Automatisierung der klinischen Routinediagnostik zirkulierender Tumor-DNA (ARTUR)

Das Projekt ARTUR zielt darauf ab, die Liquid Biopsy auf Basis zirkulierender Tumor-DNA in die klinische Routine zu überführen, um die patientenindividuelle Krebstherapie zu verbessern. Die Grundidee der Liquid Biopsy ist das Quantifizieren von zirkulierenden Biomarkern in einfach zugänglichen Körperflüssigkeiten, wie beispielsweise Blut, um schmerzhafte und risikoreiche Gewebebiopsien zu vermeiden.

Innerhalb des Liquid Biopsy Forschungsfeldes wird die zirkulierende Tumor-DNA als besonders vielversprechender Biomarker beim Management von Krebs betrachtet. Das Projektziel von ARTUR ist die Demonstration eines automatisierten Liquid Biopsy Workflows zum Management von Patienten mit kolorektalem Karzinom.

Mit über 60.000 Neuerkrankungen pro Jahr in Deutschland ist das kolorektale Karzinom bei Frauen die zweithäufigste und bei Männern die dritthäufigste Tumorlokalisation. Die aktuellen Möglichkeiten für Staging, Verlaufskontrolle und Nachsorge bei kolorektalem Karzinom beschränken sich im Wesentlichen auf bildgebende Verfahren und konventionelle Tumormarker. In Studien konnte zirkulierende Tumor-DNA (en. „circulating tumor DNA“, ctDNA) mit tumorspezifischen Mutationen in erhöhter Menge im Plasma von Tumorpatienten nachgewiesen werden und wird deshalb als vielversprechender Marker für die Flüssigbiopsie (en. „Liquid Biopsy“) betrachtet.

Um sehr geringe Konzentrationen von ctDNA absolut zu quantifizieren, ist digitale PCR (dPCR) eine geeignete Methode. Bestehende, kommerziell erhältliche Geräte für dPCR sind allerdings sehr teuer, verglichen mit den bisher noch weiter verbreiteten quantitativen PCR (qPCR) Geräten. Auch der Nachweis von mehr als vier DNA-Zielsequenzen, wie sie für eine detaillierte Tumorcharakterisierung vonnöten ist, ist aufgrund des hohen manuellen Arbeitsaufwandes und beschränkter Proben-Volumina kaum möglich. Dies gilt als wesentliche Hürde, weshalb die dPCR noch nicht in der Routinediagnostik solider Tumoren eingesetzt wird.

Das wesentliche Ziel im Vorhaben ARTUR ist ein kostengünstiges und einfach zu bedienendes Funktionsmuster des ARTUR-Systems, d.h. eines dPCR-Systems mit integrierter Probenvorbereitung. Die Anwendbarkeit des Systems wird für den Nachweis von ctDNA beim kolorektalen Karzinom demonstriert. Das ARTUR-System besteht aus einer LabDisk für die mikrofluidische Automatisierung von Extraktion und dPCR, einem Multiplex-Assay und einem dazugehörigen Prozessiergerät.