof. Dr. Jochen Guck, Forschungsgruppenleiter am Biotechnologischen Zentrum (Biotec) der TU Dresden, sowie medizinische Kollegen des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus Dresden und Partnerinstitute aus Dresden, Cambridge, Glasgow und Stockholm mit Hilfe einer Technik, der "real-time deformability cytometry" (RT-DC) gezeigt. Diese Methode zwingt die Blutzellen in einem kleinen Tropfen Blut dazu, extrem schnell durch einen engen mikrofluidischen Kanal zu fließen, während sie von einer schnellen Kamera aufgenommen werden. Ein Computer-Algorithmus kann dann die Größe und Steifigkeit der Blutzellen in Echtzeit analysieren. Das Forschungsteam zeigt, dass dieser Ansatz charakteristische Veränderungen erkennen kann, die die Blutzellen als Folge von Malaria, Sphärozytose, bakteriellen und viralen Infektionen und Leukämie betreffen. Darüber hinaus können viele tausend Blutkörperchen in wenigen Minuten gemessen werden – schnell genug, um als diagnostischer Test geeignet zu sein.

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

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

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

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

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