DE102020202529A1

DE102020202529A1 - Method for identifying a combination of active ingredients

Info

Publication number: DE102020202529A1
Application number: DE102020202529.0A
Authority: DE
Inventors: Franz Laermer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-02
Also published as: WO2021170178A1

Abstract

Verfahren zur Identifikation einer Kombination aus Tumor-hemmenden Wirkstoffen (52) mit einer Anzahl an Mikroarrays (50), die jeweils eine Vielzahl von Arrayzellen (51) aufweisen, von denen zumindest einige mit einem Tumor-hemmenden Wirkstoff bestückt sind, wobei unterschiedliche Tumor-hemmende Wirkstoffe (52) eingesetzt werden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a. Eingeben eines Mediums, in dem Tumorzellen enthalten sind, in die Arrayzellen (51) eines ersten Mikroarrays (50), b. Analysieren des Verhaltens der Tumorzellen in den Arrayzellen (51), c. Auswahl mindestens eines Favoriten unter den unterschiedlichen Kombinationen unter Berücksichtigung der durchgeführten Analyse, d. Zugabe der mindestens einen favorisierten Kombination zu einem weiteren Medium, in dem Tumorzellen enthalten sind und Eingeben des weiteren Mediums in ein weiteres Mikroarray, wobei die Schritte b bis d wiederholt durchgeführt werden.

Method for identifying a combination of tumor-inhibiting active ingredients (52) with a number of microarrays (50), each of which has a large number of array cells (51), at least some of which are equipped with a tumor-inhibiting active ingredient, with different tumor- Inhibiting active ingredients (52) are used, the method comprising the following steps: a. Inputting a medium containing tumor cells into the array cells (51) of a first microarray (50), b. Analyzing the behavior of the tumor cells in the array cells (51), c. Selection of at least one favorite among the different combinations, taking into account the analysis carried out, d. Addition of the at least one favored combination to a further medium in which tumor cells are contained and inputting the further medium into a further microarray, steps b to d being carried out repeatedly.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifikation einer Wirkstoffkombination und ein Mikroarray zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for identifying an active ingredient combination and a microarray for carrying out the method.

Stand der TechnikState of the art

Unter einem Mikroarray wird hierin ein Untersuchungssystem, insbesondere ein molekularbiologisches Untersuchungssystem, verstanden, das die parallele Analyse von mehreren, insbesondere mehreren zehn oder mehreren hundert bis tausend, Einzelnachweisen in einer geringen Menge biologischen Probenmaterials ermöglicht. Es gibt unterschiedliche Arten von Mikroarrays, die auch als Genchips oder Biochips bezeichnet werden, da diese vergleichbar einem Computerchip viele Informationen auf kleinstem Raum enthalten bzw. generieren können.A microarray is understood here to mean an examination system, in particular a molecular biological examination system, which enables the parallel analysis of several, in particular several tens or several hundred to thousands, individual records in a small amount of biological sample material. There are different types of microarrays, which are also referred to as gene chips or biochips, as these can contain or generate a lot of information in a very small space, comparable to a computer chip.

Die Proben bzw. Probenmaterialien werden dabei in Zellen des Mikroarrays, die sofern sie in Silizium ausgeführt sind auch als Trenchzellen bezeichnet werden, eingebracht.The samples or sample materials are introduced into cells of the microarray which, if they are made of silicon, are also referred to as trench cells.

Mikroarrays und insbesondere Silizium-Mikroarrays werden bspw. für die Durchführung von molekularbiologischen Reaktionen, wie bspw. PCR-Reaktionen (PCR: Polymerase Chain Reaction; Polymerase-Kettenreaktion), im Hochmultiplex, d. h. typischerweise mehr als 100 Einzelmerkmale, die parallel amplifiziert und abgeprüft werden, verwendet. Es ist bekannt, solche Mikroarrays auf verschiedene Weise physikalisch und/oder biologisch zu funktionalisieren und in eine Lab-on-Chip-Umgebung zu integrieren, um die Durchführung der molekularbiologischen Reaktionen weitestgehend zu automatisieren.Microarrays and in particular silicon microarrays are used, for example, for carrying out molecular biological reactions, such as, for example, PCR reactions (PCR: polymerase chain reaction), in a highly multiplexed manner, i. H. typically more than 100 individual features, which are amplified and tested in parallel, are used. It is known to functionalize such microarrays physically and / or biologically in various ways and to integrate them into a lab-on-chip environment in order to automate the implementation of the molecular biological reactions as far as possible.

Ein Lab-on-Chip-System (LoC-System) bezeichnet ein mikrofluidisches System, das die gesamte Funktionalität eines makroskopischen Labors beispielsweise auf einem nur plastikkartengroßen Kunststoffsubstrat unterbringt. Mit dieser Technologie lassen sich geringste Probenmengen auf einem einzigen Chip vollständig und automatisch analysieren. Der Transport der Probenflüssigkeit zwischen den verschiedenen Reaktions- und Analysekammern findet mithilfe von Kapillarkräften oder besonders bevorzugt durch aktives Pumpen statt. Aktives Pumpen wird durch elastische Membranen, die durch Beaufschlagung mit mechanischen Kräften oder Drücken wiederum Ventilfunktionen und Pumpfunktionen bereitstellen können, ermöglicht. Das vorgestellte Mikroarray, das auch als Mikroarray-Chip, bezeichnet wird, ist eine wesentliche Komponente eines solchen Lab-on-Chip Systems.A lab-on-chip system (LoC system) describes a microfluidic system that accommodates the entire functionality of a macroscopic laboratory, for example on a plastic substrate the size of a plastic card. With this technology, the smallest sample quantities can be analyzed completely and automatically on a single chip. The sample liquid is transported between the various reaction and analysis chambers with the help of capillary forces or, particularly preferably, active pumping. Active pumping is made possible by elastic diaphragms which, when subjected to mechanical forces or pressures, can in turn provide valve functions and pumping functions. The presented microarray, also known as a microarray chip, is an essential component of such a lab-on-chip system.

Das hierin vorgestellte Verfahren verwendet ein solches Mikroarray bei der Identifikation von Wirkstoffen im Rahmen der Behandlung von Krebserkrankungen.The method presented here uses such a microarray in the identification of active substances in the context of the treatment of cancer diseases.

Krebserkrankungen sind neben Herz-Kreislauferkrankungen die häufigste Todesursache in der industrialisierten Welt, mit ansteigender Häufigkeit. Mehr als 90% der Krebs-bedingten Todesfälle werden nicht durch den Primärtumor, sondern durch Metastasen in vom Primärtumor entfernten Körperregionen verursacht, wobei grundsätzlich jedes Organ von Metastasen befallen werden kann. Treiber der Metastasierung sind nach heutigem Kenntnisstand zirkulierende Tumorzellen, die sich vom Primärtumor in grosser Zahl lösen und in Blutkreislauf und/oder Lymphsystem übertreten. Über diese Kanäle können die zirkulierenden Tumorzellen jedes andere Körperorgan erreichen. Man geht davon aus, dass sich bei einem Tumor mit einem Durchmesser von nur 5 mm pro Tag bis zu 100000 Krebszellen ablösen, die im Körper vagabundieren. Die meisten dieser zirkulierenden Tumorzellen sterben innerhalb von ca. 1 bis 2 Stunden ab. Ein kleiner Teil in einer Grössenordnung von ca. 0,01% der in den Körper abgegebenen Tumorzellen kann jedoch lange Zeit überleben, oft über viele Jahre, und im ungünstigen Fall noch nach vielen Jahren Metastasen mit für den Patienten zumeist tödlichem Ausgang bilden.Along with cardiovascular diseases, cancer is the most common cause of death in the industrialized world, with increasing frequency. More than 90% of cancer-related deaths are not caused by the primary tumor, but by metastases in regions of the body that are distant from the primary tumor, whereby in principle any organ can be affected by metastases. According to current knowledge, the drivers of metastasis are circulating tumor cells, which detach themselves in large numbers from the primary tumor and enter the bloodstream and / or lymphatic system. The circulating tumor cells can reach every other organ in the body through these channels. It is assumed that a tumor with a diameter of only 5 mm detaches up to 100,000 cancer cells per day that wander around the body. Most of these circulating tumor cells die within about 1 to 2 hours. A small part of the order of magnitude of approx. 0.01% of the tumor cells released into the body can, however, survive for a long time, often for many years, and in the worst case still form metastases after many years with mostly fatal outcome for the patient.

Der Erfolg einer Tumorbehandlung hängt also wesentlich von der Unterdrückung der Metastasierung ab. Hierzu bedient man sich in der Medizin neben einer gezielten Hemmung von Wachstumsfaktoren, z. B. durch Anti-Östrogene, Anti-Progesterone, Kinaseinhibitoren, Checkpoint-Inhibitoren oder monoklonale Antikörper, die Wachstumssignalpfade unterbrechen oder Immunreaktionen auslösen sollen, sogenannter adjuvanter Chemotherapien bzw. adjuvanter Radiochemotherapien, wobei durch zytotoxisch wirkende Substanzen, ggf. in Kombination mit einer Strahlentherapie, die im Körper verbliebenen Tumorzellen nach Entfernung des Primärtumors abgetötet werden sollen.The success of tumor treatment therefore depends largely on the suppression of metastasis. For this purpose, one uses in medicine in addition to a targeted inhibition of growth factors such. B. by anti-estrogens, anti-progesterones, kinase inhibitors, checkpoint inhibitors or monoclonal antibodies that interrupt growth signal paths or trigger immune reactions, so-called adjuvant chemotherapy or adjuvant radiochemotherapy, whereby cytotoxic substances, possibly in combination with radiation therapy, the tumor cells remaining in the body should be killed after the primary tumor has been removed.

Eine systemische Therapie vor der Entfernung des Primärtumors wird als neoadjuvante Therapie bezeichnet und soll, neben der Verkleinerung des Primärtumors zur Vereinfachung der nachfolgenden operativen Entfernung, auch Hinweise auf die Empfindlichkeit des Tumors gegenüber zytotoxisch wirkenden Substanzen für die auf die operative Entfernung folgende adjuvante Therapie geben. Wird in der neo-adjuvanten Situation eine effektive Wirkstoffkombination gefunden, die den Primärtumor signifikant verkleinert, dient diese häufig als Ausgangspunkt bzw. Orientierungshilfe für die auf die Entfernung des Primärtumors folgende adjuvante Therapie, die andernfalls eine Art „Blindflug“ darstellt. Zu beachten ist, dass der behandelnde Arzt während einer adjuvanten Therapie im allgemeinen nicht weiß, ob diese tatsächlich einen positiven Effekt für den Patienten im Sinne einer Abtötung von im Körper verbliebenen Tumorzellen hat, da der Arzt bis zu einem Auftreten von Metastasen keinerlei Erfolgskontrolle über den Therapieverlauf zur Verfügung hat.Systemic therapy prior to the removal of the primary tumor is called neoadjuvant therapy and, in addition to reducing the size of the primary tumor to simplify the subsequent surgical removal, is also intended to provide information on the sensitivity of the tumor to cytotoxic substances for the adjuvant therapy following the surgical removal. If an effective combination of active ingredients is found in the neo-adjuvant situation that significantly reduces the size of the primary tumor, this often serves as a starting point or orientation aid for the adjuvant therapy following the removal of the primary tumor, which otherwise represents a kind of “blind flight”. It should be noted that the attending physician generally does not know whether adjuvant therapy is actually having a positive effect on the patient Patients in the sense of killing tumor cells remaining in the body, since the doctor has no control of the success of the course of therapy available until metastases occur.

Trotz des Einsatzes von hochtoxischen Kombinationstherapien mit massiven Nebenwirkungen bis hin zu langjährigen Dauerschäden oder lebensbedrohlichen Komplikationen für die Patienten sind die Erfolge solcher adjuvanter Therapien im allgemeinen bescheiden. Eine statistische Absenkung der absoluten Rückfallraten um etwa 10 bis 15% gilt in der Branche schon als positives Ergebnis. Es ist allerdings auffällig, dass die Rückfallraten tatsächlich in den Fällen dramatisch abgesenkt werden können, in denen es gelingt, während einer neo-adjuvanten Therapie den Tumor „hart“ zu treffen, bspw. den Primärtumor unter eine beobachtbare Größe zu reduzieren. Man spricht dabei von einem „PCR“ („pathologically complete response“). In solchen leider nicht sehr häufigen Fällen eines massiven Tumorresponses sind die Metastasierungsraten nach operativer Entfernung des Tumorbetts vorteilhaft niedrig. Ähnlich günstig verhält es sich mit Krebsarten, die generell auf bestimmte zytotoxisch wirkende Substanzen sehr empfindlich reagieren. Ein Beispiel hierfür ist der Hodenkrebs bei Männern, der vor der Verfügbarkeit von Platinverbindungen wie cisdichlorodiammino-Platin (cis-Pt) oder carbo-Pt eine äußerst hohe Rückfallrate mit fast immer tödlichem Ausgang aufwies, obgleich die Entfernung des Primärtumors sehr einfach möglich war.Despite the use of highly toxic combination therapies with massive side effects up to long-term permanent damage or life-threatening complications for the patient, the success of such adjuvant therapies is generally modest. A statistical reduction in absolute relapse rates by around 10 to 15% is already considered a positive result in the industry. It is noticeable, however, that the relapse rates can actually be reduced dramatically in those cases in which it is possible to hit the tumor “hard” during neo-adjuvant therapy, for example to reduce the primary tumor below an observable size. One speaks of a "PCR" ("pathologically complete response"). In such unfortunately not very frequent cases of massive tumor responses, the metastasis rates after surgical removal of the tumor bed are advantageously low. The situation is similarly favorable with cancers, which are generally very sensitive to certain cytotoxic substances. An example of this is testicular cancer in men, which before platinum compounds such as cisdichlorodiammino-platinum (cis-Pt) or carbo-Pt became available, had an extremely high relapse rate with almost always fatal outcome, although the removal of the primary tumor was very easy.

Seit Einführung der Platintherapie in der Adjuvanz konnten die Heilungschancen bei diesem Krebsleiden auf über 90% erhöht werden, da diese Art von Krebszellen von der Platin-basierten Therapie offenbar so „hart“ getroffen werden, dass die Zahl der im Körper überlebenden Krebszellen, die die „minimal residual disease“ verkörpern, unter eine kritische Schwelle gedrückt wird, unterhalb derer eine Metastasenbildung unwahrscheinlich wird. Diese Beobachtungen zeigen, wie wichtig es ist, eine individuell auf den Patienten bzw. individuell auf seinen Tumor angepasste und optimierte Kombinationstherapie zu finden, um einen möglichst umfassenden Treffer, d. h. eine Reduktion der verbleibenden Tumorlast unter eine kritische Schwelle, zu erreichen.Since the introduction of platinum therapy in the adjuvant setting, the chances of a cure for this cancer have been increased to over 90%, since this type of cancer cells are apparently hit so “hard” by the platinum-based therapy that the number of cancer cells surviving in the body that the Embody "minimal residual disease", is pushed below a critical threshold below which metastasis is unlikely. These observations show how important it is to find a combination therapy that is individually tailored to the patient or individually to his tumor and optimized in order to achieve the most comprehensive possible hit, i.e. H. to achieve a reduction in the remaining tumor burden below a critical threshold.

Von wenigen Ausnahmen abgesehen ist bei soliden Tumoren eine Monotherapie mit einer einzigen Wirksubstanz unzureichend und nicht erfolgversprechend. Vielmehr ist in den meisten Fällen eine Kombinationstherapie aus mehreren Wirkstoffen erforderlich, wobei die Kombinationen in der Regel eher durch Intuition des behandelnden Arztes, zufälliges Ausprobieren während der neo-adjuvanten Therapiesituation mit bildgebender Beobachtung des Primärtumor-Response („trial-and-error“) oder wissensbasiert aus Datenbanken mit Erfahrungswerten, die bei anderen Patienten gewonnen wurden, erfolgt. Da jeder Tumor individuell verschieden ist und auch in sich eine ausgeprägte Heterogenität aufweist, wird diese Auswahlstrategie für den individuellen Patienten nur selten eine optimale Therapie liefern, d. h. die im Körper verbliebenen Tumorzellen der sogenannten „minimal residual disease“ werden häufig nicht vollständig eliminiert bzw. nicht unter den erwähnten kritischen Schwellwert dezimiert. Vielmehr überleben oft verstreute Tumorzellen, die gegen die eingesetzten Wirksubstanzen aus irgendwelchen Gründen resistent sind, in ausreichender Zahl, um im Laufe der Zeit durch Ausbildung von Tochtertumoren einen Schaden zu verursachen.With a few exceptions, monotherapy with a single active ingredient is insufficient and not promising for solid tumors. Rather, in most cases, a combination therapy consisting of several active ingredients is required, whereby the combinations are usually based on the intuition of the attending physician, random trial and error during the neo-adjuvant therapy situation with imaging observation of the primary tumor response ("trial-and-error") or knowledge-based from databases with empirical values obtained from other patients. Since every tumor is individually different and also has a pronounced heterogeneity in itself, this selection strategy will only rarely provide an optimal therapy for the individual patient. H. the tumor cells of the so-called “minimal residual disease” remaining in the body are often not completely eliminated or are not decimated below the critical threshold value mentioned. Rather, scattered tumor cells that are resistant to the active substances used for whatever reason often survive in sufficient numbers to cause damage over time by developing daughter tumors.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Mikroarray gemäß Anspruch 12 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a method with the features of claim 1 and a microarray according to claim 12 are presented. Embodiments emerge from the dependent claims and from the description.

Das beschriebene Verfahren dient zur Identifikation einer Kombination aus Tumor-hemmenden Wirkstoffen mit Hilfe einer Anzahl an Mikroarrays, die jeweils eine Vielzahl von Arrayzellen aufweisen. Von den Arrayzellen sind zumindest einige mit einem Tumor-hemmenden Wirkstoff bestückt, wobei unterschiedliche Tumor-hemmende Wirkstoffe eingesetzt werden. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a. Eingeben eines Mediums, in dem Tumorzellen enthalten sind, in die Arrayzellen eines ersten Mikroarrays,
b. Analysieren des Verhaltens der Tumorzellen in den Arrayzellen. Dieses Verhalten erfolgt typischerweise in Reaktion auf unterschiedliche Kombinationen von unterschiedlichen Tumor-hemmenden Wirkstoffen, wobei jede Kombination bei der ersten Iteration keinen oder einen, in den nachfolgenden Iterationen jeweils mindestens einen Tumor-hemmenden Wirkstoff enthält,
c. Auswahl mindestens eines Favoriten unter den unterschiedlichen Kombinationen unter Berücksichtigung der durchgeführten Analyse,
d. Zugabe der mindestens einen favorisierten Kombination zu einem weiteren Medium, in dem Tumorzellen enthalten sind,

wobei die Schritte b bis d wiederholt durchgeführt werden.The method described is used to identify a combination of tumor-inhibiting active ingredients with the aid of a number of microarrays, each of which has a large number of array cells. At least some of the array cells are equipped with a tumor-inhibiting active ingredient, with different tumor-inhibiting active ingredients being used. The process consists of the following steps:

a. Inputting a medium containing tumor cells into the array cells of a first microarray,
b. Analyzing the behavior of the tumor cells in the array cells. This behavior typically takes place in response to different combinations of different tumor-inhibiting active ingredients, with each combination containing no or one tumor-inhibiting active ingredient in the first iteration, and at least one tumor-inhibiting active ingredient in the subsequent iterations,
c. Selection of at least one favorite among the different combinations, taking into account the analysis carried out,
d. Adding the at least one favorite combination to another medium containing tumor cells,

wherein steps b through d are carried out repeatedly.

Dies bedeutet, dass bei der ersten Iteration, also bei n = 1, ein Wirkstoff als favorisierter Wirkstoff mit einem ersten Mikroarray identifiziert wird. Dieser Wirkstoff wird dann zusammen mit dem Medium, das Tumorzellen enthält, in einem darauffolgenden Durchlauf, d. h. n = 2, in ein zweites Mikroarray, das dem ersten Mikroarray entspricht, eingegeben. In diesem zweiten Durchgang wird dann eine Wirkstoffkombination identifiziert, die bis zu zwei unterschiedliche Wirkstoffe enthalten kann. Diese Wirkstoffkombination wird dann in einem dritten Durchgang, d. h. n = 3, in ein drittes Mikroarray, das dem ersten und zweiten Mikroarray entspricht, eingegeben. In diesem dritten Durchgang wird dann eine Wirkstoffkombination als favorisierte Wirkstoffkombination identifiziert, die bis zu drei unterschiedliche Wirkstoffe enthalten kann. Diese Iteration wird so fortgeführt.This means that in the first iteration, that is to say when n = 1, an active ingredient is identified as the preferred active ingredient with a first microarray. This active ingredient is then put into a second microarray together with the medium containing tumor cells in a subsequent run, ie n = 2, corresponding to the first microarray is entered. In this second round, an active ingredient combination is identified that can contain up to two different active ingredients. This combination of active ingredients is then entered in a third pass, ie n = 3, into a third microarray, which corresponds to the first and second microarray. In this third round, an active ingredient combination is identified as the preferred active ingredient combination, which can contain up to three different active ingredients. This iteration continues like this.

In Ausgestaltung sind alle Arrayzellen der Mikroarrays mit einem Tumor-hemmenden Wirkstoff bestückt. Es ist aber auch möglich, Arrayzellen „leer“ mitlaufen zu lassen. Dies ist insbesondere dann, wenn ausreichend Arrayzellen vorhanden sind, ohne weiteres möglich. Weiterhin ist es möglich, einige der Arrayzellen bewusst nicht mit Wirkstoffen zu bestücken, um bspw. eine Kontrolle über das Verhalten der Tumorzellen ohne Wirkstoffeinfluss bzw. eine Kontrolle über das Verhalten der Tumorzellen nur mit Einfluss der Wirkstoffe aus den vorhergehenden Runden bzw. Iterationen zur Verfügung zu haben. In einer weiteren Ausführung ist es möglich, einige Arrayzellen für vollständig andere Zwecke zu verwenden. So können Arrayzellen mit Farbmarkierungen versehen werden, um bspw. damit Referenzen für ein Koordinatensystem auf dem Chip zu erzeugen.In one embodiment, all array cells of the microarrays are equipped with a tumor-inhibiting agent. But it is also possible to let array cells run “empty”. This is easily possible in particular when there are sufficient array cells. Furthermore, it is possible to deliberately not equip some of the array cells with active ingredients in order, for example, to provide a control over the behavior of the tumor cells without the influence of the active ingredient or a control over the behavior of the tumor cells only with the influence of the active ingredients from the previous rounds or iterations to have. In a further embodiment it is possible to use some array cells for completely different purposes. In this way, array cells can be provided with color markings in order, for example, to generate references for a coordinate system on the chip.

Das vorgestellte Mikroarray dient zur Identifikation einer Kombination aus Tumor-hemmenden Wirkstoffen und ist zur Durchführung des hierin beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Es weist eine Anzahl an Arrayzellen auf, von denen zumindest einige, in Ausgestaltung alle, mit einem Tumor-hemmenden Wirkstoff bestückt sind.The presented microarray is used to identify a combination of tumor-inhibiting active ingredients and is set up to carry out the method described herein. It has a number of array cells, at least some of which, in an embodiment all of them, are equipped with a tumor-inhibiting active ingredient.

Es wird in Ausgestaltung davon ausgegangen, dass alle Wirkstoffe die in den Arrayzellen vorgelagert sind, auch unabhängig von den Arrays als Wirkstofflösungen vorhanden und verfügbar sind, und dann dem Medium in für das Gesamtvolumen des Mediums therapeutischer Dosierung zugesetzt werden: zunächst ein Wirkstoff, dann zwei, dann drei, ...zuletzt n-1 bei der n-ten Iteration. In one embodiment, it is assumed that all active substances that are upstream in the array cells are also present and available as active substance solutions independently of the arrays, and are then added to the medium in a therapeutic dosage for the total volume of the medium: first one active substance, then two , then three, ... last n-1 on the nth iteration.

Die vorstehend genannte Verfügbarkeit aller einzelnen Wirkstoffe, mit denen die Arrayzellen bestückst sind, bspw. als Wirkstofflösung, muss als selbstverständliche Anforderung verstanden werden: Für eine nachfolgende Therapie eines Patienten mit einer als optimal ermittelten Kombination, die nach dem vorgestellten Verfahren mit Hilfe der Array-Chips identifiziert wird, ist es natürlich unabdingbare Voraussetzung, dass alle auswählbaren Wirkstoffe am Ende auch tatsächlich für die Therapie zur Verfügung stehen.The above-mentioned availability of all the individual active substances with which the array cells are equipped, e.g. as active substance solution, must be understood as a natural requirement: For a subsequent therapy of a patient with a combination that has been determined to be optimal, which according to the presented method with the help of the array Chips is identified, it is of course an indispensable prerequisite that all of the active ingredients that can be selected are actually available for the therapy at the end of the day.

In einer Ausführung des Verfahrens ist in jeder der Arrayzellen ein Tumor-hemmender Wirkstoff enthalten ist, der sich von allen der anderen Tumor-hemmenden Wirkstoffe unterscheidet. Auf diese Weise können sehr viele unterschiedliche Wirkstoffe gleichzeitig untersucht werden.In one embodiment of the method, a tumor-inhibiting active ingredient is contained in each of the array cells, which is different from all of the other tumor-inhibiting active ingredients. In this way, a large number of different active substances can be examined at the same time.

Das Verhalten von zumindest einigen der Tumorzellen kann optisch, durch markierte Nährstoffe, durch eine optische ph-Wertbestimmung, durch eine elektrische ph-Wert-Bestimmung und/oder durch molekularbiologische Mittel z. B. bezüglich RNA oder Stoffwechselprodukten der Tumorzellen analysiert werden. Dies sind bekannte Verfahren, die zu sicheren Ergebnissen führen. Insbesondere kann auch eine Kombination dieser Verfahren eingesetzt werden.The behavior of at least some of the tumor cells can be determined optically, through labeled nutrients, through an optical pH value determination, through an electrical pH value determination and / or through molecular biological means e.g. B. be analyzed with respect to RNA or metabolic products of the tumor cells. These are well-known procedures that give safe results. In particular, a combination of these methods can also be used.

Die Analyse der Tumorzellen kann eine Untersuchung des Wachstums und/oder der Stoffwechselaktivität der Tumorzellen umfassen, so dass zuverlässig erkannt werden kann, ob noch eine signifikante Anzahl von Tumorzellen lebend bzw. aktiv ist.The analysis of the tumor cells can include an examination of the growth and / or the metabolic activity of the tumor cells, so that it can be reliably recognized whether a significant number of tumor cells are still alive or active.

Als Medium kann ein Nährstoffmedium verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Tumorzellen nicht durch äußere Umstände beeinträchtigt werden.A nutrient medium can be used as the medium to ensure that the tumor cells are not affected by external circumstances.

Typischerweise ist die gesuchte Wirkstoffkombination dann identifiziert, sobald im Rahmen der Analyse keine beobachtbare Zahl von Tumorzellen mehr überlebt hat.Typically, the sought-after combination of active ingredients is identified as soon as no observable number of tumor cells have survived in the course of the analysis.

Es wird somit hierin in Ausgestaltung eine automatisierte technische Vorrichtung in Form eines Silizium-Array-Chips, ggf. integriert in eine Lab-on-Chip-Plattform, und ein hochparallelisiertes und weitgehend automatisiertes Verfahren zur Auffindung einer für den jeweiligen Patienten bzw. Tumor optimalen Therapie, die in der Regel eine Kombinationstherapie sein wird, vorgestellt. Die Therapie kann aus einer Kombination von zytotoxisch wirkenden Substanzen, Antikörpern und Kinase-Inhibitoren usw. bestehen. Im Ergebnis soll erreicht werden, dass die Tumorzellen der „minimal residual disease“ durch die Patienten- und Tumorspezifische Wirkstoffkombination so „hart“ getroffen werden, dass die im Körper verbleibende Tumorlast, das Residuum, unter die erwähnte kritische Schwelle fällt und damit die Rückfallrate in Richtung 0% und die Heilungsrate in Richtung 100% getrieben werden kann.Thus, in one embodiment, an automated technical device in the form of a silicon array chip, possibly integrated into a lab-on-chip platform, and a highly parallelized and largely automated method for finding an optimal one for the respective patient or tumor Therapy, which will usually be a combination therapy, is presented. The therapy can consist of a combination of cytotoxic substances, antibodies and kinase inhibitors etc. The result is that the tumor cells of the “minimal residual disease” are hit so “hard” by the patient and tumor-specific active ingredient combination that the tumor burden remaining in the body, the residue, falls below the aforementioned critical threshold and thus the relapse rate in Towards 0% and the healing rate can be driven towards 100%.

Es wird dabei vorausgesetzt, dass aus dem Patienten eine ausreichende Menge von aktivem, d. h. vitalem, Tumormaterial zur Verfügung steht, z. B. aus Biopsien oder in Form des gesamten Primärtumors selbst oder zumindest aus Teilen des Primärtumors vor oder nach dessen operativer Entfernung. Dieses Tumormaterial wird typischerweise zellschonend und lebenserhaltend zu sogenannten dreidimensionalen Tumorzellclustern oder auch Tumororganoiden zerkleinert, die anschließend in geeigneten Nährmedien und Vorrichtungen kultiviert und vemehrt werden. In Ausgestaltung werden diese dreidimensionalen Tumorzellcluster oder -organoide kultiviert und in sogenannten „Organ-on-Chip“-Systemen vermehrt. Das sind ebenfalls automatisierte geschlossene Systemlösungen, in denen für die Tumorzellcluster günstige Wachstumsbedingungen für deren Überleben und Proliferation bereitgestellt werden. Solche „Organ-on-Chip“-Systeme oder auch alternative Vorrichtungen, wie sie in zahlreichen Varianten bekannt sind, werden nachfolgend nicht näher betrachtet. Die Probenmaterialgewinnung aus dem Primärtumor oder deren Vermehrung oder Vorrichtungen zur Probenmaterialgewinnung und/oder Probenvermehrung werden bei dem vorgestellten Verfahren lediglich genutzt, jedoch nicht als Erfindungsgegenstand beansprucht.It is assumed that a sufficient amount of active, ie vital, tumor material is available from the patient, e.g. B. from biopsies or in the form of the entire primary tumor itself or at least from parts of the primary tumor before or after its surgical removal. This tumor material typically becomes so-called cell-friendly and life-sustaining three-dimensional tumor cell clusters or tumor organoids, which are then cultivated and propagated in suitable nutrient media and devices. In one embodiment, these three-dimensional tumor cell clusters or organoids are cultivated and propagated in so-called “organ-on-chip” systems. These are also automated, closed system solutions in which the tumor cell clusters are provided with favorable growth conditions for their survival and proliferation. Such “organ-on-chip” systems or alternative devices, as they are known in numerous variants, are not considered in more detail below. The extraction of sample material from the primary tumor or its reproduction or devices for sample material extraction and / or sample reproduction are only used in the method presented, but are not claimed as the subject matter of the invention.

Das vorgestellte Verfahren hingegen verwirklicht eine Lösungsstrategie, wie unter Einsatz von „Organ-on-Chip“-Entwicklungen wie vorstehend erwähnt aus den damit generierten Tumorzellorganoiden eine patientenspezifische individualisierte Tumortherapie abgeleitet werden kann.The presented method, however, realizes a solution strategy as to how a patient-specific, individualized tumor therapy can be derived from the tumor cell organoids generated using “organ-on-chip” developments as mentioned above.

Es wird davon ausgegangen, dass ein Ensemble von für den Primärtumor statistisch relevanten Tumorzellclustern bzw. Tumororganoiden bzw. Tumorzellen in ausreichend großer Zahl in einem geeigneten Nährmedium kultiviert zur Verfügung steht, um damit eine grosse Zahl von aussagekräftigen, d. h. statistisch relevanten, Experimenten in der nachfolgend beschriebenen Vorrichtung gemäß dem nachfolgend beschriebenem Verfahren durchführen zu können.It is assumed that an ensemble of tumor cell clusters or tumor organoids or tumor cells that are statistically relevant for the primary tumor is available cultivated in a suitable nutrient medium in a sufficiently large number so that a large number of meaningful, i. H. to be able to carry out statistically relevant experiments in the device described below according to the method described below.

Bei der vorgestellten Vorrichtung handelt es sich um ein Mikroarray bzw. einen Mikroarraychip, der über eine Vielzahl von Arrayzellen mit nur wenigen Nanolitern oder sogar nur wenigen 10 bis 100 Picolitern Einzelzellvolumina verfügt. Es kann sich bspw. um einen Chip mit 100 bis 1000 solcher Arrayzellen handeln, wie es für ein automatisiertes hochparalleles Verfahren mit einem hohen Multiplexgrad erforderlich ist. Dieser Mikroarraychip kann vorteilhaft Teil eines mikrofluidischen Gesamtsystems sein, etwa durch Integration des Microarraychips in eine Lab-on-Chip-Kartuschenlösung, in der bspw. alle weiteren benötigten Reagenzien und Hilfsmedien vorgelagert sind sowie eine mikrofluidische Infrastruktur bereitgestellt wird.The device presented is a microarray or a microarray chip which has a large number of array cells with only a few nanoliters or even only a few 10 to 100 picoliters individual cell volumes. It can be, for example, a chip with 100 to 1000 such array cells, as is required for an automated, highly parallel process with a high degree of multiplexing. This microarray chip can advantageously be part of an overall microfluidic system, for example by integrating the microarray chip into a lab-on-chip cartridge solution in which, for example, all other necessary reagents and auxiliary media are stored and a microfluidic infrastructure is provided.

Die Arrayzellen der Mikroarraychips werden in Ausgestaltung einheitlich mit zytotoxisch wirksamen Einzelsubstanzen bzw. Zytostatika, Kinaseinhibitoren, Antikörpern usw. bestückt, z. B. durch Einspotten der jeweiligen einzelnen Wirksubstanz in die jeweilige Arrayzelle in bezogen auf das Arrayzellvolumen therapeutischer Dosierung. Die Mikroarraychips stellen also eine Matrix von unterschiedlichen Einzel-Wirkstoffen in jeweils therapeutisch relevanter Dosis in jeder unterschiedlichen Einzel-Arrayzelle dar, welche potenziell Tumorzellen abtöten können. Durch die identische Ausgestaltung dieser Wirkstoffmatrix bzw. der Mikroarraychips wird erreicht, dass die Mikroarraychips standardisiert in einem industriellen Fertigungsprozess kostengünstig hergestellt bzw. mit Wirkstoffen bestückt werden können. Die große Zahl von Arrayzellen der Mikroarraychips entsprechend einer grossen Zahl von Wirkstoffen bewirkt einen hohen Multiplexgrad, d. h. eine Vielzahl von Einzelsubstanzen wird gleichzeitig, insbesondere hochparallel, an Tumororganoiden testbar.The array cells of the microarray chips are uniformly equipped with cytotoxically effective individual substances or cytostatics, kinase inhibitors, antibodies, etc., z. B. by spotting the respective individual active substance in the respective array cell in a therapeutic dosage based on the array cell volume. The microarray chips thus represent a matrix of different individual active ingredients in each therapeutically relevant dose in each different individual array cell, which can potentially kill tumor cells. The identical configuration of this active substance matrix or the microarray chips means that the microarray chips can be manufactured cost-effectively or equipped with active substances in an industrial manufacturing process in a standardized manner. The large number of array cells of the microarray chips, corresponding to a large number of active substances, results in a high degree of multiplexing, i.e. H. A large number of individual substances can be tested simultaneously, in particular in a highly parallel manner, on tumor organoids.

Für die Bestückung der Mikroarraychips ist wesentlich, dass damit eine möglichst umfassende Wirkstoffpalette abgedeckt wird. Das schließt ausdrücklich auch sogenannte „Therapieversager“ mit ein. Das sind Wirkstoffe, die im Verlauf ihrer klinischen Erprobung zwar ein ausreichendes Sicherheitsprofil nachweisen konnten, jedoch enttäuschende Therapieerfolge zeigten und damit im Zulassungsverfahren gescheitert sind. Ein enttäuschender Therapieerfolg in einer klinischen Erprobung muss vor dem Hintergrund der bekannten Heterogenität von Tumoren so interpretiert werden, dass nur ein kleiner Teil der Tumormasse bzw. nur ein „kleiner Teil“ innerhalb eines Tumors von der Therapie getroffen werden konnte, was angesichts eben dieser Heterogenität an sich nicht überraschend ist und auch keine Abwertung eines Wirkstoffes erlaubt. Da es solche „kleinen Teile“ in allen Tumoren gibt und auch diese von der Therapie vollständig eliminiert werden müssen, ist es essentiell, auch die bezüglich einer Gesamttumormasse als „Therapieversager“ abgewerteten Wirkstoffe mit einzubeziehen. Es ist nicht ausreichend, mit einem „Blockbuster-Wirkstoff“ 95% der Tumorzellen zu treffen. Die Therapie muss auch die restlichen 5% der Tumorzellen erfassen. Dies bietet bspw. für große Pharmaunternehmen die Chance, auch solche Substanzen mit zunächst enttäuschenden Wirksamkeitsergebnissen aus einer früheren klinischen Erprobung später in einem geänderten Setting wieder in Verkehr zu bringen und die immensen Entwicklungskosten zumindest teilweise wieder einzuholen.For the assembly of the microarray chips, it is essential that the most comprehensive possible range of active substances is covered. This also expressly includes so-called "therapy failures". These are active ingredients that were able to demonstrate a sufficient safety profile in the course of their clinical trials, but showed disappointing therapeutic success and thus failed in the approval process. A disappointing therapeutic success in a clinical trial must be interpreted against the background of the known heterogeneity of tumors in such a way that only a small part of the tumor mass or only a "small part" within a tumor could be affected by the therapy, which in view of this heterogeneity in itself is not surprising and also no devaluation of an active ingredient is permitted. Since there are such "small parts" in all tumors and these too have to be completely eliminated by the therapy, it is essential to also include the active ingredients that have been assessed as "therapy failures" in relation to the total tumor mass. It is not enough to hit 95% of the tumor cells with a “blockbuster agent”. The therapy must also cover the remaining 5% of the tumor cells. For large pharmaceutical companies, for example, this offers the opportunity to bring substances with initially disappointing efficacy results from earlier clinical trials back onto the market in a changed setting and to at least partially recoup the immense development costs.

Eine Ausführung des hierin erläuterten Verfahrens zur Identifikation einer optimalen personalisierten Wirkstoffkombination mit Hilfe der beschriebenen funktionalisierten Mikroarraychips läuft wie folgt ab:

Die Mikroarraychips werden mit die Tumorzellcluster oder -organoide enthaltendem Nährstoffmedium überschichtet. Dabei füllt die wässrige Nährstofflösung mit den darin enthaltenen Tumorzellclustern alle Arrayzellen auf. Hierbei muss über die Konzentration der Tumorzellcluster in der Lösung sichergestellt werden, dass sich eine für den Gesamttumor statistisch relevante Zahl von Tumorzellen bzw. Tumorzellclustern in jeder einzelnen Arrayzelle wiederfindet. Die Reaktion der Tumorzellen in jeder Arrayzelle auf den jeweils vorgelegten Wirkstoff muss also repräsentativ sein für den Gesamttumor, was eine ausreichend große Zahl von Tumorzellen bzw. Tumorzellcluster pro Mikroarrayzelle und damit ausreichende Probenkonzentration in der Nährstofflösung voraussetzt.

An implementation of the method explained here for the identification of an optimal personalized combination of active ingredients with the aid of the functionalized microarray chips described proceeds as follows:

The microarray chips are covered with nutrient medium containing the tumor cell clusters or organoids. The aqueous nutrient solution with the tumor cell clusters it contains fills all of the array cells. Here must be about the concentration of Tumor cell clusters in the solution ensure that a number of tumor cells or tumor cell clusters that is statistically relevant for the total tumor is found in each individual array cell. The reaction of the tumor cells in each array cell to the particular active substance presented must therefore be representative of the total tumor, which requires a sufficiently large number of tumor cells or tumor cell clusters per microarray cell and thus a sufficient sample concentration in the nutrient solution.

Die Tumorzellcluster werden auch in den Arrayzellen abgesehen vom Einfluss der darin vorgelagerten Wirkstoffe unter günstigen Proliferationsbedingungen gehalten, z. B. hinsichtlich Temperatur und Nährstoffversorgung, und ihr Wachstum bzw. ihre Stoffwechselaktivität unter dem Einfluss des jeweils in therapeutischer Dosierung in jeder Arrayzelle vorgelegten Wirkstoffes analysiert.The tumor cell clusters are also kept in the array cells, apart from the influence of the active substances stored therein, under favorable proliferation conditions, e.g. B. with regard to temperature and nutrient supply, and their growth or metabolic activity under the influence of the active ingredient presented in therapeutic doses in each array cell.

Diese Analyse kann beispielsweise optisch erfolgen, etwa durch Vorhalten oder Einbringen von pH-Wert abhängigen Farbstoffen in die Arrayzellen des Mikroarraychips. Da ein aktiver Tumorstoffwechsel zur Energiegewinnung Glukose aus der Nährlösung direkt in Glukonsäure verstoffwechselt und damit den pH-Wert der Nährlösung in Richtung niedrigerer pH-Werte, also in Richtung „sauer“, verschiebt, kann über eine dadurch bedingte Farbänderung des bzw. der Farbstoffe ein Rückschluss auf die Vitalität der Tumorzellen bzw. Tumorzellcluster unter dem Einfluss des jeweils in therapeutischer Dosierung einwirkenden Wirkstoffes getroffen werden. Solche pH-Wert-abhängigen Farbstoffe, sogenannte pH-Indikatoren, sind in einer Vielzahl bekannt. Die Verfärbung kann unmittelbar mit einer Kamera optisch hochparallel ausgelesen und in eine elektrische Information gewandelt werden, die einen Rückschluss auf die Vitalität der Tumorzellen jeder einzelnen Arrayzelle erlaubt.This analysis can be done optically, for example, by holding or introducing pH-dependent dyes into the array cells of the microarray chip. Since an active tumor metabolism metabolizes glucose from the nutrient solution directly into gluconic acid to generate energy and thus shifts the pH value of the nutrient solution towards lower pH values, i.e. towards "acidic", a resulting color change of the dye (s) can result Conclusions can be drawn about the vitality of the tumor cells or tumor cell clusters under the influence of the active ingredient acting in therapeutic doses. A large number of such pH-dependent dyes, so-called pH indicators, are known. The discoloration can be read out directly with a camera in a highly parallel optical manner and converted into electrical information that allows conclusions to be drawn about the vitality of the tumor cells of each individual array cell.

Die Analyse kann auch durch markierte Nährstoffe erfolgen, z. B. in Form von markierter Glukose, die von vitalen Tumorzellen aufgenommen und verstoffwechselt werden kann. Mit der Nährstoffaufnahme gelangt die markierende Substanz in die Tumorzellen und mit der Verstoffwechselung kann sie aktiviert werden. Die Markierung kann insbesondere eine optische Markierung in Form von Farbstoffen sein, die erst nach der Umsetzung im Tumorzellstoffwechsel optisch sichtbar werden. Insbesondere kann es sich bei den Farbstoffen um gequenchte Fluoreszenzfarbstoffe handeln, die aus einem Paar von Fluorophor und einem in unmittelbarer Nachbarschaft befindlichen Quencher bestehen. Fluorophor und Quencher können beispielsweise am Glukosemolekül addiert und räumlich eng benachbart vorliegen, so dass eine Fluoreszenz aufgrund ihrer räumlichen Nähe zunächst unterdrückt ist. Erst durch eine Stoffwechsel-bedingte Trennung von Fluorophor und Quencher, etwa durch Abspaltung des Quenchers und/oder Abspaltung des Quenchers und Abspaltung des dann freien Fluorophors, kann letzteres zum Beispiel durch eine Fluoreszenzemission optisch sichtbar werden. Mit einer Fluoreszenzauslesung z. B. mit Hilfe einer Kamera und entsprechender optischer Filter können vitale Tumorzellen von nicht mehr vitalen Tumorzellen zumindest integral über einen Helligkeitswert in der jeweiligen Arrayzelle unterschieden und ihr Anteil für jede Arrayzelle quantifiziert werden.The analysis can also be done by labeled nutrients, e.g. B. in the form of labeled glucose, which can be absorbed and metabolized by vital tumor cells. With the uptake of nutrients, the marking substance reaches the tumor cells and with the metabolism it can be activated. The marking can in particular be an optical marking in the form of dyes which only become visible after the conversion in the tumor cell metabolism. In particular, the dyes can be quenched fluorescent dyes, which consist of a pair of fluorophore and a quencher located in the immediate vicinity. The fluorophore and quencher can, for example, be added on the glucose molecule and are spatially closely spaced, so that fluorescence is initially suppressed due to their spatial proximity. Only through a metabolic separation of fluorophore and quencher, for example by splitting off the quencher and / or splitting off the quencher and splitting off the then free fluorophore, can the latter become optically visible, for example through fluorescence emission. With a fluorescence reading z. B. with the help of a camera and a corresponding optical filter, vital tumor cells can be differentiated at least integrally from tumor cells that are no longer vital via a brightness value in the respective array cell and their proportion can be quantified for each array cell.

Die Analyse kann auch durch eine elektrische pH-Wertbestimmung mithilfe von Elektroden, also Kathode, Referenzelektrode und Arbeitselektrode, die als pH-Meter in die Arrayzellen des Mikroarrays eingebracht werden können, durchgeführt werden. Auf diese Art kann direkt ein elektrisches Messsignal aus den Arrayzellen generiert werden und über ein Bussystem einer Datenverarbeitungsanlage zugeführt werden. Der pH-Wertverlauf über der Zeit spiegelt die Aktivität der Tumorzellen in der jeweiligen Arrayzelle unter dem Einfluss des jeweiligen Wirkstoffs wider.The analysis can also be carried out by means of an electrical pH value determination with the aid of electrodes, i.e. cathode, reference electrode and working electrode, which can be inserted into the array cells of the microarray as a pH meter. In this way, an electrical measurement signal can be generated directly from the array cells and fed to a data processing system via a bus system. The course of the pH value over time reflects the activity of the tumor cells in the respective array cell under the influence of the respective active ingredient.

Desweiteren besteht die Möglichkeit, die Tumoraktivität mit molekularbiologischen Mitteln auszuwerten, bspw. durch quantitative Nachweise von RNA (Ribonukleinsäure) oder Stoffwechselprodukten in den Arrayzellen des Mikroarrays. RNA ist ein direkter Indikator für Stoffwechselaktivität und damit Vitalität der Tumorzellen. Eine vergleichbare Aussage gilt auch für zahlreiche Stoffwechselprodukte aus den Tumorzellen, die leicht identifizierbar sein sollten und deren quantitative Analyse Aufschluss über die Stoffwechselaktivität und damit Vitalität der Tumorzellen geben kann.Furthermore, there is the possibility of evaluating the tumor activity with molecular biological means, for example by quantitative detection of RNA (ribonucleic acid) or metabolic products in the array cells of the microarray. RNA is a direct indicator of metabolic activity and thus the vitality of tumor cells. A comparable statement also applies to numerous metabolic products from the tumor cells, which should be easily identifiable and whose quantitative analysis can provide information about the metabolic activity and thus the vitality of the tumor cells.

Die wie auch immer ausgeführte real-time Analyse der Stoffwechselaktivität liefert eine quantitative Aussage über den Response der Tumorzellcluster auf den jeweils in therapeutischer Dosierung in der jeweiligen Mikroarrayzelle vorliegenden Wirkstoff. In der Regel wird nirgendwo ein 100% Response auftreten, sondern stattdessen kein oder ein partieller Response. Das heißt, für jede Arrayzelle kann quantitativ festgestellt werden, wie effektiv das darin vorgelagerte Therapeutikum die Tumoraktivität beeinträchtigt. In einem ersten Auswahlschritt wird ein Favorit 1 bestimmt, der den stärksten Response des Tumorensembles bewirkt hat.The real-time analysis of the metabolic activity, regardless of how it is carried out, provides a quantitative statement about the response of the tumor cell clusters to the active ingredient present in the respective microarray cell in therapeutic doses. As a rule, a 100% response will not occur anywhere, but instead no or a partial response. This means that it can be determined quantitatively for each array cell how effectively the therapeutic agent stored therein impairs tumor activity. In a first selection step, a favorite 1 is determined which has caused the strongest response of the tumor ensemble.

Die dem stärksten Response entsprechende Wirksubstanz, der Favorit 1, wird in therapeutischer Dosierung einer zweiten Nährlösung mit Tumorzellclustern wie zuvor beigemischt und diese Mischung einem zweiten identischen Mikroarraychip zugeführt, vorteilhaft wiederum in einem automatisierten mikrofluidischen Netzwerk eines Lab-on-Chip. Diese Gemisch aus Nährlösung, Tumorzellclustern und „Therapiefavorit der 1. Runde“ füllt wiederum sämtliche Arrayzellen auf, so dass nunmehr nach einer der vorstehend beschriebenen Methoden erneut der Response der Tumorzellcluster in jeder Arrayzelle bestimmt werden kann. Man beobachtet somit den Response auf eine Kombination aus „Therapiefavorit der 1. Runde“ und der jeweils in der Arrayzelle vorgelagerten Wirksubstanz. Die Wirksubstanz, die in der Kombination den stärksten Response liefert, wird als „Therapiefavorit der 2. Runde“ identifiziert.The active substance corresponding to the strongest response, Favorite 1, is added in therapeutic dosage to a second nutrient solution with tumor cell clusters as before and this mixture is fed to a second identical microarray chip, advantageously again in an automated microfluidic network of a lab-on-chip. This mixture of nutrient solution, tumor cell clusters and " The first round therapy favorite “fills up all array cells, so that the response of the tumor cell clusters in each array cell can now be determined again using one of the methods described above. The response to a combination of “therapy favorite of the 1st round” and the active substance stored in front of the array cell is thus observed. The active substance that delivers the strongest response in the combination is identified as the “therapy favorite of the 2nd round”.

In einer 3. Runde wird einer dritten Nährlösung mit Tumorzellclustern wie vor eine Kombination aus den „Therapiefavoriten der 1. und der 2. Runde“ in therapeutischer Dosierung beigemischt und einem dritten identischen Mikroarraychip zugeführt, wiederum vorteilhaft in einem Lab-on-Chip zur automatisierten Kontrolle der fluidischen Vorgänge. Die Wirksubstanz, in deren Arrayzellen man in Kombination mit „Therapiefavorit 1 und 2“ den stärksten Response beobachtet, wird zum „Therapiefavoriten 3“ gewählt. Dieses iterative Vorgehen kann im Prinzip beliebig oft, d. h. n mal, wiederholt werden.In a third round, a combination of the “therapy favorites of the first and second round” is added to a third nutrient solution with tumor cell clusters in therapeutic doses and fed to a third identical microarray chip, again advantageously in a lab-on-chip for automated purposes Control of the fluidic processes. The active substance in whose array cells one observes the strongest response in combination with "therapy favorites 1 and 2" is chosen as "therapy favorites 3". In principle, this iterative procedure can be repeated as often as required, i. H. n times, to be repeated.

In einer n-ten Runde wird einer n-ten Nährlösung mit Tumorzellclustern wie vor eine Kombination aus den Therapiefavoriten der Runden 1, 2, ....n-1 in therapeutischer Dosierung beigemischt und einem n-ten identischen Mikroarraychip zugeführt, wobei ein Lab-on-Chip vorteilhaft die Automatisierung der fluidischen Vorgänge bewerkstelligt. In Verbindung mit einer der vorstehend beispielhaft genannten Detektionsmethoden führt dies zur Identifikation eines „Therapiefavoriten n“.In an n-th round, a combination of the therapy favorites from rounds 1, 2, .... n-1 is added in therapeutic doses to an n-th nutrient solution with tumor cell clusters, as before, and fed to an n-th identical microarray chip, with a rennet -on-Chip advantageously accomplished the automation of fluidic processes. In connection with one of the detection methods mentioned above as an example, this leads to the identification of a “therapy favorite n”.

Sobald bei diesem iterativen Vorgehen ein vollständiger Response erreicht ist, d. h. keine beobachtbare Zahl von Tumorzellen in der Kombination der Therapiefavoriten mehr überlebt, hat man eine für den Patienten optimale Kombinationstherapie gefunden.As soon as a complete response is achieved with this iterative procedure, i. H. If no observable number of tumor cells survive in the combination of the therapy favorites, a combination therapy that is optimal for the patient has been found.

In der Praxis wird die benötigte Anzahl n von Iterationen zwischen drei und fünf liegen, in seltenen Fällen eventuell auch mal größer oder kleiner. Wesentlich bei dem beschriebenen Vorgehen ist, dass während der Iterationen keine Wirksubstanz endgültig verworfen wird. In jeder Runde werden wieder alle im Mikroarraychip vorgelagerten Wirkstoffe erneut getestet, jedesmal in einer erweiterten Kombination mit den bereits davor ausgewählten Favoriten. Dadurch wird sichergestellt, dass auch solche Wirkstoffe eine Chance bekommen, die alleine für sich nur einen geringen oder gar keinen Response erzielen würden, jedoch in der richtigen Kombination mit anderen Wirkstoffen erfolgreich agieren. Ein Wirkstoff, der zu Anfang übersehen oder dessen Potenzial zu gering bewertet wurde, hat somit in den Folgerunden immer noch die Chance, sein volles Potenzial zu demonstrieren.In practice, the required number n of iterations will be between three and five, in rare cases possibly larger or smaller. It is essential in the procedure described that no active substance is finally discarded during the iterations. In each round, all active ingredients stored in the microarray chip are tested again, each time in an extended combination with the favorites already selected. This ensures that even those active ingredients get a chance that on their own would only achieve a small or no response, but act successfully in the right combination with other active ingredients. An active ingredient that was overlooked at the beginning or whose potential was rated too low therefore still has the chance to demonstrate its full potential in the subsequent rounds.

Es ist auch möglich, unabhängig mehrere Kaskaden von Iterationen zu starten, etwa dann, wenn es in einer frühen Runde, z. B. in einer ersten Runde, mehrere Wirkstoffkandidaten mit annähernd gleichwertigem Responseverhalten gibt. Da keine Wirkstoffkandidaten in den Folgeiterationen verworfen werden, sondern immer wieder neu im Spiel sind, hat man durch mehrere parallel durchgeführte Iterationskaskaden mit verschiedenen Startpunkten bzw. Startwirkstoffen auch eine gewisse Qualitätskontrolle für die final bestimmte Wirkstoffkombination. Im günstigsten Fall konvergieren mehrere Iterationskaskaden von verschiedenen Startpunkten bzw. Startwirkstoffen ausgehend in ein- und dieselbe Kombination von finalen Favoriten. Weitere Kriterien bei der Entscheidung zwischen mehreren nahezu gleichwertigen Wirkstoffkandidaten einer Runde können auch deren Toxizitätsprofile sein. Es werden dann aus gleichwertigen Kandidaten diejenigen Wirkstoffe favorisiert, die für den Patienten möglichst gut tolerierbar sind. Dasselbe gilt auch in dem Fall, dass ausgehend von verschiedenen Startpunkten bzw. Startwirkstoffen im Zuge der Iterationen keine Konvergenz in eine identische Kombination von finalen Favoriten stattfindet, sondern es am Ende mehrere verschiedene optimale Kombinationen von finalen Favoriten gibt. In dem Fall wird diejenige Kombination bevorzugt, die die geringsten Nebenwirkungen oder Risiken für den Patienten erwarten lässt.It is also possible to start several cascades of iterations independently, for example if there is an early round, e.g. B. in a first round, there are several drug candidates with approximately equivalent response behavior. Since no active ingredient candidates are discarded in the subsequent iterations, but are always new in the game, one has a certain quality control for the finally determined combination of active ingredients through several parallel iteration cascades with different starting points or starting active ingredients. In the best case, several iteration cascades converge from different starting points or starting active ingredients into one and the same combination of final favorites. Further criteria when deciding between several nearly equivalent drug candidates in a round can also be their toxicity profiles. From the equivalent candidates, those active ingredients are then preferred that are as tolerable as possible for the patient. The same also applies in the event that, proceeding from different starting points or starting active ingredients, in the course of the iterations there is no convergence into an identical combination of final favorites, but instead there are several different optimal combinations of final favorites at the end. In this case, that combination is preferred which can be expected to have the least side effects or risks for the patient.

Dank weitgehender Automatisierung der Abläufe in einer mikrofluidischen Infrastruktur eines Lab-on-Chip-Systems und der hochparallelen Realisierung eines hohen Multiplexgrades durch die vorgestellten standardisierten Mikroarraychips ist es möglich, diese Iterationen kostengünstig und schnell durchzuführen, da sich die händischen Eingriffe auf das Zusetzen der Favoriten in ein jeweils neues Gemisch aus Nährlösung und Tumorzellclustern beschränkt. Dadurch wird der Personalaufwand und damit der dominierende Kostenfaktor minimiert und der Zeitbedarf insgesamt niedrig gehalten, was eine Individualisierung der Therapie für jeden einzelnen Patienten ermöglicht. Die Standardisierung der Mikroarraychips gestattet die kostengünstige Massenfertigung von identisch mit Wirkstoffen bestückten Arrayprodukten bzw. diese enthaltenden Lab-on-Chip-Lösungen.Thanks to the extensive automation of the processes in a microfluidic infrastructure of a lab-on-chip system and the highly parallel implementation of a high degree of multiplexing using the standardized microarray chips presented, it is possible to carry out these iterations quickly and inexpensively, as manual interventions relate to adding favorites limited in each case to a new mixture of nutrient solution and tumor cell clusters. This minimizes the personnel expenditure and thus the dominant cost factor and the overall time requirement is kept low, which enables the therapy to be individualized for each individual patient. The standardization of the microarray chips allows the cost-effective mass production of array products containing identical active ingredients or lab-on-chip solutions containing them.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.Further advantages and configurations of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

FigurenlisteFigure list

1 shows an embodiment of the described method in a flowchart.
2 shows a schematic representation of an embodiment of the presented microarray.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. The invention is shown schematically on the basis of embodiments in the drawings and is described in detail below with reference to the drawings.

1 zeigt eine Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens. In einem ersten Schritt 10 werden Tumorzellen, bspw. in Tumorzellenclustern, in Mikroarrayzellen eines ersten Mikroarrays eingegeben. Die Arrayzellen sind jeweils mit einem einzigen Tumor-hemmenden Wirkstoff bestückt. Dabei werden unterschiedliche Tumor-hemmende Wirkstoffe verwendet. In einem zweiten Schritt 12 wird die Tumoraktivität unter dem Einfluss des jeweiligen Wirkstoffes in den einzelnen Mikroarrayzellen überwacht. Es erfolgt dann auf Grundlage dieser Überwachung in einem Schritt 14 eine Auswahl eines Favoriten unter den Tumor-hemmenden Wirkstoffen unter Berücksichtigung der Reaktion bzw. der Response der Tumorzellen auf den jeweiligen Tumor-hemmenden Wirkstoff. In einem weiteren Schritt 16 wird der favorisierte Wirkstoff einem Medium mit Tumorzellen zugegeben und dieses Medium dann in einen weiteren Mikroarray, der dem ersten Mikroarray entspricht bzw. identisch zu diesem ist, eingegeben. Die Schritte 10 bis 16 werden somit iterativ durchgeführt, wie mit einem Pfeil 18 verdeutlicht ist. 1 shows an embodiment of the method described. In a first step 10 tumor cells, for example in tumor cell clusters, are introduced into microarray cells of a first microarray. The array cells are each equipped with a single tumor-inhibiting agent. Different tumor-inhibiting agents are used. In a second step 12th the tumor activity is monitored under the influence of the respective active ingredient in the individual microarray cells. It then takes place in one step on the basis of this monitoring 14th a selection of a favorite among the tumor-inhibiting active ingredients, taking into account the reaction or the response of the tumor cells to the respective tumor-inhibiting active ingredient. In a further step 16 the preferred active ingredient is added to a medium with tumor cells and this medium is then entered into a further microarray which corresponds to or is identical to the first microarray. The steps 10 until 16 are thus carried out iteratively, as with an arrow 18th is made clear.

2 zeigt in schematischer, stark vereinfachter Darstellung ein Mikroarray zur Durchführung des hierin beschriebenen Verfahrens, das insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. In diesem Mikroarry 50 sind in eine Scheibe 54 eine Anzahl von Arrayzellen 51 eingebracht, in denen jeweils ein, oder ausnahmsweise auch kein, Tumor-hemmender Wirkstoff 52 enthalten ist. Diese Tumor-hemmenden Wirkstoffe 52 können alle unterschiedlich sein. In jeder Arrayzelle 51 ist dann ein Tumor-hemmender Wirkstoff 52, der sich von allen anderen Tumor-hemmenden Wirkstoffen 52 in dem Mikroarray 50 unterscheidet. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass in den hier dargestellten vierundzwanzig Arrayzellen 51 bspw. sechs unterschiedliche Tumor-hemmenden Wirkstoffe 52 enthalten sind. Dies könnte bedeuten, dass jeweils in vier der Arrayzellen 51 ein identischer Tumor-hemmender Wirkstoff 52 enthalten ist. So können die Reaktionen der Tumorzellen auf einen identischen Wirkstoff 52 in unterschiedlichen Arrayzellen 51 miteinander verglichen werden. Von Bedeutung ist aber, dass unterschiedliche Tumor-hemmende Wirkstoffe 52 verwendet werden. 2 shows a schematic, greatly simplified representation of a microarray for carrying out the method described herein, denoted as a whole by the reference number 50 is designated. In this microarry 50 are in a disc 54 a number of array cells 51 introduced, in each of which one or, as an exception, no tumor-inhibiting active ingredient 52 is included. These anti-tumor agents 52 can all be different. In every array cell 51 is then a tumor-inhibiting agent 52 that is different from all other tumor-inhibiting agents 52 in the microarray 50 differs. However, it can also be provided that in the twenty-four array cells shown here 51 for example six different tumor-inhibiting agents 52 are included. This could mean in four of each of the array cells 51 an identical anti-tumor agent 52 is included. This allows the reactions of the tumor cells to an identical active ingredient 52 in different array cells 51 be compared with each other. What is important, however, is that different tumor-inhibiting agents 52 be used.

Es kann darüberhinaus auch vorgesehen sein, dass in den hier dargestellten vierundzwanzig Arrayzellen 51 bspw. fünf unterschiedliche Tumor-hemmende Wirkstoffe 52 enthalten sind. Dies könnte bedeuten, dass jeweils in vier der Arrayzellen 51 ein identischer Tumor-hemmender Wirkstoff 52 enthalten ist und vier Arrayzellen 51 keinen Wirkstoff enthalten. Diese vier Arrayzellen 51 können bspw. anderen Zwecken dienen, z. B. als Referenz für das Verhalten der Tumorzellen, wenn die nur den zuvor der Nährstofflösung zugesetzten Wirkstoffen ausgesetzt sind, oder als Markierungen, um das Koordinatensystem der Arrayzellen 51 besser erkennen zu können oder gänzlich anderen hier nicht aufgeführten Zwecken.It can also be provided that in the twenty-four array cells shown here 51 for example five different tumor-inhibiting agents 52 are included. This could mean in four of each of the array cells 51 an identical anti-tumor agent 52 is included and four array cells 51 contain no active ingredient. These four array cells 51 can serve other purposes, e.g. B. as a reference for the behavior of the tumor cells when they are only exposed to the active ingredients previously added to the nutrient solution, or as markers around the coordinate system of the array cells 51 to be able to recognize better or completely different purposes not listed here.

Besonders vorteilhaft werden für die Mikroarraychips sogenannte SiliziumarrayChips verwendet. Silizium lässt sich in idealer Weise durch den sogenannten „Bosch-Prozess zur Tiefenstrukturierung“ in nahezu jede beliebige Geometrie strukturieren, so dass die Größe der Arrayzellen optimal an die Anwendung angepasst werden kann. Ausserdem ist Silizium weitgehend biokompatibel und weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, was die Einstellung von für die Tumorzellproliferation vorteilhaften Bedingungen, wie bspw. ideale Temperaturbedingungen, erleichtert. Besonders vorteilhaft sind Arrayzellen, die durch den Siliziumwafer hindurchgeätzt und am Boden mit einem gasdurchlässigen, für wässrige Medien undurchlässigen Material verschlossen sind. Beispielsweise kann ein Gewebe aus PTFE-Material (PTFE: Polytetrafluorethylen) oder ein mit PTFE-Material beschichtetes Gewebe als Abschluss der Mikroarrayzellen zum Einsatz kommen.So-called silicon array chips are particularly advantageously used for the microarray chips. Silicon can be ideally structured into almost any geometry using the so-called "Bosch process for deep structuring" so that the size of the array cells can be optimally adapted to the application. In addition, silicon is largely biocompatible and has a high thermal conductivity, which makes it easier to set conditions that are advantageous for tumor cell proliferation, such as ideal temperature conditions. Array cells that are etched through the silicon wafer and sealed at the bottom with a gas-permeable material impermeable to aqueous media are particularly advantageous. For example, a fabric made of PTFE material (PTFE: polytetrafluoroethylene) or a fabric coated with PTFE material can be used to close the microarray cells.

Zu beachten ist, dass sich die Arrayzellen in dieser Anordnung besonders gut mit dem die Tumorzellcluster bzw. Tumororganoide enthaltenden wässrigen Nährmedium befüllen lassen, weil die in den Arrayzellen vorhandene Luft leicht nach unten durch das gasdurchlässige Gewebe herausgedrückt werden kann, während die wässrige Flüssigkeit an dem Gewebe aus PTFE-Material selbsttätig stoppt und dieses zumindest unterhalb eines Schwelldrucks von 0,8...1 bar nicht zu durchdringen oder in dieses einzudringen vermag.It should be noted that the array cells in this arrangement can be filled particularly well with the aqueous nutrient medium containing the tumor cell clusters or tumor organoids, because the air present in the array cells can easily be pushed down through the gas-permeable tissue while the aqueous liquid is on the Fabric made of PTFE material stops automatically and this at least below a threshold pressure of 0.8 ... 1 bar is unable to penetrate or penetrate into this.

Über diese gasdurchlässige Schicht bzw. Gewebe ist es weiterhin vorteilhaft möglich, eine kontrollierte Sauerstoffzufuhr bzw. Kohlendioxidabfuhr zu bzw. von den Tumororganoiden weg sicherzustellen, so dass diese nicht in einen anaeroben Umgebungszustand mit Sauerstoffmangel und/oder CO₂-Akkumulation geraten, was die Zellproliferation unter Umständen ergebnisverfälschend hemmen würde. Dabei wird z.B. Luftsauerstoff im Gasraum von der Unterseite her bereitgestellt, der durch das gasdurchlässige für wässrige Medien undurchlässige Material hindurch diffundiert und im Schnittstellenbereich in das wässrige Medium übertritt. In analoger Weise kann an dieser Schnittstelle auch CO₂ aus der Zellatmung der Tumorzellcluster an die Umgebung abgegeben werden.Via this gas-permeable layer or tissue, it is also advantageously possible to ensure a controlled supply of oxygen or carbon dioxide removal to or from the tumor organoids, so that they do not get into an anaerobic environmental state with oxygen deficiency and / or CO ₂ accumulation, which can lead to cell proliferation under certain circumstances would inhibit the result falsifying. In this case, for example, atmospheric oxygen is provided in the gas space from the underside, which diffuses through the gas-permeable material, which is impermeable to aqueous media, and in the interface area passes into the aqueous medium. In an analogous manner, CO ₂ from the cell respiration of the tumor cell clusters can also be released into the environment at this interface.

In besonders vorteilhafter Weise wird die Chip-Unterseite und ggf. auch zusätzlich noch die Chip-Oberseite mit einer perfluorierten Flüssigkeit, z. B. Perfluoralkenen oder aus Perfluoralkylgruppen aufgebauten Verbindungen, umspült. Diese perfluorierten Flüssigkeiten dringen mühelos in das wasserundurchlässige aber gasdurchlässige Gewebe aus PTFE-Material ein bzw. werden von diesem regelrecht aufgesogen. Mit wässrigen Medien vermischen sie sich nicht, so dass die Trennung zwischen wässriger und Fluorkarbonphase gewährleistet ist. Da die erwähnten perfluorierten Flüssigkeiten mehrheitlich ausserordentlich gute Transporteigenschaften für Sauerstoff und CO₂ besitzen, kann damit in idealer Weise ein sehr effizienter und kontrollierter Gasaustausch mit Zufuhr von Sauerstoff und Abfuhr von CO₂ aus den Arrayzellen erreicht werden. Es ist bspw. möglich und vorteilhaft, die perfluorierte Flüssigkeit zu pumpen bzw. umzuwälzen, um einen Flüssigkeitsaustausch mit Zufuhr von frischer Flüssigkeit sicherzustellen. Insbesondere kann die perfluorierte Flüssigkeit im Kreis gepumpt werden, zwischen der Unterseite und/oder Oberseite des Mikroarraychips einerseits und einer weiteren Gewebestruktur aus einem PTFE-Material bzw. mit einer Schicht aus einem PTFE-beschichteten Material andererseits, die eine Verbindung zu einem Gasraum aufweist. Die Verbindung zu einem Gasraum kann ein im Lab-on-Chip vorgehaltener Gasraum mit einer Entlüftungsöffnung, oder eine Schnittstelle bzw. ein Interface durch eine Außenwand des Lab-on-Chip nach außen sein. Dadurch kann eine Art „Atemkreislauf“ für den Gasaustausch zwischen den Mikroarrayzellen und der Außenluft bereitgestellt werden. In a particularly advantageous manner, the underside of the chip and possibly also the upper side of the chip are coated with a perfluorinated liquid, e.g. B. perfluoroalkene or compounds built up from perfluoroalkyl groups washed around. These perfluorinated liquids easily penetrate the water-impermeable but gas-permeable fabric made of PTFE material or are really absorbed by it. They do not mix with aqueous media, so that the separation between the aqueous and fluorocarbon phases is guaranteed. Since most of the perfluorinated liquids mentioned have extremely good transport _{properties for oxygen and CO 2} , a very efficient and controlled gas exchange with supply of oxygen and removal of CO ₂ from the array cells can thus be achieved in an ideal manner. For example, it is possible and advantageous to pump or circulate the perfluorinated liquid in order to ensure a liquid exchange with the supply of fresh liquid. In particular, the perfluorinated liquid can be pumped in a circle between the bottom and / or top of the microarray chip on the one hand and a further fabric structure made of a PTFE material or with a layer of a PTFE-coated material on the other hand, which has a connection to a gas space. The connection to a gas space can be a gas space provided in the lab-on-chip with a ventilation opening, or an interface or an interface through an outer wall of the lab-on-chip to the outside. As a result, a kind of “breathing circuit” can be provided for gas exchange between the microarray cells and the outside air.

Darüberhinaus besitzen die erwähnten perfluorierten Flüssigkeiten auch die Eigenschaft eines sehr guten Wärmeleitvermögens, was in Verbindung mit der guten Wärmeleitfähigkeit des Siliziumarraychips eine besonders exakte Temperaturkontrolle ermöglicht, wie sie für die Einstellung von optimalen Überlebensbedingungen für die Tumorzellcluster vorteilhaft ist.In addition, the perfluorinated liquids mentioned also have the property of very good thermal conductivity, which, in conjunction with the good thermal conductivity of the silicon array chip, enables particularly precise temperature control, which is advantageous for setting optimal survival conditions for the tumor cell clusters.

Das vorgestellte Mikroarray dient zum Durchführen von Analysen an mindestens einer Probe, die in Arrayzellen des Mikroarrays aufzunehmen ist. Es kann somit eine Probe einer Art bzw. aus einem Material oder es können verschiedene Proben untersucht werden. Die Arrayzellen sind in Ausgestaltung in einer Scheibe ausgebildet, wobei die Arrayzellen an einer Vorderseite der Scheibe zur Aufnahme der mindestens einen Probe offen und an einer Rückseite der Scheibe abgeschlossen sind. Weiterhin sind die Arrayzellen im Bereich der Rückseite der Scheibe bspw. mit einem hydrophoben und gasdurchlässigen Material, wie bspw. porösem PTFE (Polytetrafluorethen) oder einem PTFE-Schwamm oder einem Gewebe mit PTFE-Beschichtung, abgeschlossen.The presented microarray is used to carry out analyzes on at least one sample that is to be received in array cells of the microarray. A sample of one type or from a material or different samples can thus be examined. In one embodiment, the array cells are formed in a disk, the array cells being open on a front side of the disk for receiving the at least one sample and being closed on a rear side of the disk. Furthermore, the array cells in the area of the rear side of the pane are sealed with a hydrophobic and gas-permeable material such as porous PTFE (polytetrafluoroethene) or a PTFE sponge or a fabric with a PTFE coating.

Zu beachten ist, dass die genannte Scheibe eine beliebige Form, insbesondere einen beliebigen Umrissverlauf haben kann. So kann diese Scheibe einen kreisrunden Umriss haben, dies ist aber nicht erforderlich. Die Scheibe hat eine Oberfläche, die zur Ausbildung der Arrayzellen vorgesehen ist. Üblicherweise werden diese Siliziumscheiben zu sogenannten Siliziumchips vereinzelt, d. h. durch geeignete Vereinzellungsprozesse wie z. B. Sägen oder Brechen oder „Mahoh- bzw. Stealth-Dicing“ in kleinere Einheiten mit Arrayzellen unterteilt.It should be noted that the said disk can have any shape, in particular any outline. This disc can have a circular outline, but this is not necessary. The disk has a surface which is provided for the formation of the array cells. Usually, these silicon wafers are separated into so-called silicon chips, i. H. through suitable isolation processes such. B. sawing or breaking or "Mahoh or stealth dicing" divided into smaller units with array cells.

Die Arrayzellen können an der Rückseite der Scheibe durch Stopfen aus einem PTFE-Material, das hydrophob und gasdurchlässig ist, abgeschlossen sein.The array cells can be closed off at the rear of the disk by plugs made of a PTFE material that is hydrophobic and gas-permeable.

Weiterhin können die Arrayzellen an der Rückseite der Scheibe durch eine Matte aus einem PTFE-Material, das hydrophob und gasdurchlässig ist, abgeschlossen sein.Furthermore, the array cells on the rear side of the pane can be closed off by a mat made of a PTFE material that is hydrophobic and gas-permeable.

Es wird somit ein Mikroarraychip mit einer Vielzahl von Arrayzellen vorgestellt, die mit jeweils einem einzigen Tumor-hemmenden Wirkstoff bestückt sind im Sinne einer Matrixanordnung vieler Wirkstoffe über die Arrayzellen. Einzelne Arrayzellen können auch frei von Wirkstoffen bleiben. Die Mikroarraychips liefern einen hohen Multiplexgrad und sind vorteilhaft Teil eines Lab-on-Chip-Systems, das die mikrofluidische Infrastruktur und eine weitgehende Automatisierung der Abläufe bereitstellt. Durch eine mehrmalige Iteration von:

Eingabe von in einem Nährmedium kultivierten Tumorzellclustern bzw. - organoiden in die Mikroarrayzellen,
Überwachen der Tumoraktivität unter dem Einfluss des jeweiligen Wirkstoffes in den Mikroarrayzellen,
Auswahl eines Favoriten bezüglich jeweils erzielten Tumorresponse,
Zusatz des/der Favoriten zu einem neuen Nährmedium mit Tumorzellclustern bzw. Tumororganoiden und Eingabe in die Mikroarrayzellen eines neuen identischen Mikroarrays,
wird eine individuell auf den Patienten bzw. auf seinen Tumor optimierte Wirkstoffkombination identifiziert, welche z. B. für eine adjuvante Therapie zur Vermeidung von Rückfällen bzw. Metastasierung Verwendung finden kann.

A microarray chip with a large number of array cells is thus presented, each of which is equipped with a single tumor-inhibiting active ingredient in the sense of a matrix arrangement of many active ingredients over the array cells. Individual array cells can also remain free of active substances. The microarray chips provide a high degree of multiplexing and are advantageously part of a lab-on-chip system that provides the microfluidic infrastructure and extensive automation of the processes. By iterating several times:

Input of tumor cell clusters or organoids cultivated in a nutrient medium into the microarray cells,
Monitoring of the tumor activity under the influence of the respective active substance in the microarray cells,
Selection of a favorite with regard to the tumor response achieved in each case,
Addition of the favorite (s) to a new nutrient medium with tumor cell clusters or tumor organoids and input into the microarray cells of a new identical microarray,
an active ingredient combination that is individually optimized for the patient or for his tumor is identified, which z. B. can be used for adjuvant therapy to avoid relapses or metastasis.

Der Prozessablauf kann Bestandteil einer Software-Steuerung eines Analyzers und/oder eines schriftlichen Protokolls sein.The process sequence can be part of a software control of an analyzer and / or a written protocol.

Claims

Procedure according to Claim 1 , in which each of the array cells (51) contains a tumor-inhibiting active ingredient (52) which differs from all of the other tumor-inhibiting active ingredients (52).

Procedure according to Claim 1 or 2 , in which the behavior of at least some of the tumor cells is optically analyzed.

Method according to one of the Claims 1 until 3 , in which the behavior of at least some of the tumor cells is analyzed with the help of labeled nutrients.

Method according to one of the Claims 1 until 4th , in which the behavior of at least some of the tumor cells is analyzed by optical pH determination.

Method according to one of the Claims 1 until 5 , in which the behavior of at least some of the tumor cells is analyzed by means of an electrical pH value determination.

Method according to one of the Claims 1 until 6th in which the behavior of at least some of the tumor cells is analyzed by molecular biological means.

Method according to one of the Claims 1 until 7th , in which the analysis of the tumor cells comprises an examination of the growth and / or the metabolic activity of the tumor cells.

Procedure according to Claim 8 , in which the metabolic activity of the tumor cells is analyzed by evaluating tumor metabolic products and / or RNA (ribonucleic acid).

Method according to one of the Claims 1 until 9 using a nutrient medium as the medium.

Method according to one of the Claims 1 until 10 , in which the active ingredient combination is identified as soon as an observable number of tumor cells has no longer survived as part of the analysis.

Microarray for the identification of a combination of tumor-inhibiting agents (52), which is used to carry out a method according to one of the Claims 1 until 11 is set up with a number of array cells (51), at least some of which are equipped with a tumor-inhibiting agent (52).

Microarray Claim 12 , in which the array cells (51) are formed in a disc (54) and the array cells (51) are open on a front side of the disc (54) for receiving the medium and closed on a rear side of the disc (54), the array cells (51) are sealed in the area of the rear side of the disk (54) with a hydrophobic and gas-permeable material.

Microarray Claim 13 , in which the disc (54) is made of silicon.

Microarray Claim 14 , in which the silicon disk (54) is separated into individual microarray chips.