Genomanalyse an Einzelzellen
Die jüngsten technologischen Fortschritte wurden vor allem bei hochdurchsatzfähigen Methoden zur Zell- und Genomanalyse gemacht, allerdings sind mitunter genomische Analysen auf Einzelzellenebene erforderlich werden, etwa im Fall zirkulierender Krebszellen. Derzeitige Technologien lassen keine genomischen Analysen und Sequenzierungen von Einzelzellen zu. Das EU-finanzierte Projekt CELL-O-MATIC (High throughput systematic single cell genomics using micro/nano-fluidic chips for extracting, pre-analysing, selecting and preparing sequence-ready DNA) sollte Engpässe bei der Isolation von Zellen aus heterogenen Populationen, beim Extrahieren genetischen Materials und bei der Vorbereitung der Sequenzierung überwinden. Hierfür entwickelten die Forscher ein Lab-on-Chip-System, das DNA aus Einzelzellen für die zügige Sequenzierung aufbereitet. Zunächst wurden ein schnelles, einfaches Protokoll zur Extraktion und Amplifizierung kleiner DNA-Mengen aus Einzelzellen und ein mikrofluidisches Fraktionierungsprotokoll erstellt und optimiert. Auf diese Weise konnten Krebszellen von weißen Blutkörperchen mit einer Effizienz von mehr als 90 % separiert werden. Der Prototyp des Systems ist auch mit Epi-Fluoreszenz- und Hellfeldmikroskopie in streng kontrollierter Umgebung ausgestattet, um Einzelzellen zu erfassen sowie DNA-Extraktion und Amplifizierung des genetischen Materials zu ermöglichen. Der Ansatz wurde erfolgreich zur Analyse von Mega-DNA-Basenlängen angewandt, die aus Einzelzellen extrahiert wurden. Die Mapping-Daten zeigten durchschnittlich 98 % der Reads des Genoms und sind vergleichbar mit herkömmlichen Systemen. Insgesamt entwickelte CELL-O-MATIC hochmoderne genomweite Sequenzierungsverfahren der nächsten Generation und demonstrierte die Machbarkeit der optischen Kartierung genomischer DNA, die aus Einzelzellen extrahiert wurde. Vor allem können die Lab-on-Chip-Systeme im industriellen Maßstab hergestellt werden. Da genomische Analysen an zirkulierenden Tumorzellen prognostisch bedeutsam sind, ist der Ansatz von CELL-O-MATIC ein großer Fortschritt beim personalisierten Krebsmanagement.
Schlüsselbegriffe
Genomanalyse, Krebs, Sequenzierung, CELL-O-MATIC, mikrofluidische Fraktionierung
