miRMAK – Entwicklung einer multiparametrischen Plattform zum Nachweis zirkulierender microRNAs für die routinetaugliche Diagnostik kardiovaskulärer Erkrankungen – Potsdam

Die WK-Potenzial-Initiative

Ziel des Vorhabens ist es, ein neuartiges Nachweisverfahren für im Blut zirkulierende Nukleinsäuren, sogenannte microRNA, zu entwickeln. microRNA sind kleine, einzelsträngige Ribonukleinsäuren (RNA), die 1993 erstmals entdeckt wurden. Sie bestehen, ähnlich wie die DNA, aus den Bausteinen des Lebens. Nukleobasen und Zuckermoleküle bilden Nukleoside, die über ein Phosphatrückgrat miteinander verbunden sind. Seit ihrer Entdeckung werden ihr Vorkommen, ihre vielfältigen Erscheinungsformen und damit verbundenen Funktionen in den verschiedensten Lebewesen intensiv erforscht. Generell sind sie in der Lage, grundlegende Prozesse in Zellen zu regulieren, die Synthese verschiedenster Proteine zu beeinflussen und zu unterdrücken. Man vermutet, dass der Mensch über tausend verschiedene microRNAs verfügt, doch bis heute sind nur ein vergleichsweise geringer Anteil und deren genaue Funktion im Detail aufgeklärt.

Nachweislich korreliert die Bildung von verschiedenen microRNA Typen (microRNA Profil) mit ganz normalen, physiologischen Vorgängen in den Zellen und Organen. Im Vergleich dazu spiegeln veränderte microRNA Profile krankhafte Veränderungen wider und können somit als Biomarker für das Entstehen, den Verlauf oder auch die Prognose von ernsthaften Krankheiten herangezogen werden. Die Erforschung und Nutzung von microRNA als neue diagnostische Marker für Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems, des Nervensystems oder auch Krebs, ist ein sehr aktuelles Thema, das von großem wissenschaftlichen Potenzial, aber auch verfahrenstechnischen Herausforderungen geprägt ist.

Für die abgesicherte Diagnose von Herz-Muskel-Erkrankungen sind bis zum heutigen Tag noch Gewebeentnahmen (Biopsien) aus den betroffenen Organen notwendig. Im Falle einer viral-entzündlichen Erkrankung des Herzmuskels (Kardiomyopathie) zum Beispiel bedeutet dies die Entnahme von Herzmuskelzellen aus dem Patienten, was als invasiver Eingriff wiederum mit Risiken für den Patienten verbunden ist. Nach der Entnahme wird das Gewebe weiter bearbeitet, histologisch gefärbt und im Labor auf das Vorkommen bestimmter Biomarker hin untersucht. Aufgrund der Vielzahl der Erkrankungen kann dies logistisch nicht bewerkstelligt werden. Mit circa 28.000 Neuerkrankungen pro Jahr in Deutschland und geschätzt nur circa 5.000 durchgeführten Biopsien wird die bestehende Diskrepanz einer möglichen Frühdiagnostik sehr deutlich. Viele Erkrankungen werden aufgrund dessen zu spät diagnostiziert, was enorme gesundheitsökonomische Folgen hat. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, Verfahren zu entwickeln, die möglichst ohne invasive Eingriffe auskommen und in der routinemäßigen Diagnostik eingesetzt werden können, um frühzeitig adäquate Therapien einzuleiten. Hierfür bieten sich geeignete Biomarker an, die einfach aus dem Blut zu gewinnen und nachzuweisen sind.

Die Professur für Immuntechnologie an der Universität Potsdam arbeitet gemeinsam mit den Projektpartnern an der Entwicklung eines unkomplizierten und routinetauglichen Detektionssystems für die Bestimmung von zirkulierenden microRNA für die Anwendung in der klinischen Diagnostik. Für diese Zielstellung sollen die speziellen Forschungsergebnisse und -methoden der Professur Immuntechnologie (PIT) der Universität Potsdam und der Stiftungsprofessur „Bildbasierte Assays“ der BTU Cottbus-Senftenberg (BTU) die Grundlage bilden. Beide Arbeitsgruppen sind vom Bundesforschungsministerium geförderte InnoProfile-Transfer-Initiativen, die sich durch ihre wissenschaftliche Themenstellung sehr gut ergänzen.

Die Ziele

Die Ziele des geplanten Verbundvorhabens liegen in dem Aufbau und der Etablierung eines Antikörper-basierten multiparametrischen Nachweissystems für die Bestimmung und Validierung von im Blut zirkulierenden microRNAs, die bei der viral-entzündlichen Kardiomyopathie verändert sind.

Antikörper sind Immunglobuline, die von Wirbeltieren als Reaktion auf körperfremde und bestimmte körpereigene Substanzen und Moleküle im Rahmen einer Immunreaktion gebildet werden. Sie können sowohl über definierte Verfahren aus dem lebenden Organismus als auch im Labor über sogenannte In-Vitro-Verfahren gewonnen werden. Viele Diagnostikverfahren basieren auf dem Einsatz dieser Moleküle für die Bindung und den Nachweis von Biomarkern aus Körperflüssigkeiten. Diese Moleküle können mit Farbstoffen gekoppelt werden, sodass bei Vorhandensein eine Farbreaktion sichtbar wird, die mit Qualität und Quantität des Biomarkers korreliert. Dieses Nachweissystem soll eine kostengünstige und patientenorientierte Alternative für die Frühdiagnostik von Kardiomyopathien in der Routinediagnostik darstellen.

Die Projekte

Generierung von spezifischen Antikörpern

Das Teilprojekt der Universität Potsdam, Stiftungsprofessur Immuntechnologie, beschäftigt sich mit der Generierung und Validierung von Antikörpern, die spezifisch gegen definierte microRNAs gerichtet sind. Das Augenmerk liegt hierbei auf einem bestimmten microRNA-Profil, das signifikant mit der Entstehung der viral-entzündlichen Kardiomyopathie assoziiert ist. Die Generierung und Selektion dieser spezifisch gegen microRNA gerichteten Antikörper sollen anhand von neuen Verfahren erfolgen.

Aufbau der Nachweissysteme

Die Partner der BTU Cottbus-Senftenberg und GA Generic Assays GmbH widmen sich der Etablierung verschiedener multiparametrischer Nachweissysteme für die microRNAs. Dabei kommen Systeme zum Einsatz, die kleine Kügelchen (microbeads) als Trägermatrix und verschiedene Kombinationen von Fluoreszenzfarbstoffen für die Detektion und quantitative Messung von Biomolekülen verwenden. Ähnliche Systeme wurden bereits in der sogenannten AKLIDES-Plattform etabliert und genutzt. Ebenso ist die Entwicklung einer geeigneten bioinformatischen und statistischen Auswertung Teil des Projektes.

Klinische Validierung

Der Bezug zu den klinischen Parametern wird durch die Partner in.vent diagnostica GmbH und IKDT GmbH in die Initiative eingebracht. Für die erfolgreiche Umsetzung ist eine klinisch-diagnostische Probensammlung notwendig, um die entwickelten Nachweissysteme anhand von realen Patientendaten zu validieren. Gleichzeitig soll das neu entwickelte Nachweissystem mit den bestehenden Systemen verglichen und optimiert werden.

Die Partner

Kontakt

Projektkoordinatorin: Prof. Dr. Katja Hanack
Universität Potsdam – Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät – Institut für Biochemie und Biologie – Stiftungsprofessur Immuntechnologie
Karl-Liebknecht-Str. 24-25
14476 Potsdam
Tel.: +49 331 977-5348
E-Mail: katja.hanack[at]uni-potsdam.de

Projektlaufzeit: 01.07.2017 bis 30.06.2019