EP3931359A1 - Method for counting cell types or cell markers in a sample, in particular in a blood sample - Google Patents

Method for counting cell types or cell markers in a sample, in particular in a blood sample

Info

Publication number
EP3931359A1
EP3931359A1 EP20707263.8A EP20707263A EP3931359A1 EP 3931359 A1 EP3931359 A1 EP 3931359A1 EP 20707263 A EP20707263 A EP 20707263A EP 3931359 A1 EP3931359 A1 EP 3931359A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sample
cells
cell
lysate
ribonucleic acids
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20707263.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jochen Hoffmann
Tino Frank
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3931359A1 publication Critical patent/EP3931359A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6883Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for diseases caused by alterations of genetic material
    • C12Q1/6886Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for diseases caused by alterations of genetic material for cancer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6883Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for diseases caused by alterations of genetic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/1003Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6806Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/158Expression markers

Definitions

  • CTCs circulating tumor cells
  • Keratin (from the Greek k ⁇ raV keras "horn", genitive keratos) is a collective term for various water-insoluble fiber proteins which are formed by animals and which characterize the horny substance and which are mechanical in cells
  • Keratins are the main component of mammalian hair, fingernails and toenails etc.
  • a-Keratins or cytokeratins are in the form of loosely organized keratin filaments.
  • Nomenclature also simply called keratins are intermediate filaments that form proteins that provide mechanical support and perform a variety of additional functions in cells. They are part of the cytoskeleton and the largest family of intermediate filament proteins. A distinction is made between two types of cytokeratins which form heterodimers, namely acidic type I (cytokeratins 9-23) and basic type II (cytokeratins 1-8).
  • Cyto-Keratins are typical markers in diagnostic pathology
  • CD45 is an antigen that can be used in particular to recognize leukocytes (white blood cells).
  • Antigens are substances to which antibodies and certain lymphocyte receptors can specifically bind (the latter can also cause antibodies to be produced against the antigen). Antigens are mostly proteins, but they can also be carbohydrates, lipids or other substances. They can either be recognized or bound by B-cell receptors, T-cell receptors or antibodies (produced by B cells).
  • a cell is of epithelial origin if it comes from epithelial tissue.
  • Epithelial tissue is a special type of tissue that is used as a collective name for cover tissue and glandular tissue.
  • Epithelial tissue is one or more layers of cells that cover all inner and outer body surfaces of multicellular organisms. Joint capsules and bursa of the musculoskeletal system are an exception.
  • epithelial tissue is one of the four basic tissue types in multicellular organisms.
  • a nucleus (DAPI proof) is proof that these cells have a nucleus - i.e. they are not nucleus-free cells, such as red cells
  • Cells without a nucleus are generally not regarded as CTCs, even if they meet the other criteria mentioned.
  • the term “lysing” means that the cells or the cell membranes of the cells that are present in a cell suspension are destroyed so that the individual components of the cells of the cell suspension are freely available in a solution. This enables later analysis.
  • CTCs The purpose of counting CTCs is that, in medical studies, a clear connection can be established between overall survival (OS) and the CTC counts measured post-therapeutically. This means that simply counting CTCs can provide important information about OS or the effectiveness of a therapy. In order to obtain a more comprehensive picture of the tumor status, CTC research is currently also focusing on identification genetic traits from CTCs. Systems for automatically sorting, counting and assigning CTCs are therefore extremely relevant.
  • a method is therefore desirable in which the absolute number of cells in a sample can be counted.
  • Described here is a method for detecting (or even counting) isolated CTCs by identifying genetic traits.
  • the process also enables dyeing steps to be dispensed with.
  • RNA ribonucleic acids
  • the method is particularly preferred when the cell markers in step h) serve to identify CTCs (circulating tumor cells).
  • step h comprise at least one of the following markers:
  • Staining step is necessary for quantification.
  • Quantify here means that the number of CTSs can be determined absolutely.
  • the approach also allows the sample to be normalized, that is to say how many cells are in the sample in total, in order to make the sample and the counted CTCs comparable with other samples or CTCs counted in other samples.
  • Step a) can include, for example, providing cells to a lab-on-chip system.
  • Steps b) and e) are common lysing processes that serve to dissolve membranes of cells and with which the
  • the extraction steps c) and f) each serve to prepare the subsequent analysis steps d) or g) and h).
  • a reasonable size of a sample for step a) comprises, for example, an amount of blood between 10 ⁇ l and 10 ml. Such a sample contains between 5 ⁇ 10 7 and 5 ⁇ 10 10 cells.
  • the core of this invention are methods for the quantitative detection of isolated CTCs via a multi-parameter measurement of genetic characteristics. This takes place in step h) where the numbers of individual cell types are calculated.
  • staining methods e.g. epithelial marker, EpCAM, CD45, cytocreatine
  • RNA RNA RNA cleavage protein
  • RNA reverse transcriptase
  • PCR polymerase chain reaction
  • ribonucleic acids which are assigned in step d) in order to determine their amounts in the sample are in particular ribonucleic acids which are markers for certain cancer cells.
  • EpCAM is considered a marker for cells of epithelial origin, and thus for cells that come from a tissue composite, i.e. CTCs; CD45 is a marker for white blood cells, i.e.
  • Cytokeratins are proteins that are present in the interior of cells of epithelial origin, i.e. they are again a marker for CTCs.
  • PCR Polymerase chain reaction
  • the total amount of isolated cells is determined via DNA. This is done using steps e), f) and g). Finally, the amounts determined at the mRNA level are related to the total amount of cells (step h).
  • step d does not have to
  • steps c) and f) can take place in parallel.
  • the method can also be referred to as a genetic counting method, the term “counting method” here particularly relating to step d).
  • the method has compared to known methods of detection
  • characteristic cells in a sample have a number of advantages.
  • the main advantage of the method is that based on the measurement of genetic characteristics, the number or quantity ranges of tumor cells in an isolated sample are measured. So it doesn't have to be in any a quantification of the sample amount takes place in an additional step. A quantification of the sample is necessary in order to be able to relate the measurement on the sample to other data and to give the sample a meaningfulness.
  • the method is also suitable for detecting cancer-specific mutations, deletions or insertions - often using PCR-based methods - on the basis of CTCs.
  • the method offers the advantage that such evidence and the method presented here by the
  • Process steps are basically the same, and are therefore particularly suitable for co-integration on a lab-on-chip, because here too the quantity of the sample quantity is an important basis for the design.
  • the method according to the invention promises signals that are readily detectable even when cells are present in only small amounts in a sample, since in the majority of cases a large number of mRNA molecules are present in a cell in the case of transcribed, active genes.
  • This method therefore relies on a marker which is advantageous in terms of the quantities present, this marker being particularly advantageous compared to markers based on cell DNA, of which
  • mRNA markers are combined with information at the DNA level as a reliable source for measuring the total amount of cells in a sample.
  • This has the advantage that the relative ratios determined on the mRNA level can be converted / converted into absolute values by referring to DNA measurements.
  • the method described can also reduce the number of manual steps involved in sample analysis. Depending on the insulation system, staining requires a large number of process steps. These process steps can be dispensed with thanks to the method described. The one suggested here
  • Antibodies worked, which also always bind unspecifically.
  • the method presented here allows an individual combination of targets for which a sample is to be examined. This can be done by adapting the assignment in step d) and the calculation / evaluation in step h) accordingly. This universal method thus allows application-specific use.
  • target here refers to certain cell markers whose existence the cell is to be examined for or for which it is to be determined how often these occur in the cells of the sample.
  • the method is not limited to applications in oncology.
  • this method offers a simplified process approach for the analysis of expression patterns of cells for diagnostics.
  • the method can be used particularly advantageously in fully automated point-of-care applications.
  • a variance of the cell sizes of the cells in the sample is preferably taken into account in at least one of the two steps g) and h).
  • This variance in cell sizes can be determined, for example, by optical analysis (image analysis) of the sample or obtained from statistical data.
  • the variance is permanently stored as a parameter for the calculation evaluation in steps g) and h).
  • the term “calculate” in steps g) and h) is not to be understood as meaning that the result in step g) is necessarily an exact one
  • step h Total cell count comes out, which definitely or actually corresponds to the exact number of cells in the sample. Nor is it meant here that in step h) exactly calculate which numbers of cells with individual cell markers are definitely or actually contained in the sample. Because of uncertainties or stochastic inaccuracies in the input variables described for the calculations (amount of deoxyribonucleic acids for step g) and amounts of different types of ribonucleic acids for step h)) this may not even be possible. Rather, the step term “calculate” here means that the determination of the total number of cells or the determination of the number of cells with individual cell marks is determined on the basis of the available input variables according to a mathematical rule and preferably no further estimated values or Assumptions are used.
  • the variance of the cell sizes is particularly preferably determined via a household gene of the cells. With the help of a household budget, estimates are the
  • Household genes are typically genes that encode the structural molecules and enzymes that are related to the basic metabolism of cells, such as glucose metabolism. Based on such genes, it is possible to infer a cell size.
  • step g) takes place with a comparison of the quantities determined in step d) with a data matrix in which data relating to ribonucleic acids present are stored for each cell marker.
  • the data matrix can be structured in the manner of an expert system.
  • step c) b2) extracting cytoplasm.
  • This additional step simplifies the later process steps. This step also makes it possible to avoid errors in steps d), g) and h) which could be caused by the cytoplasm.
  • the method is also advantageous if the ribonucleic acids are converted into deoxyribonucleic acids in order to determine the amounts in step d). This conversion offers advantageous options for mapping.
  • step b) it is also advantageous if the lysing in step b) by a
  • Context is particularly beneficial when an osmotic
  • FIG. 2 exemplary parameters for assigning RNA to cell markers
  • FIG. 3 another flow chart of the method described
  • FIG. 1 the applied process steps of the method are shown very schematically.
  • a (mostly) preprocessed cell suspension 1 is lysed.
  • the cell suspension can be whole blood, serum, a
  • the first lysing process 2 (step b)) is shown here by an arrow.
  • the first lysing process 2 generates a first lysate 4 which can be analyzed with steps c) and d).
  • step b) preferably produces an amount of 2 ml to 4 ml of the first lysate.
  • the second lysing process 3 (step e)) is also shown here by an arrow.
  • the second lysing process 3 generates a second lysate 5 which can be analyzed with steps f), g) and h).
  • step e) preferably produces an amount of 4 ml to 8 ml of the second lysate.
  • the lysis mode used in step b) (first lysis process) can be selected as desired, but must be compatible with the subsequent RT-qPCR.
  • a suitable lysing process can be carried out by immobilizing the cell material in a cannula.
  • a lysis buffer can then be drawn into the cannula in order to extract nucleic acids such as DNA or RNA from the cell material.
  • a hypotonic solution (the lysis buffer) is drawn in, the salt content of the buffer being higher than that of the cells.
  • the cell membrane bursts, but not the cell nucleus.
  • the cytoplasm in which the cell's RNA is located can be extracted.
  • the DNA can be extracted in a second step in which a hypertonic lysis buffer is drawn up.
  • the cell nucleus bursts and the DNA can be extracted. It is also possible to use just a hypertonic buffer and extract the DNA and RNA in one step.
  • Lysis buffers can be composed differently. A distinction must be made between hypotonic (lysis) buffer and hypertonic (lysis) buffer.
  • An exemplary composition of hypotonic lysis buffer contains 20 mM [millimoles] Tris final concentration. That is, in a mixture of sample and Tris, a final concentration of 20 mM NaCl is established.
  • An exemplary composition of hypertonic buffer contains 3% sodium chloride (NaCl). This means that in a mixture of sample and NaCl, a final concentration of 3% NaCl is established.
  • RNA is converted into DNA by means of reverse transcription. This creates a solution that consists only of DNA. This can now be used for a detection reaction using quantitative
  • qPCR Real-time polymerase chain reaction
  • the table describes the design strategy of the PCR system for the successful application of the described method.
  • the basis here is that the composition of a cell suspension of one cell type or cell population a and another cell type or cell population ß of a eukaryotic individual is detected.
  • a specific example is the detection of circulating tumor cells (type a) in a background of blood cells (type ⁇ ).
  • the basic strategy is to use the transcriptome (mRNA information) to determine the cell types and the relative cell pattern between the cell types. By measuring the genome, the absolute number of all cells in the sample can then be determined. If this number is known, together with the ratios, the absolute numbers of cells with individual cell markers or the numbers of the individual subpopulations (different types of cells within the sample) can be estimated. The amount of all mRNA in a cell is called the “transcriptome”. It is a cell type-specific parameter. This transcriptome is the total amount of RNA that is available for the assignment in step d).
  • Transcriptome is preferably checked step by step for targets (i.e. for cell markers or cell types that are to be recognized with the method described).
  • the individual targets are preferably processed in a specific order.
  • the targets to be examined are labeled with indices A, B, C and so on.
  • the sample or the first lysate is tested for target A, then for target B, then target C and so on. This is done in step d). If a certain gene is active in a cell, this corresponding DNA sequence is converted into RNA
  • a cell type can be identified using active and inactive genes. Each cell type has a defined group of genes which are particularly active or must be switched off. This gene activity can be demonstrated by detecting the corresponding mRNA or proteins. RNA detection by qPCR is particularly sensitive here.
  • step d) it is also possible to detect sequences typical for cell types by means of qPCR.
  • the mRNA is then transcribed into DNA as already described in order to subsequently carry out a gene-specific qPCR.
  • the transcription measurements allow conclusions to be drawn about the relationships between the transcription patterns of the cell (s).
  • at least one target A is selected which is expressed in the same way in all cell types, ie is active in both types. This is a so-called household gene, which is generally constantly active across all cell types. Typical examples are GAPDH, actin, SDHA, HSP, COX8 or MYH9.
  • the second target B used is a target which is upregulated for cell type a, while in cell type ⁇ the target is downregulated accordingly.
  • the third target C has a chiasmatic transcription profile to target B, ie downregulated in cell type a and upregulated in cell type ⁇ .
  • the normalization via target A is necessary because cell populations are very heterogeneous in their measurement parameters.
  • the cell size in particular usually shows a high variance. Small cells usually have fewer absolute numbers of mRNA, but their ratios of up and down are conserved. Therefore, a household gene is used to control the
  • target B could be an epithelial marker such as EpCAM, CDK, catenin.
  • Hematopoietic markers such as CD45 can be used as target C for blood cells (mainly leukocytes such as T cells, neutrophils, dendrites, macrophages).
  • a target D is used, which should be the same for all cell types of the individual to be measured.
  • genes with high SNP proportions or high mutation rates are not suitable because such genes are present in different amounts in different cells of the sample or the amount of target cells (cell markers) based on such genes with the described method is to be determined.
  • hLINE1 or APEX1 highly conserved, multiple abundant genes such as an hLINE1 or APEX1 are used here. These are present several times and are easier to quantify than a classic gene such as EGFR, which occurs exactly twice in the genome. This is particularly advantageous if few cells are available in a sample, as in the case of conventional CTC examinations.
  • a target E can be added to the transcriptome, which is used for finer selection of cell types, for statistical determination of quality or for
  • EpCAM e.g. CDK19 or vimentin
  • vimentin can also be measured. So an additional one
  • the additional target E can also be used to introduce a third cell type g.
  • the additional target E can be used as a marker for mesynchimal tumor cells, such as twist, N-Notch, Vimentin or Snaill.
  • the population of CTCs can be further divided into two subtypes.
  • the method can also be used in the context of
  • EMT epithelial to mesenchymal transition
  • mesynchemical cells are present.
  • the respective threshold cycle CT value is determined from the qPCR curves of the individual components A, B, C, D.
  • Expression ratios of the individual cell types can be determined.
  • the absolute number of cells in the reaction mixture is determined from the genetic material.
  • the transcriptome can be separated from the DNA in a first step.
  • Selective lysis methods are used, in which first only the cytosol in which the mRNA is located is lysed using hypertonic buffer (lysis buffer), followed by lysis of the DNA-containing cell nucleus via hypotonic lysis buffer.
  • lysis buffer hypertonic buffer
  • FIG. 3 shows that steps b), c) and d) relating to the isolation and evaluation of the RNA are in principle separate from steps e), f) and g) relating to the isolation and
  • Process step g) each provide information that is the basis for performing process step h) and is therefore made available to process step h).

Abstract

The invention relates to a method for detecting particular characteristic cells in a sample, comprising the following steps: a) providing a sample of cell suspension 1; b) carrying out a first lysis (2) on the sample (1) so that a first lysate (4) of the sample (1) is formed, the lysis proceeding such that cell nuclei of the cells of cell suspension 1 remain intact; c) extracting the ribonucleic acids (RNA) that are freely available in the first lysate (4); d) identifying the extracted ribonucleic acids in order to determine the number of different types of ribonucleic acids in the sample lysate; e) carrying out a second lysis (3) on the remaining sample (1) so that a second lysate (5) of the sample (1) is formed, the lysis proceeding such that cell nuclei of cells in the sample (1) are destroyed; f) extracting the deoxyribonucleic acids (DNA) that are freely available in the second lysate (5); g) calculating a total number of cells in the sample by means of the number of deoxyribonucleic acids; and h) calculating the number of cells with individual cell markers in the sample by means of the number of different types of ribonucleic acids identified in step d) and the total number of cells calculated in step g).

Description

Titel title
Verfahren zum Zählen von Zelltypen oder Zellmarkern in einer Probe, Method of counting cell types or cell markers in a sample,
insbesondere in einer Blutprobe especially in a blood sample
Stand der Technik State of the art
Die Extraktion bzw. Isolation von zirkulierenden Tumorzellen (CTCs) aus Blut ist ein wichtiger Schritt in der Analyse von Blut zur Diagnose von Tumorzellen. Als CTCs werden Zellen definiert, die Cyto- Keratin-positiv, CD45-negativ, einen Nucleus (DAPI Nachweis) haben und epithelialen Ursprungs sind. Diese The extraction or isolation of circulating tumor cells (CTCs) from blood is an important step in the analysis of blood for the diagnosis of tumor cells. CTCs are defined as cells that are cyto-keratin-positive, CD45-negative, have a nucleus (DAPI detection) and are of epithelial origin. This
Definition ist eine Vorgabe und in der Liquid Biopsy Community weitestgehend akzeptiert. Zellen, welche diese Eigenschaften haben, sollen extrahiert bzw. isoliert werden. Definition is a requirement and largely accepted in the Liquid Biopsy Community. Cells that have these properties should be extracted or isolated.
Keratin (von griechisch kέraV keras„Horn“, Genitiv keratos) ist ein Sammelbegriff für verschiedene wasserunlösliche Faserproteine, die von Tieren gebildet werden und die Hornsubstanz charakterisieren und die in Zellen mechanische Keratin (from the Greek kέraV keras "horn", genitive keratos) is a collective term for various water-insoluble fiber proteins which are formed by animals and which characterize the horny substance and which are mechanical in cells
Funktionen übernehmen. Take over functions.
Entsprechend ihrer molekularen Aufbau als a-Helix oder ß- Faltblatt unterscheidet man a- und ß-Keratine. Keratine sind der Hauptbestandteil von Säugetierhaaren, Finger- und Zehennägeln etc. a-Keratine (oder Cytokeratine) liegen in Form lose organisierter Keratinfilamente vor. Cytokeratine (CKs oder nach neueren According to their molecular structure as a-helix or ß-sheet, a distinction is made between a- and ß-keratins. Keratins are the main component of mammalian hair, fingernails and toenails etc. a-Keratins (or cytokeratins) are in the form of loosely organized keratin filaments. Cytokeratins (CKs or newer
Nomenklatur auch einfach Keratine genannt) sind intermediäre Filamente, die Proteine bilden, die mechanische Unterstützung bieten und eine Vielzahl von zusätzlichen Funktionen in Zellen erfüllen. Sie sind Teil des Zytoskeletts und die größte Familie der intermediären Filamentproteine. Es werden zwei Arten von Cytokeratinen unterschieden, die Heterodimere bilden, nämlich sauren Typ I (Cytokeratine 9-23) und basischen Typ II (Cytokeratine 1-8). Nomenclature also simply called keratins) are intermediate filaments that form proteins that provide mechanical support and perform a variety of additional functions in cells. They are part of the cytoskeleton and the largest family of intermediate filament proteins. A distinction is made between two types of cytokeratins which form heterodimers, namely acidic type I (cytokeratins 9-23) and basic type II (cytokeratins 1-8).
Cyto- Keratine sind typische Marker in der diagnostischen Pathologie, Cyto-Keratins are typical markers in diagnostic pathology,
insbesondere für die Erkennung von Tumoren. Primärtumore und Metastasen eines gegebenen Karzinoms teilen das gleiche Muster von Zytokeratinen, das sie von anderen Karzinomtypen unterscheidet, wodurch eine Unterscheidung zwischen den verschiedenen Tumoren ermöglicht wird. especially for the detection of tumors. Primary tumors and metastases from a given carcinoma share the same pattern of cytokeratins that they do differs from other types of carcinoma, thereby making it possible to differentiate between the various tumors.
CD45 ist ein Antigen, welches insbesondere zum Erkennen von Leukozyten (weißen Blutkörperchen) verwendet werden kann. CD45 is an antigen that can be used in particular to recognize leukocytes (white blood cells).
Antigene sind Stoffe, an die sich Antikörper und bestimmte Lymphozyten- Rezeptoren spezifisch binden können (wobei Letzteres ebenfalls bewirken kann, dass Antikörper gegen das Antigen produziert werden). Antigene sind meistens Proteine, können aber auch Kohlenhydrate, Lipide oder andere Stoffe sein. Sie können entweder von B-Zell-Rezeptoren, T-Zell-Rezeptoren oder (von B-Zellen produzierten) Antikörpern erkannt bzw. gebunden werden. Antigens are substances to which antibodies and certain lymphocyte receptors can specifically bind (the latter can also cause antibodies to be produced against the antigen). Antigens are mostly proteins, but they can also be carbohydrates, lipids or other substances. They can either be recognized or bound by B-cell receptors, T-cell receptors or antibodies (produced by B cells).
Epithelialen Ursprungs ist eine Zelle, wenn diese aus Epithelgewebe stammt. Epithelgewebe ist eine spezielle Gewebeart, die als Sammelbezeichnung für Deckgewebe und Drüsengewebe verwendet wird. Bei Epithelgewebe handelt es sich um ein- oder mehrlagige Zellschichten, die alle inneren und äußeren Körperoberflächen von vielzelligen Organismen bedecken. Eine Ausnahme bilden hier Gelenkkapseln und Schleimbeutel des Bewegungsapparates. A cell is of epithelial origin if it comes from epithelial tissue. Epithelial tissue is a special type of tissue that is used as a collective name for cover tissue and glandular tissue. Epithelial tissue is one or more layers of cells that cover all inner and outer body surfaces of multicellular organisms. Joint capsules and bursa of the musculoskeletal system are an exception.
Epithelgewebe ist neben Muskelgewebe, Nervengewebe und Bindegewebe eine der vier Grundgewebearten in vielzelligen Organismen. Along with muscle tissue, nerve tissue and connective tissue, epithelial tissue is one of the four basic tissue types in multicellular organisms.
Ein Nucleus (DAPI Nachweis) ist ein Nachweis, dass diese Zellen einen Zellkern haben - also keine zellkernlosen Zellen sind, wie beispielsweise rote A nucleus (DAPI proof) is proof that these cells have a nucleus - i.e. they are not nucleus-free cells, such as red cells
Blutkörperchen. Zellkernlose Zellen werden grundsätzlich nicht als CTCs angesehen, auch wenn sie die anderen genannten Kriterien erfüllen. Blood cells. Cells without a nucleus are generally not regarded as CTCs, even if they meet the other criteria mentioned.
Der Begriff„Lysieren“ bedeutet, dass die Zellen bzw. die Zellmembranen der Zellen, die in einer Zellsuspension vorhanden sind, zerstört werden, so dass die einzelnen Bestandteile der Zellen der Zellsuspension in einer Lösung frei verfügbar sind. Dies ermöglicht die spätere Analyse. The term “lysing” means that the cells or the cell membranes of the cells that are present in a cell suspension are destroyed so that the individual components of the cells of the cell suspension are freely available in a solution. This enables later analysis.
Zweck des Zählens von CTCs ist, dass in medizinischen Studien ein klarer Zusammenhang zwischen der Overall Survival (OS) und den post-therapeutisch gemessenen CTC-Zahlen hergestellt werden kann. Das heißt, ein reines Zählen von CTCs kann schon wichtige Informationen über OS oder die Wirksamkeit einer Therapie liefern. Um ein umfangreicheres Bild des Tumorstatus zu erhalten, fokussiert sich die CTC- Forschung aktuell auch auf die Identifikation genetischer Merkmale aus CTCs. Systeme zum automatischen Sortieren, Zählen und Zuordnen von CTCs sind daher ausgesprochen relevant. The purpose of counting CTCs is that, in medical studies, a clear connection can be established between overall survival (OS) and the CTC counts measured post-therapeutically. This means that simply counting CTCs can provide important information about OS or the effectiveness of a therapy. In order to obtain a more comprehensive picture of the tumor status, CTC research is currently also focusing on identification genetic traits from CTCs. Systems for automatically sorting, counting and assigning CTCs are therefore extremely relevant.
Für eine genetische Analyse von CTCs ist es unabdingbar sicherzustellen, dass tatsächlich auch Zellen in der Probe vorhanden waren. Ansonsten ist bei nicht vorhandenen Signalen (=genetisches Merkmal nicht vorhanden) nicht klar, ob keine CTCs oder generell keine Zellen in der Probe waren, beispielsweise, weil die Probe verunreinigt war und die Nachweisreaktion deshalb keine Signale generiert hat. For a genetic analysis of CTCs, it is essential to ensure that cells were actually present in the sample. Otherwise, if signals are not present (= genetic trait not present) it is not clear whether there were no CTCs or generally no cells in the sample, for example because the sample was contaminated and the detection reaction therefore did not generate any signals.
Wünschenswert ist daher ein Verfahren, bei welchem die absolute Zellzahl einer Probe gezählt werden kann. A method is therefore desirable in which the absolute number of cells in a sample can be counted.
Eine Möglichkeit ist das Zählen von Zellen mit Hilfe der Durchführung von Färbeschritten und automatisierter Verarbeitung von Proben. Solche Verfahren sind aber nur schwer in vollautomatisierten Workflows für den klinischen Einsatz realisierbar - einerseits, weil meistens eine Bildverarbeitung notwendig ist, um Proben optisch zu analysieren, wenn bestimmte gefärbte Merkmale erkennbar sind - andererseits, weil Färbeschritte häufig länger dauern. Auch dies erschwert die klinische Anwendung solcher Verfahren One possibility is to count cells by performing staining steps and automated processing of samples. However, such methods are difficult to implement in fully automated workflows for clinical use - on the one hand, because image processing is usually necessary in order to optically analyze samples when certain colored features are recognizable - on the other hand, because staining steps often take longer. This also complicates the clinical application of such methods
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Hier beschrieben werden soll ein Verfahren für den Nachweis (oder sogar das Zählen) isolierter CTCs mittels Identifikation genetischer Merkmale. Das Described here is a method for detecting (or even counting) isolated CTCs by identifying genetic traits. The
Verfahren ermöglicht unter Umständen auch den Verzicht auf Färbeschritte. Under certain circumstances, the process also enables dyeing steps to be dispensed with.
Das Verfahren dient für den Nachweis bestimmter charakteristischer Zellen in einer Probe und weist folgende Schritte auf: The method is used to detect certain characteristic cells in a sample and has the following steps:
a) Bereitstellen einer Probe von Zellsuspension a) Providing a sample of cell suspension
b) Durchführen eines ersten Lysiervorgangs mit der Probe, so dass ein erstes Lysat der Probe entsteht, wobei das Lysieren so erfolgt, dass der Zellkern der Zellen der Zellsuspension intakt bleibt; b) performing a first lysing process with the sample, so that a first lysate of the sample is produced, the lysing being carried out in such a way that the nucleus of the cells of the cell suspension remains intact;
c) Extrahieren der in dem ersten Lysat frei verfügbaren Ribonukleinsäuren (RNA); d) Zuordnen der extrahierten Ribonukleinsäuren, um die Mengen c) extracting the ribonucleic acids (RNA) freely available in the first lysate; d) Assigning the extracted ribonucleic acids to the amounts
verschiedener Arten von Ribonukleinsäuren in dem Lysat der Probe zu ermitteln; identify various types of ribonucleic acids in the lysate of the sample;
e) Durchführen eines zweiten Lysiervorgangs mit der verbliebenen Probe, so dass ein zweites Lysat der Probe entsteht, wobei das Lysieren so erfolgt, dass Zellkerne von Zellen in der Probe zerstört werden, e) performing a second lysing process with the remaining sample so that a second lysate of the sample is produced, the lysing being carried out in such a way that cell nuclei of cells in the sample are destroyed,
f) Extrahieren der in dem zweiten Lysat frei verfügbaren f) Extracting those freely available in the second lysate
Desoxyribonukleinsäuren (DNA), Deoxyribonucleic acids (DNA),
g) Berechnen einer Gesamtzellzahl an Zellen in der Probe anhand der Menge von Desoxyribonukleinsäuren g) calculating a total cell number of cells in the sample from the amount of deoxyribonucleic acids
h) Berechnen von Anzahlen mit einzelnen Zellmarkern in der Probe anhand der in Schritt d) ermittelten Mengen verschiedener Arten von Ribonukleinsäuren und der in Schritt g) berechneten Gesamtzellzahl. h) Calculating numbers with individual cell markers in the sample on the basis of the amounts of different types of ribonucleic acids determined in step d) and the total number of cells calculated in step g).
Das Verfahren ist besonders bevorzugt, wenn die Zellmarker in Schritt h) dazu dienen CTCs (zirkulierende Tumorzellen) zu identifizieren. The method is particularly preferred when the cell markers in step h) serve to identify CTCs (circulating tumor cells).
Das Verfahren ist weiterhin besonders bevorzugt, wenn die Zellmarker in Schritt h) zumindest einen der nachfolgenden Marker umfassen: The method is also particularly preferred if the cell markers in step h) comprise at least one of the following markers:
epithelialer Marker; epithelial marker;
- EpCAM; - EpCAM;
CD45; und CD45; and
Cyto- Keratin. Cyto-keratin.
Mit diesem Verfahren werden isolierte CTCs quantifiziert ohne dass ein With this procedure, isolated CTCs are quantified without a
Färbeschritt für die Quantifizierung notwendig ist. Mit dem Begriff„Quantifizieren“ ist hier gemeint, dass die Anzahl von CTSs absolut bestimmt werden kann. Der Ansatz erlaubt auch das Normalisieren der Probe, das heißt das Feststellen, wie viele Zellen in der Probe insgesamt sind, um die Probe und die gezählten CTCs mit anderen Proben bzw. in anderen Proben gezählten CTCs vergleichbar zu machen. Staining step is necessary for quantification. The term “quantify” here means that the number of CTSs can be determined absolutely. The approach also allows the sample to be normalized, that is to say how many cells are in the sample in total, in order to make the sample and the counted CTCs comparable with other samples or CTCs counted in other samples.
Das Verfahren eignet sich, um in einem Lab-on-Chip-basierten The procedure lends itself to being based on a lab-on-chip
vollautomatisierten Workflow für den Point-of-Care realisiert zu werden. fully automated workflow for the point-of-care.
Der Schritt a) kann beispielsweise das Bereitstellen von Zellen an ein Lab-on- Chip System umfassen. Die Schritte b) und e) sind übliche Lysiervorgänge, die zum Auflösen von Membranen von Zellen dienen und mit welchen die Step a) can include, for example, providing cells to a lab-on-chip system. Steps b) and e) are common lysing processes that serve to dissolve membranes of cells and with which the
Bestandteile der Zellen identifizierbar werden. Die Extraktionsschritte c) und f) dienen jeweils zur Vorbereitung der nachfolgenden Analyseschritte d) bzw. g) und h). Components of the cells become identifiable. The extraction steps c) and f) each serve to prepare the subsequent analysis steps d) or g) and h).
Eine sinnvolle Größe einer Probe für Schritt a) umfasst beispielsweise eine Blutmenge zwischen 10 pl und 10 ml. Eine solche Probe enthält zwischen 5 x 107 und 5 x IO10 Zellen. A reasonable size of a sample for step a) comprises, for example, an amount of blood between 10 μl and 10 ml. Such a sample contains between 5 × 10 7 and 5 × 10 10 cells.
Kern dieser Erfindung sind Verfahren für einen quantitativen Nachweis isolierter CTCs über eine Multiparametermessung genetischer Merkmale. Dies geschieht in Schritt h) wo die Anzahlen einzelner Zelltypen berechnet werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass die im Stand der Technik über Anfärbemethoden bestimmten Merkmale (z.B. epithelialer Marker, EpCAM, CD45, Cyto- Kreatin) auch anhand korrespondierender Moleküle nachweisbar sind, nämlich RNA The core of this invention are methods for the quantitative detection of isolated CTCs via a multi-parameter measurement of genetic characteristics. This takes place in step h) where the numbers of individual cell types are calculated. This makes use of the fact that the features determined in the prior art using staining methods (e.g. epithelial marker, EpCAM, CD45, cytocreatine) can also be detected using corresponding molecules, namely RNA
(Ribonukleinsäuren), insbesondere mRNA (Messenger RNA) in den Zellen nachweisbar sind. Diese bewirken, dass die Zellen auf bestimmte Farbstoffe reagieren. Bei der Verwendung von Anfärbemethoden wird also indirekt ohnehin schon auf die Existenz dieser Moleküle zurückgegriffen, um eine Zuordnung von Zellen zu erreichen. Mit dem beschriebenen Verfahren ist es gewissermaßen möglich, direkt auf diese Moleküle rückzuschließen. Daher werden diese (Ribonucleic acids), in particular mRNA (Messenger RNA) are detectable in the cells. These cause the cells to react to certain dyes. When using staining methods, the existence of these molecules is used indirectly anyway in order to achieve an assignment of cells. With the method described, it is, so to speak, possible to draw conclusions directly about these molecules. Hence these
Moleküle in Schritt d) ermittelt, bzw. zugeordnet, um Mengen von verschiedenen Arten von RNA zu bestimmen. Beim Zuordnen in Schritt d) wird bevorzugt ein genetischer Nachweis verwendet, um eine Zuordnung von RNA zu einem bestimmten Merkmal (epithelialer Marker, EpCAM, CD45, Cyto-Keratin) zu erreichen. Molecules determined in step d) or assigned in order to determine amounts of different types of RNA. In the assignment in step d), genetic evidence is preferably used in order to achieve an assignment of RNA to a specific feature (epithelial marker, EpCAM, CD45, cyto-keratin).
Prinzipiell funktioniert ein solcher genetischer Nachweis so, dass beim Nachweis von RNA zunächst eine Reverse-Transkriptase (RT) aus RNA (cDNA) gemacht wird, damit diese cDNA mittels einer Polymerase-Kettenreaktion (PCR) vervielfältigt werden kann, wobei gleichzeitig auch eine Quantifizierung stattfindet. Alles zusammen wird dann als RT-PCR bezeichnet. DNA wird einfach nur mittels PCR nachgewiesen (wenn quantitativ, dann qPCR genannt). In principle, such genetic detection works in such a way that when detecting RNA, a reverse transcriptase (RT) is first made from RNA (cDNA) so that this cDNA can be replicated using a polymerase chain reaction (PCR), with quantification also taking place at the same time . Everything together is then called RT-PCR. DNA is simply detected by means of PCR (if quantitative, then called qPCR).
Verschiedene Arten von Ribonukleinsäuren, die in Schritt d) zugeordneten werden um deren Mengen in der Probe zu bestimmten, sind insbesondere Ribonukleinsäuren, die Marker für bestimmte Krebszellen sind. Bevorzugt werden in Schritt d) mittels PCR-basierter Verfahren zum einen die RNA-Mengen (insbesondere mRNA-Mengen) oben genannter (Oberflächen-) Marker (z.B. epithelialer Marker EpCAM, CD45, Cyto- Keratin) bestimmt. Hierbei gilt EpCAM als ein Marker für Zellen epithelialen Ursprungs, und damit für Zellen die aus einem Gewebeverbund stammen, also CTCs; CD45 ist ein Marker für weiße Blutkörperchen, also für unspezifisch isolierte Zellen; Cytokeratine sind Proteine, die im Zellinneren von Zellen epithelialen Ursprungs vorhanden sind, also wieder ein Marker für CTCs. PCR (insbesondere rtPCR = quantitative real-time PCR, oder auch qPCR) ist eine Vervielfältigungsmethode für Nukleinsäuren. Diese Vervielfältigungsmethode beruht auf dem Prinzip der herkömmlichen Different types of ribonucleic acids which are assigned in step d) in order to determine their amounts in the sample are in particular ribonucleic acids which are markers for certain cancer cells. In step d), preference is given to the quantities of RNA using PCR-based methods (especially mRNA amounts) of the above (surface) markers (eg epithelial marker EpCAM, CD45, cytokeratin) are determined. Here, EpCAM is considered a marker for cells of epithelial origin, and thus for cells that come from a tissue composite, i.e. CTCs; CD45 is a marker for white blood cells, i.e. for non-specifically isolated cells; Cytokeratins are proteins that are present in the interior of cells of epithelial origin, i.e. they are again a marker for CTCs. PCR (especially rtPCR = quantitative real-time PCR, or qPCR) is a method of amplification for nucleic acids. This duplication method is based on the principle of the conventional one
Polymerase- Kettenreaktion (PCR). Die Quantifizierung wird bei der PCR mit Hilfe von Fluoreszenz-Messungen durchgeführt, die während eines PCR-Zyklus in Echtzeit (engl, real time) erfasst werden. Polymerase chain reaction (PCR). In PCR, quantification is carried out with the help of fluorescence measurements, which are recorded in real time during a PCR cycle.
Zusätzlich wird die Gesamtmenge an isolierten Zellen über DNA bestimmt. Dies geschieht mit Hilfe der Schritte e), f) und g). Abschließend werden die auf mRNA-Ebene bestimmten Mengen mit der Gesamtmenge an Zellen in Relation gebracht (Schritt h). In addition, the total amount of isolated cells is determined via DNA. This is done using steps e), f) and g). Finally, the amounts determined at the mRNA level are related to the total amount of cells (step h).
Die verschiedenen Schritte des beschriebenen Verfahrens können in Ihrer Reihenfolge variiert werden. Das gilt insbesondere für Schritte, die nicht unmittelbar aufeinander aufbauen und deren Bearbeitungsreihenfolge daher angepasst werden kann. Beispielsweise muss Schritt d) muss nicht The order in which the various steps of the procedure described can be varied. This applies in particular to steps that are not directly based on one another and whose processing sequence can therefore be adjusted. For example, step d) does not have to
gezwungenermaßen vor e) erfolgen. Man kann das erste Lysat auch necessarily take place before e). You can also use the first lysate
Zwischenspeichern, z.B. nach dem Schritt der Reversen Transkriptase, und dann zeitgleich mit dem DNA-Nachweis der zweiten Lyse analysieren. Insbesondere die Schritte c) und f) können parallel erfolgen. Caching, e.g. after the reverse transcriptase step, and then at the same time as the DNA detection of the second lysis. In particular, steps c) and f) can take place in parallel.
Das Verfahren kann auch als genetisches Zählverfahren bezeichnet werden, wobei sich die Bezeichnung„Zählverfahren“ hier insbesondere auf Schritt d) bezieht. The method can also be referred to as a genetic counting method, the term “counting method” here particularly relating to step d).
Das Verfahren hat gegenüber bekannten Verfahren zum Nachweis The method has compared to known methods of detection
charakteristischer Zellen in einer Probe eine Vielzahl von Vorteilen. characteristic cells in a sample have a number of advantages.
Der Hauptvorteil des Verfahrens ist, dass aufgrund der Messung genetischer Merkmale die Anzahl bzw. Mengenbereiche an in einer isolierten Probe befindlichen Tumorzellen gemessen werden. Es muss also in keinem zusätzlichen Schritt eine Quantifizierung der Probenmenge stattfinden. Eine Quantifizierung der Probe ist notwendig, um die Messung an der Probe mit anderen Daten in ein Verhältnis setzen zu können und der Probe so eine Aussagekraft zu verleihen. The main advantage of the method is that based on the measurement of genetic characteristics, the number or quantity ranges of tumor cells in an isolated sample are measured. So it doesn't have to be in any a quantification of the sample amount takes place in an additional step. A quantification of the sample is necessary in order to be able to relate the measurement on the sample to other data and to give the sample a meaningfulness.
Das Verfahren ist prinzipiell auch dafür geeignet, Krebs-spezifische Mutationen, Deletionen oder Insertionen - häufig mittels PCR-basierter Verfahren - auf Basis von CTCs nachzuweisen. Das Verfahren bietet nämlich den Vorteil, dass derartige Nachweise und das hier vorgestellte Verfahren von den In principle, the method is also suitable for detecting cancer-specific mutations, deletions or insertions - often using PCR-based methods - on the basis of CTCs. The method offers the advantage that such evidence and the method presented here by the
Prozessschritten her prinzipiell gleich sind, und sich daher für eine co- Integration auf einem Lab-on-Chip besonders gut eignen, denn auch hier stellt die Quantität der vorhandenen Probemenge eine wichtige Basis des Designs dar. Process steps are basically the same, and are therefore particularly suitable for co-integration on a lab-on-chip, because here too the quantity of the sample quantity is an important basis for the design.
Anfärbeverfahren haben den grundsätzlichen Nachteil, dass es schwierig ist, eindeutige Schlüsse aus den Bildern zu ziehen, die elektronisch ausgewertet werden. Hierfür ist sehr viel Intelligenz zur Bildauswertung notwendig. Auch bestehen keine einheitlichen Normen für die Bestimmung von CTCs. Es wurde zwar der sogenannte ACCEPT5 vom CANCER-ID Konsortium entwickelt, der für die Bildauswertung eine Art Standard definieren soll. Die Messung über das hier beschriebene Verfahren (verspricht)/liefert aussagekräftigere und eindeutigere Signale. Insbesondere kann eine (klassische) numerische Auswertung in Schritt h) erfolgen. Staining processes have the fundamental disadvantage that it is difficult to draw unequivocal conclusions from the images that are evaluated electronically. This requires a lot of intelligence for image evaluation. There are also no uniform standards for determining CTCs. The so-called ACCEPT5 was developed by the CANCER-ID consortium, which is supposed to define a kind of standard for image evaluation. The measurement using the procedure described here (promises) / delivers more meaningful and clearer signals. In particular, a (classic) numerical evaluation can take place in step h).
Das erfindungsgemäße Verfahren verspricht auch bei in nur geringen Mengen in einer Probe vorhandenen Zellen gut detektierbare Signale, da bei transkribierten, aktiven Genen in der Mehrheit der Fälle eine Vielzahl an mRNA-Molekülen in einer Zelle vorhanden ist. Dieses Verfahren setzt also auf einen Marker der in punkto vorhandener Mengen vorteilhaft ist, wobei dieser Marker insbesondere vorteilhaft gegenüber Markern ist, die auf Zell-DNA basieren, wovon The method according to the invention promises signals that are readily detectable even when cells are present in only small amounts in a sample, since in the majority of cases a large number of mRNA molecules are present in a cell in the case of transcribed, active genes. This method therefore relies on a marker which is advantageous in terms of the quantities present, this marker being particularly advantageous compared to markers based on cell DNA, of which
grundsätzlich sehr viel weniger pro Zelle verfügbar ist. is basically much less available per cell.
Diese mRNA-Marker werden mit Informationen auf DNA-Ebene, als verlässliche Quelle für die Messung der Gesamtzellmenge einer Probe, kombiniert. Dies hat den Vorteil, dass man die auf m RNA- Ebene bestimmten relativen Verhältnisse durch den Bezug auf DNA-Messungen in Absolutwerte umformen/umrechnen kann. Es findet eine eindeutige Normierung des Probenmaterials statt. Durch das beschriebene Verfahren kann auch eine Reduktion manueller Schritte bei der Probenanalyse erreicht werden. Je nach Isolationssystem erfordert das Anfärben eine Vielzahl von Prozessschritten. Diese Prozessschritte werden durch das beschriebene Verfahren entbehrlich. Das hier vorgeschlagene These mRNA markers are combined with information at the DNA level as a reliable source for measuring the total amount of cells in a sample. This has the advantage that the relative ratios determined on the mRNA level can be converted / converted into absolute values by referring to DNA measurements. There is a clear normalization of the sample material. The method described can also reduce the number of manual steps involved in sample analysis. Depending on the insulation system, staining requires a large number of process steps. These process steps can be dispensed with thanks to the method described. The one suggested here
Verfahren ermöglicht eine einfache Automatisierung und spart somit Kosten und Zeit. Process enables simple automation and thus saves time and money.
Bei den im Stand der Technik angewendeten Anfärbeverfahren wird mit In the staining process used in the prior art, with
Antikörpern gearbeitet, die auch immer unspezifisch binden. Bei diesen Antibodies worked, which also always bind unspecifically. With these
Verfahren ist es also möglich, dass unerwünschte Anfärbungen entstehen, die das Ergebnis einer anschließenden Zählung von gefärbten Zellen verfälschen. Ein genetischer Nachweis liefert hier eine höhere Spezifität. Auch können Antikörper in der Herstellung eine Varianz aufweisen und sind je nach With this method, it is possible that undesired staining occurs which falsify the result of a subsequent count of stained cells. Genetic evidence provides a higher specificity here. Antibodies in production can also have a variance and are dependent on
Herstellungs-LOT verschieden sensitiv oder spezifisch. Manufacturing LOT differently sensitive or specific.
Das hier vorgestellte Verfahren erlaubt eine individuelle Zusammenstellung von Targets, auf die hin eine Probe untersucht werden soll. Dies kann geschehen, indem die Zuordnung in Schritt d) sowie die Berechnung/Auswertung in Schritt h) entsprechend angepasst wird. Dieses universelle Verfahren erlaubt somit eine applikationsspezifische Anwendung. Mit dem Begriff„Target“ sind hier bestimmte Zellmarker gemeint auf deren Existenz die Zelle untersucht werden soll bzw. für die festgestellt werden soll wie oft diese in den Zellen der Probe Vorkommen. The method presented here allows an individual combination of targets for which a sample is to be examined. This can be done by adapting the assignment in step d) and the calculation / evaluation in step h) accordingly. This universal method thus allows application-specific use. The term “target” here refers to certain cell markers whose existence the cell is to be examined for or for which it is to be determined how often these occur in the cells of the sample.
Das Verfahren ist nicht auf die Anwendungen in der Onkologie begrenzt. The method is not limited to applications in oncology.
Generell bietet dieses Verfahren einen vereinfachten Prozessansatz zur Analyse von Expressionsmustern von Zellen für die Diagnostik. Das Verfahren ist insbesondere in vollautomatisierten Point-of-Care Anwendungen vorteilhaft einsetzbar. In general, this method offers a simplified process approach for the analysis of expression patterns of cells for diagnostics. The method can be used particularly advantageously in fully automated point-of-care applications.
Um die mit Hilfe des Verfahrens durchgeführte Berechnung/Auswertung präziser zu machen wird bevorzugt zumindest in einem der beiden Schritte g) und h) eine Varianz der Zellgrößen der Zellen in der Probe berücksichtigt . Diese Varianz der Zellgrößen kann beispielsweise durch eine optische Analyse (Bildanalyse) der Probe festgestellt werden oder aus statistischen Daten gewonnen werden. In Ausführungsvarianten des Verfahrens ist die Varianz als Parameter für die Berechnung Auswertung in den Schritten g) und h) fest hinterlegt. Der Begriff„Berechnen“ in den Schritten g) und h) ist nicht in einem zu verstehen, dass als Ergebnis in Schritt g) zwangsläufig eine exakte In order to make the calculation / evaluation carried out with the aid of the method more precise, a variance of the cell sizes of the cells in the sample is preferably taken into account in at least one of the two steps g) and h). This variance in cell sizes can be determined, for example, by optical analysis (image analysis) of the sample or obtained from statistical data. In variant embodiments of the method, the variance is permanently stored as a parameter for the calculation evaluation in steps g) and h). The term “calculate” in steps g) and h) is not to be understood as meaning that the result in step g) is necessarily an exact one
Gesamtzellzahl herauskommt, die definitiv bzw. tatsächlich der genauen Anzahl an Zellen in der Probe entspricht. Genausowenig ist hier gemeint, dass in Schritt h) exakt berechnen welche Anzahlen von Zellen mit einzelnen Zellmarkern in der Probe definitiv bzw. tatsächlich enthalten sind. Aufgrund von Unsicherheiten bzw. stochastischen Ungenauigkeiten in den für die Berechnungen beschriebenen Eingangsgrößen (Menge von Desoxyribonukleinsäuren für Schritt g) und Mengen verschiedener Arten von Ribonukleinsäuren für Schritt h)) ist dies eventuell auch gar nicht möglich. Vielmehr ist mit dem Schritt Begriff„Berechnen“ hier gemeint, dass die Ermittlung der Gesamtanzahl von Zellen bzw. die Ermittlung der Anzahlen von Zellen mit einzelnen Zellenmarken auf Basis der zur Verfügung stehenden Eingangsgrößen nach einer mathematischen Vorschrift ermittelt wird und hierfür bevorzugt keine weiteren Schätzwerte oder Annahmen zu Grunde gelegt werden. Total cell count comes out, which definitely or actually corresponds to the exact number of cells in the sample. Nor is it meant here that in step h) exactly calculate which numbers of cells with individual cell markers are definitely or actually contained in the sample. Because of uncertainties or stochastic inaccuracies in the input variables described for the calculations (amount of deoxyribonucleic acids for step g) and amounts of different types of ribonucleic acids for step h)) this may not even be possible. Rather, the step term “calculate” here means that the determination of the total number of cells or the determination of the number of cells with individual cell marks is determined on the basis of the available input variables according to a mathematical rule and preferably no further estimated values or Assumptions are used.
Besonders bevorzugt wird die Varianz der Zellgrößen über ein Haushaltsgen der Zellen bestimmt. Mit Hilfe eines Haushaltsgens sind Abschätzungen der The variance of the cell sizes is particularly preferably determined via a household gene of the cells. With the help of a household budget, estimates are the
Zellgrößen möglich und so können Größenunterschiede der Zellen normiert und vergleichbar gemacht werden. Haushaltsgene sind typischerweise Gene, die die Strukturmoleküle und Enzyme, die mit dem Grundstoffwechsel von Zellen Zusammenhängen, beispielsweise mit dem Glukose-Stoffwechsel, codieren. Anhand solcher Gene ist ein Rückschluss auf eine Zellgröße möglich. Cell sizes are possible and differences in size of the cells can be standardized and made comparable. Household genes are typically genes that encode the structural molecules and enzymes that are related to the basic metabolism of cells, such as glucose metabolism. Based on such genes, it is possible to infer a cell size.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren außerdem, wenn vor Schritt h) folgender Schritt durchgeführt wird: The method is also particularly advantageous if the following step is carried out before step h):
g2) Unterscheiden aktiver Ribonukleinsäuren und inaktiver Ribonukleinsäuren. Hierdurch ergeben sich weiter verbesserte Auswertungsmöglichkeiten für die Verfahrensschritte h) und g). g2) Differentiating between active ribonucleic acids and inactive ribonucleic acids. This results in further improved evaluation options for method steps h) and g).
Besonders erfolgt die Abschätzung in Schritt g) mit einem Vergleich der in Schritt d) ermittelten Mengen mit einer Datenmatrix, in der für jeden Zellmarker Daten bezüglich vorhandener Ribonukleinsäuren hinterlegt sind. Eine solche In particular, the estimation in step g) takes place with a comparison of the quantities determined in step d) with a data matrix in which data relating to ribonucleic acids present are stored for each cell marker. Such
Datenmatrix kann nach Art eines Expertensystems aufgebaut sein. The data matrix can be structured in the manner of an expert system.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn vor Schritt c) folgender Schritt durchgeführt wird: b2) Extrahieren von Zytoplasma. The method is particularly advantageous if the following step is carried out before step c): b2) extracting cytoplasm.
Dieser zusätzliche Schritt vereinfacht die späteren Verfahrensschritte. Außerdem wird durch diesen Schritt ermöglicht Fehler bei den Schritten d), g) und h) zu vermeiden, die durch das Zytoplasma verursacht sein könnten. This additional step simplifies the later process steps. This step also makes it possible to avoid errors in steps d), g) and h) which could be caused by the cytoplasm.
Außerdem vorteilhaft ist das Verfahren, wenn zur Ermittlung der Mengen in Schritt d) ein Umwandeln der Ribonukleinsäuren in Desoxyribonukleinsäuren erfolgt. Diese Umwandlung bietet vorteilhafte Möglichkeiten für das Zuordnen. The method is also advantageous if the ribonucleic acids are converted into deoxyribonucleic acids in order to determine the amounts in step d). This conversion offers advantageous options for mapping.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn das Lysieren in Schritt b) durch eine It is also advantageous if the lysing in step b) by a
Veränderung eines osmotischen Gleichgewichts in der Probe erfolgt, wodurch ein Platzen der Zellmembranen der Zellen bewirkt wird. In diesem A change in an osmotic equilibrium occurs in the sample, which causes the cell membranes of the cells to burst. In this
Zusammenhang ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein osmotisches Context is particularly beneficial when an osmotic
Gleichgewicht in Schritt b) so eingestellt wird, dass Zellkerne von Zellen in der Probe intakt bleiben. Durch eine solche Gestaltung der Lysiervorgänge kann sichergestellt werden, dass RNA und DNA sich für die Analyseschritte d), g) und h) nicht durchmischen. Equilibrium is adjusted in step b) so that cell nuclei of cells in the sample remain intact. Such a design of the lysing processes can ensure that RNA and DNA do not mix for the analysis steps d), g) and h).
Im Folgenden wird das Verfahren anhand der Figuren erläutert. Die Figuren zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel auf welches das Verfahren jedoch nicht reduziert werden kann. Es zeigen: The method is explained below with reference to the figures. The figures show a preferred exemplary embodiment to which the method cannot, however, be reduced. Show it:
Fig. 1: ein Ablaufdiagramm des beschriebenen Verfahrens, 1: a flow chart of the method described,
Fig. 2: beispielhaft Parameter zur Zuordnung von RNA zu Zellmarkern, und Fig. 3: ein weiteres Ablaufdiagramm des beschriebenen Verfahrens FIG. 2: exemplary parameters for assigning RNA to cell markers, and FIG. 3: another flow chart of the method described
In Fig. 1 werden die angewandten Prozessschritte des Verfahrens ganz schematisch dargestellt. Dabei wird eine (meist) vorverarbeitete Zellsuspension 1 lysiert. Die Zellsuspension kann dabei Vollblut, Serum, ein In Fig. 1 the applied process steps of the method are shown very schematically. A (mostly) preprocessed cell suspension 1 is lysed. The cell suspension can be whole blood, serum, a
Zellaufreinigungsprodukt oder eine am Durchflusszytometer sortierte Probe sein. Alternative zu einer Zellsuspension können auch an einer Fläche anhaftende Zellen für das Verfahren eingesetzt werden. Insbesondere können Zellen eingesetzt werden, die an einer für das Verfahren funktionalisierten Biopsienadel anhaften. Der erste Lysiervorgang 2 (Schritt b)) ist hier durch einen Pfeil dargestellt. Durch den ersten Lysiervorgang 2 wird ein erstes Lysat 4 erzeugt, welches mit den Schritten c) und d) analysiert werden kann. Cell purification product or a sample sorted on a flow cytometer. As an alternative to a cell suspension, cells adhering to a surface can also be used for the method. In particular, cells can be used which adhere to a biopsy needle functionalized for the method. The first lysing process 2 (step b)) is shown here by an arrow. The first lysing process 2 generates a first lysate 4 which can be analyzed with steps c) and d).
Bei einer typischen Menge einer Ausgangsprobe von 1 ml [Milliliter] entsteht durch Schritt b) bevorzugt eine Menge von 2 ml bis 4 ml erstes Lysat. With a typical amount of a starting sample of 1 ml [milliliter], step b) preferably produces an amount of 2 ml to 4 ml of the first lysate.
Der zweite Lysiervorgang 3 (Schritt e)) ist hier ebenfalls durch einen Pfeil dargestellt. Durch den zweiten Lysiervorgang 3 wird ein zweites Lysat 5 erzeugt, welches mit den Schritten f), g) und h) analysiert werden kann. The second lysing process 3 (step e)) is also shown here by an arrow. The second lysing process 3 generates a second lysate 5 which can be analyzed with steps f), g) and h).
Bei einer typischen Menge einer Ausgangsprobe von 2 ml [Milliliter] bis 4 ml entsteht durch Schritt e) bevorzugt eine Menge von 4 ml bis 8 ml zweites Lysat. With a typical amount of an initial sample of 2 ml [milliliters] to 4 ml, step e) preferably produces an amount of 4 ml to 8 ml of the second lysate.
Der in Schritt b) eingesetzte Lysemodus (erster Lysiervorgang) kann beliebig gewählt sein, muss aber kompatibel zur anschließenden RT-qPCR sein. The lysis mode used in step b) (first lysis process) can be selected as desired, but must be compatible with the subsequent RT-qPCR.
Insbesondere ist auf eine Aufreinigung des Lysates zu verzichten, da sonst zu quantifizierendes Material verloren gehen kann. Ein geeignetes Lysierverfahren kann über die Immobilisierung des Zellmaterials in einer Kanüle erfolgen. In die Kanüle kann dann ein Lysepuffer eingezogen werden, um Nukleinsäuren wie DNA oder RNA aus dem Zellmaterial zu extrahieren. Dabei wird zuerst eine hypotonische Lösung (der Lysepuffer) eingezogen, wobei der Salzgehalt des Puffers höher als der der Zellen ist. Dabei platzt die Zellmembran auf, nicht aber der Zellkern. Als Folge kann so das Zytoplasma extrahiert werden, in welchem sich die RNA der Zelle befindet. Nach der Extraktion der RNA kann in einem zweiten Schritt die DNA extrahiert werden, in dem ein hypertonsicher Lysepuffer aufgezogen wird. Dabei platzt nun auch der Zellkern und die DNA kann extrahiert werden. Es kann auch nur ein hypertonischer Puffer eingesetzt werden und die DNA sowie die RNA in einem Schritt extrahiert werden. In particular, purification of the lysate should not be carried out, since otherwise material to be quantified can be lost. A suitable lysing process can be carried out by immobilizing the cell material in a cannula. A lysis buffer can then be drawn into the cannula in order to extract nucleic acids such as DNA or RNA from the cell material. First, a hypotonic solution (the lysis buffer) is drawn in, the salt content of the buffer being higher than that of the cells. The cell membrane bursts, but not the cell nucleus. As a result, the cytoplasm in which the cell's RNA is located can be extracted. After the extraction of the RNA, the DNA can be extracted in a second step in which a hypertonic lysis buffer is drawn up. The cell nucleus bursts and the DNA can be extracted. It is also possible to use just a hypertonic buffer and extract the DNA and RNA in one step.
Lysepuffer können unterschiedlich zusammen gesetzt sein. Man muss zwischen hypotonischem (Lyse)puffer und hypertonischen (Lyse)puffer unterscheiden. Lysis buffers can be composed differently. A distinction must be made between hypotonic (lysis) buffer and hypertonic (lysis) buffer.
Eine beispielhafte Zusammensetzung von hypotonischem Lysepuffer enthält 20 mM [Millimol] Tris finale Konzentration. Das heist in einem Gemisch aus Probe und Tris stellt sich eine finale Konzentration von 20 mM NaCI ein. Eine beispielhafte Zusammensetzung von hypertonischem Puffer enthält 3 %iges NatriumChlorid (NaCI). Das heist in einem Gemisch aus Probe und NaCI stellt sich eine finale Konzentration von 3 % NaCI ein. An exemplary composition of hypotonic lysis buffer contains 20 mM [millimoles] Tris final concentration. That is, in a mixture of sample and Tris, a final concentration of 20 mM NaCl is established. An exemplary composition of hypertonic buffer contains 3% sodium chloride (NaCl). This means that in a mixture of sample and NaCl, a final concentration of 3% NaCl is established.
Nach der erfolgreichen Lyse wird die RNA mittels einer reversen Transkription in DNA umgewandelt. Dabei entsteht eine Lösung, welche nur aus DNA besteht. Diese kann nun für eine Nachweisreaktion mittels quantitativer After successful lysis, the RNA is converted into DNA by means of reverse transcription. This creates a solution that consists only of DNA. This can now be used for a detection reaction using quantitative
Echtzeitpolymerasen ketten reaktion (qPCR) nachgewiesen werden. Real-time polymerase chain reaction (qPCR) can be detected.
Der eigentliche Kern des beschriebenen Verfahrens liegt im Konstrukt des PCR Systems wie in Fig. 1 (Schritte g) und h)) angedeutet und in folgender Tabelle dargestellt: The actual core of the described method lies in the construct of the PCR system as indicated in Fig. 1 (steps g) and h)) and shown in the following table:
Die Auswertung der qPCR Kurven ermöglicht die quantitative Ermittlung und Rückschluss auf die Zusammensetzung des Sample auf Zelltypebene. The evaluation of the qPCR curves enables quantitative determination and conclusions to be drawn about the composition of the sample at the cell type level.
Die Tabelle beschreibt die Designstrategie des PCR System für die erfolgreiche Anwendung des beschriebenen Verfahrens. Dabei dient als Grundlage, dass man die Zusammensetzung einer Zellsuspension von einem Zelltyp oder Zellpopulation a und einem anderen Zelltyp oder Zellpopulation ß von einem eukaryotischen Individuum nachweist. The table describes the design strategy of the PCR system for the successful application of the described method. The basis here is that the composition of a cell suspension of one cell type or cell population a and another cell type or cell population ß of a eukaryotic individual is detected.
Ein konkretes Beispiel ist dabei ein Nachweis von zirkulierenden Tumorzellen (Typ a) in einem Hintergrund von Blutzellen (Typ ß). Die grundlegende Strategie ist dabei, über das Transkriptom (mRNA Information) die Zelltypen das relative Zellmuster zwischen den Zelltypen zu bestimmen. Durch das Messen des Genoms, kann dann die absolute Zahl aller Zellen in der Probe bestimmt werden. Kennt man diese Zahl kann zusammen mit den Verhältnissen können dann die absoluten Zahlen Zellen mit einzelnen Zellmarkern bzw. die Zahlen der einzelnen Subpopulationen (verschiedene Arten von Zellen innerhalb der Probe) abgeschätzt werden. Die Menge aller mRNA einer Zelle wird als„Transkriptom“ bezeichnet. Sie ist ein zelltypenspezifischer Parameter. Dieses Transkriptom ist die Gesamtmenge an RNA, die für das Zuordnen in Schritt d) zur Verfügung steht. A specific example is the detection of circulating tumor cells (type a) in a background of blood cells (type β). The basic strategy is to use the transcriptome (mRNA information) to determine the cell types and the relative cell pattern between the cell types. By measuring the genome, the absolute number of all cells in the sample can then be determined. If this number is known, together with the ratios, the absolute numbers of cells with individual cell markers or the numbers of the individual subpopulations (different types of cells within the sample) can be estimated. The amount of all mRNA in a cell is called the “transcriptome”. It is a cell type-specific parameter. This transcriptome is the total amount of RNA that is available for the assignment in step d).
Die Probe bzw. das erste Lysat der Probe mit der Gesamtmenge an RNA The sample or the first lysate of the sample with the total amount of RNA
(Transkriptom) wird bevorzugt schrittweise auf Targets (also auf Zellmarker oder Zelltypen die mit dem beschriebenen Verfahren erkannt werden sollen) geprüft. (Transcriptome) is preferably checked step by step for targets (i.e. for cell markers or cell types that are to be recognized with the method described).
Bevorzugt werden die einzelnen Targets in einer bestimmten Reihenfolge abgearbeitet. Beispielsweise sind die zu untersuchenden Targets mit Indizes A, B, C und so weiter bezeichnet. Zunächst wird die Probe bzw. das erste Lysat auf Target A geprüft, dann auf Target B, dann Target C und so weiter. Dies geschieht in Schritt d). Ist in einer Zelle ein bestimmtes Gen aktiv, wird diese entsprechende DNA Sequenz in RNA The individual targets are preferably processed in a specific order. For example, the targets to be examined are labeled with indices A, B, C and so on. First, the sample or the first lysate is tested for target A, then for target B, then target C and so on. This is done in step d). If a certain gene is active in a cell, this corresponding DNA sequence is converted into RNA
transkribiert, welche dann vom Zellkern ins Zytosom wandert und dort in ein Protein übersetzt wird. transcribed, which then migrates from the cell nucleus into the cytosome and is translated into a protein there.
Ein Zelltyp ist anhand von aktiven und inaktiven Genen identifizierbar. Jeder Zelltyp hat eine definierte Gruppe von Genen welche besonders aktiv sind oder ausgeschaltet sein müssen. Diese Genaktivität kann man durch Nachweis der entsprechenden mRNA oder Proteine zeigen. RNA-Nachweise durch qPCR sind hierbei besonders sensitiv. A cell type can be identified using active and inactive genes. Each cell type has a defined group of genes which are particularly active or must be switched off. This gene activity can be demonstrated by detecting the corresponding mRNA or proteins. RNA detection by qPCR is particularly sensitive here.
Anstelle das Transkriptom komplett zu untersuchen und sämtliche RNA im Transkriptom zuzuordnen, können in Schritt d) auch nur für Zelltypen typische Sequenzen mittels qPCR nachgewiesen werden. Die mRNA wird dann wie bereits beschrieben in DNA transkribiert, um anschließend eine genspezifische qPCR durchzuführen. Die Transkriptionsmessungen erlauben es, Aussagen über die Verhältnisse der Transkriptionsmuster der Zelle(n) zu schließen. Dazu wird mindestens ein Target A gewählt, welches in allen Zelltypen gleich exprimiert wird, i.e. in beiden Typen aktiv ist. Dies ist ein sogenanntes Haushaltsgen, welches im Allgemeinen konstant über alle Zelltypen aktiv ist. Typische Beispiele dazu sind GAPDH, Aktin, SDHA, HSP, COX8 oder MYH9. Als zweites Target B wird ein Target eingesetzt, welches für Zelltyp a hochreguliert ist, während in Zelltyp ß das Target entsprechend runterreguliert ist. Das dritte Target C hat ein chiasmatisches Transkriptionsprofil zu Target B, i.e. in Zelltyp a runterreguliert und Zelltyp ß hochreguliert. Die Normierung über das Target A ist notwendig, da Zellenpopulationen sehr heterogen in ihren Messparametern sind. Besonders die Zellgröße weißt üblicherweise eine hohe Varianz auf. Kleine Zellen haben in der Regel weniger absolute Anzahlen an mRNA, ihre Verhältnisse von hoch und runterreguliert, sind allerdings konserviert. Daher wird ein Haushaltsgen eingesetzt, um die Instead of examining the transcriptome completely and assigning all the RNA in the transcriptome, in step d) it is also possible to detect sequences typical for cell types by means of qPCR. The mRNA is then transcribed into DNA as already described in order to subsequently carry out a gene-specific qPCR. The transcription measurements allow conclusions to be drawn about the relationships between the transcription patterns of the cell (s). For this purpose, at least one target A is selected which is expressed in the same way in all cell types, ie is active in both types. This is a so-called household gene, which is generally constantly active across all cell types. Typical examples are GAPDH, actin, SDHA, HSP, COX8 or MYH9. The second target B used is a target which is upregulated for cell type a, while in cell type β the target is downregulated accordingly. The third target C has a chiasmatic transcription profile to target B, ie downregulated in cell type a and upregulated in cell type β. The normalization via target A is necessary because cell populations are very heterogeneous in their measurement parameters. The cell size in particular usually shows a high variance. Small cells usually have fewer absolute numbers of mRNA, but their ratios of up and down are conserved. Therefore, a household gene is used to control the
Größenunterschiede der Zellen zu normieren und vergleichbar zu machen. Im Beispiel von CTC im Blut könnte so Target B ein epithelialer Marker wie EpCAM, CDK, Catenin sein. Als Target C für Blutzellen (hauptsächlich Leukozyten wie T- Zellen, Neutrophile, Dendriten, Macrophagen) können hämatopoetische Marker wie CD45 eingesetzt werden. To normalize size differences of the cells and make them comparable. In the example of CTC in the blood, target B could be an epithelial marker such as EpCAM, CDK, catenin. Hematopoietic markers such as CD45 can be used as target C for blood cells (mainly leukocytes such as T cells, neutrophils, dendrites, macrophages).
Die Information, wieviel Probematerial (also welche Anzahl von Zellen) eingesetzt wurde, wird nun über das Genom gemessen. Dabei wird ein Target D eingesetzt, welches über sämtliche Zelltypen des zu messenden Individuums gleich sein sollte. Insbesondere Gene mit hohem SNP Anteilen oder hoher Mutationsraten (e.g. Onkogene) sind dazu nicht geeignet, weil solche Gene gerade in verschiedenen Zellen der Probe in unterschiedlicher Menge vorhanden sind bzw. die Menge von Target-Zellen (Zellmarkern) gerade anhand von solchen Genen mit dem beschriebenen Verfahren ermittelt werden soll. The information on how much sample material (i.e. what number of cells) was used is now measured via the genome. A target D is used, which should be the same for all cell types of the individual to be measured. In particular, genes with high SNP proportions or high mutation rates (eg oncogenes) are not suitable because such genes are present in different amounts in different cells of the sample or the amount of target cells (cell markers) based on such genes with the described method is to be determined.
Idealerweise werden hier hochkonservierte, multiple abundante Gene wie eine hLINEl oder APEX1 eingesetzt. Diese sind mehrfach vorhanden und einfacher zu quantifizieren, als ein klassisches Gen wie EGFR, welches im Genom genau zweimal auftritt. Insbesondere wenn in einer Probe wenig Zellen verfügbar sind, wie im Fall von üblichen CTC-Untersuchungen, ist dies von Vorteil. Ideally, highly conserved, multiple abundant genes such as an hLINE1 or APEX1 are used here. These are present several times and are easier to quantify than a classic gene such as EGFR, which occurs exactly twice in the genome. This is particularly advantageous if few cells are available in a sample, as in the case of conventional CTC examinations.
Das Konzept des hier beschriebenen Verfahrens ist beliebig skalierbar. Es kann im Transkriptom ein Target E ergänzt werden, welches zur feineren Selektierung der Zelltypen dient, zur statistischen Bestimmung der Qualität oder zur The concept of the method described here can be scaled as required. A target E can be added to the transcriptome, which is used for finer selection of cell types, for statistical determination of quality or for
Einführung von zusätzlichen Zelltypen. Introduction of additional cell types.
In Zusammenhang einer Flüssigbiopsie im Rahmen eines In the context of a liquid biopsy as part of a
Tumortherapiemonitoring kann das beschriebene Verfahren wie folgt ausgeführt werden. Es kann zum eingesetzten Target B EpCAM, e.g. zusätzlich noch CDK19 oder Vimentin gemessen werden. Also ein zusätzlicher Tumor therapy monitoring, the method described can be carried out as follows. EpCAM, e.g. CDK19 or vimentin can also be measured. So an additional one
Tumorzellenmarker. Sind die beiden Expressionsmuster zu unterschiedlich, kann auf Reaktionsprobleme zurückgeschlossen werden. Die Prüfung ob die beiden Expressionsmuster gleich sind kann also als Kontrollelement für die Validität und Qualität des Probenmaterial eingesetzt werden. Auch kann das Zusätzliche Target E für die Einführung eines dritten Zelltyps g genutzt werden. Im Rahmen eines CTC Monitoring bietet sich das zusätzliche Target E als ein Marker von mesynchimalen Tumorzellen, wie zum Beispiel Twist, N-Notch, Vimentin oder Snaill an. Somit kann die Population von CTCs nochmals in zwei Subtypen unterteilt werden. Somit kann die Methode auch im Rahmen von Tumor cell markers. If the two expression patterns are too different, it can be concluded that there are reaction problems. The check whether the two expression patterns are the same can be used as a control element for the validity and Quality of the sample material are used. The additional target E can also be used to introduce a third cell type g. In the context of CTC monitoring, the additional target E can be used as a marker for mesynchimal tumor cells, such as twist, N-Notch, Vimentin or Snaill. Thus, the population of CTCs can be further divided into two subtypes. Thus, the method can also be used in the context of
Untersuchungen im Bereich der Epithelial zu Mesenchymal Transition eingesetzt werden (EMT). Dies ist insbesondere interessant, da somit einen Bias von EpCAM vermieden wird, da im Blut auch ein beträchtlicher Teil von Investigations in the area of the epithelial to mesenchymal transition are used (EMT). This is particularly interesting because it avoids a bias of EpCAM, since there is also a considerable part of
mesynchemalen Zellen vorhanden sind. mesynchemical cells are present.
Fig. 2 zeigt die Analysekette des in oben stehender Tabelle beschriebenen Verfahrens. Dabei werden aus den qPCR Kurven der einzelnen Komponenten A,B,C,D die jeweiligen Thresholdzyklen CT-Wert bestimmt. Für die 2 shows the analysis chain of the method described in the table above. The respective threshold cycle CT value is determined from the qPCR curves of the individual components A, B, C, D. For the
Transkriptionselemente werden dann die relativen Expressionsmuster bestimmt, über die standardmäßige DDOT Verfahren. Daraus können die Transcriptional elements, the relative expression patterns are then determined, via the standard DDOT procedure. The
Expressionsverhältnisse von den einzelnen Zelltypen ermittelt werden. Aus dem genetischen Material wird die absolute Anzahl Zellen im Reaktionsgemisch bestimmt. Expression ratios of the individual cell types can be determined. The absolute number of cells in the reaction mixture is determined from the genetic material.
Fig. 3 zeigt eine alternative schematische Darstellung der Prozessführung des beschriebenen Verfahrens. Anstelle der Messung der Targets in einem 3 shows an alternative schematic representation of the process management of the method described. Instead of measuring the targets in one
Reaktionsmix, kann in einem ersten Schritt das Transkriptom von der DNA getrennt werden. Dabei werden selektive Lyseverfahren eingesetzt, in welchem zuerst nur das Cytosol, in welchem sich mRNA befindet, mittels hypertonischem Puffer (Lysepuffer) lysiert wird, gefolgt von der Lyse des DNA enthaltenden Zellkerns via hypotonischem Lysepuffers. Die Darstellung in Fig. 3 zeigt, dass die Schritte b), c) und d) betreffend das Isolieren und Auswerten der RNA im Prinzip als getrennt von den Schritten e), f) und g) betreffend das Isolieren und Reaction mix, the transcriptome can be separated from the DNA in a first step. Selective lysis methods are used, in which first only the cytosol in which the mRNA is located is lysed using hypertonic buffer (lysis buffer), followed by lysis of the DNA-containing cell nucleus via hypotonic lysis buffer. The illustration in FIG. 3 shows that steps b), c) and d) relating to the isolation and evaluation of the RNA are in principle separate from steps e), f) and g) relating to the isolation and
Auswerten der DNA betrachtet werden. Der Prozessschritt d) und der Evaluating the DNA can be considered. The process step d) and the
Prozessschritt g) stellen jeweils Informationen bereit, die Grundlage für die Durchführung des Prozessschrittes h) sind und dem Prozessschritt h) daher zur Verfügung gestellt werden. Process step g) each provide information that is the basis for performing process step h) and is therefore made available to process step h).

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren für den Nachweis bestimmter charakteristischer Zellen in einer Probe aufweisend die folgenden Schritte: 1. A method for the detection of certain characteristic cells in a sample comprising the following steps:
a) Bereitstellen einer Probe von Zellsuspension 1 a) Providing a sample of cell suspension 1
b) Durchführen eines ersten Lysiervorgangs (2) mit der Probe (1), so dass ein erstes Lysat (4) der Probe (1) entsteht, wobei das Lysieren so erfolgt, dass Zellkerne der Zellen der Zellsuspension 1 intakt bleiben; b) performing a first lysing process (2) with the sample (1) so that a first lysate (4) of the sample (1) is produced, the lysing being carried out in such a way that cell nuclei of the cells of the cell suspension 1 remain intact;
c) Extrahieren der in dem ersten Lysat (4) frei verfügbaren c) Extracting those freely available in the first lysate (4)
Ribonukleinsäuren (RNA); Ribonucleic acids (RNA);
d) Zuordnen der extrahierten Ribonukleinsäuren, um die Mengen d) Assigning the extracted ribonucleic acids to the amounts
verschiedener Arten von Ribonukleinsäuren in dem Lysat der Probe zu ermitteln; identify various types of ribonucleic acids in the lysate of the sample;
e) Durchführen eines zweiten Lysiervorgangs (3) mit der verbliebenen Probe (1), so dass ein zweites Lysat (5) der Probe (1) entsteht, wobei das Lysieren so erfolgt, dass Zellkerne von Zellen in der Probe (1) zerstört werden, e) Carrying out a second lysing process (3) with the remaining sample (1), so that a second lysate (5) of the sample (1) is produced, the lysing being carried out in such a way that the nuclei of cells in the sample (1) are destroyed ,
f) Extrahieren der in dem zweiten Lysat (5) frei verfügbaren f) Extracting those freely available in the second lysate (5)
Desoxyribonukleinsäuren (DNA), Deoxyribonucleic acids (DNA),
g) Berechnen einer Gesamtzellzahl an Zellen in der Probe Anhand der Menge von Desoxyribonukleinsäuren g) Calculating a total number of cells in the sample based on the amount of deoxyribonucleic acids
h) Berechnen von Anzahlen von Zellen mit einzelnen Zellmarkern in der Probe anhand der in Schritt d) ermittelten Mengen verschiedener Arten von Ribonukleinsäuren und der in Schritt g) berechneten Gesamtzellzahl. h) Calculating numbers of cells with individual cell markers in the sample on the basis of the amounts of different types of ribonucleic acids determined in step d) and the total number of cells calculated in step g).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zellmarker in Schritt h) dazu dienen CTCs (zirkulierende Tumorzellen) anhand von Zellmarkern zu 2. The method according to claim 1, wherein the cell markers in step h) serve to CTCs (circulating tumor cells) using cell markers
identifizieren. identify.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Zellmarker in Schritt h) zumindest einen der nachfolgenden Marker umfassen: Cell markers in step h) comprise at least one of the following markers:
- epithelialer Marker; - epithelial marker;
- EpCAM; - CD45; und - EpCAM; - CD45; and
- Cyto- Keratin. - cyto-keratin.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt h) ein Blutbild erstellt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein a blood count is created in step h).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest in einem der beiden Schritte g) und h) eine Varianz der Zellgrößen der Zellen in der Probe berücksichtigt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein a variance of the cell sizes of the cells in the sample is taken into account in at least one of the two steps g) and h).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor Schritt h) folgender Schritt durchgeführt wird: 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the following step is carried out before step h):
g2) Unterscheiden von aktiven Ribonukleinsäuren und inaktiven g2) Differentiating between active ribonucleic acids and inactive ones
Ribonukleinsäuren. Ribonucleic acids.
7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Abschätzung in Schritt g) mit einem Vergleich der in Schritt d) ermittelten Mengen mit einer Datenmatrix erfolgt, in der für jeden Zellmarker Daten bezüglich vorhandener 7. The method according to claim 3, wherein the estimation in step g) is carried out with a comparison of the quantities determined in step d) with a data matrix in which for each cell marker data relating to the existing
Ribonukleinsäuren hinterlegt sind. Ribonucleic acids are deposited.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor Schritt c) folgender Schritt durchgeführt wird: 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the following step is carried out before step c):
b2) Extrahieren von Zytoplasma. b2) extracting cytoplasm.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein for
Ermittlung der Mengen in Schritt d) ein Umwandeln der Ribonukleinsäuren in Desoxyribonukleinsäuren erfolgt. Determination of the amounts in step d) a conversion of the ribonucleic acids into deoxyribonucleic acids takes place.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lysieren in Schritt b) durch eine Veränderung eines osmotischen Gleichgewichts in der Probe erfolgt, wodurch ein Platzen der Zellmembranen der Zellen bewirkt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the lysing in step b) takes place by changing an osmotic equilibrium in the sample, which causes the cell membranes of the cells to burst.
11. Verfahren, nach Anspruch 10, wobei ein osmotisches Gleichgewicht in Schritt b) so eingestellt wird, dass Zellkerne von Zellen in der Probe intakt bleiben. 11. The method according to claim 10, wherein an osmotic equilibrium is set in step b) so that cell nuclei of cells in the sample remain intact.
EP20707263.8A 2019-03-01 2020-02-27 Method for counting cell types or cell markers in a sample, in particular in a blood sample Pending EP3931359A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019202788.1A DE102019202788A1 (en) 2019-03-01 2019-03-01 Method for counting cell types or cell markers in a sample, in particular in a blood sample
PCT/EP2020/055143 WO2020178134A1 (en) 2019-03-01 2020-02-27 Method for counting cell types or cell markers in a sample, in particular in a blood sample

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3931359A1 true EP3931359A1 (en) 2022-01-05

Family

ID=69701216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20707263.8A Pending EP3931359A1 (en) 2019-03-01 2020-02-27 Method for counting cell types or cell markers in a sample, in particular in a blood sample

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220081717A1 (en)
EP (1) EP3931359A1 (en)
CN (1) CN113544289A (en)
DE (1) DE102019202788A1 (en)
WO (1) WO2020178134A1 (en)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19607202A1 (en) * 1996-02-26 1997-08-28 Uwe Dr Michel Separation of RNA and DNA from cells by treatment with lytic solution
DE10259703A1 (en) * 2002-12-19 2004-07-08 Ivonex Gmbh separation process
US20060286558A1 (en) * 2005-06-15 2006-12-21 Natalia Novoradovskaya Normalization of samples for amplification reactions
US20080090239A1 (en) * 2006-06-14 2008-04-17 Daniel Shoemaker Rare cell analysis using sample splitting and dna tags
JP2010505425A (en) * 2006-10-06 2010-02-25 プロメガ コーポレイション Methods and kits for isolating cells
US20150233932A1 (en) * 2013-02-19 2015-08-20 Ching-Ping Tseng Methods, Systems, and Compositions for Enrichment of Rare Cells
WO2014133467A1 (en) * 2013-02-28 2014-09-04 Agency For Science, Technology And Research Methods and biomarkers for the detection of circulating tumor cells
JP6582486B2 (en) * 2015-03-27 2019-10-02 コニカミノルタ株式会社 Method for detecting rare cells in blood
CN106282116A (en) * 2016-08-08 2017-01-04 北京科迅生物技术有限公司 The enrichment of a kind of colorectal cancer circulating tumor cell and the method for analysis
US20180252722A1 (en) * 2017-03-05 2018-09-06 Yan Wang PCR-based Method for Counting Circulating Tumor Cells
CA3054915A1 (en) * 2017-03-16 2018-09-20 Universite Libre De Bruxelles Detection, quantification and/or isolation of circulating tumor cells based on the expression of cd321 marker

Also Published As

Publication number Publication date
US20220081717A1 (en) 2022-03-17
WO2020178134A1 (en) 2020-09-10
CN113544289A (en) 2021-10-22
DE102019202788A1 (en) 2020-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1136822B1 (en) Method for identifying cell specific target structures
DE60200248T2 (en) Procedure for solution-based diagnosis
EP1262776A2 (en) Method for the quantitative detection of vital epithelial tumour cells in a body fluid
DE102015216782B3 (en) Use of microRNAs circulating in the blood serum or blood plasma for identifying patients who are subject to biopsy and as markers for the differential diagnosis of individual non-ischemic cardiomyopathies or cardiac memory disorders
EP2030001B1 (en) Method for optimizing automatic fluorescence pattern recognition in immunodiagnostics
WO2020178134A1 (en) Method for counting cell types or cell markers in a sample, in particular in a blood sample
EP3839958A1 (en) Method and device for qualitative evaluation of real-time pcr data
DE202011050012U1 (en) Device for measuring gene groups
EP1685408A1 (en) Quick test for the diagnosis of alzheimer' disease
BE1030423B1 (en) Application of biomarkers for the diagnosis and treatment of pulmonary hypertension (PH)
EP3111220B1 (en) Procedures for molecular diagnostics for enriching a nucleic acid from a biological sample
DE60216045T2 (en) CANCER DIAGNOSTIC PROCEDURE
DE102011053741A1 (en) A method of verifying self-healing by the immune system of a human papillomavirus infected human
EP4031684A1 (en) Method for determining cell count by means of a reference dna
WO2021122979A1 (en) Method and device for determining the number of copies of a dna sequence that is present in a fluid
DE102020215567A1 (en) Retention device and method for separating cells
EP1718947A1 (en) Method for analysing a tissue sample
DE102007056198B4 (en) Assessment of the effect of an endogenous or exogenous effect on epithelial tissue by mapping the tissue using labeled histological tissue sections
EP2291658B1 (en) Flow-cytometric method for the determination of the total leukocyte number and thrombocyte number and for the leukocyte differentiation in avian blood samples
DE102014206444A1 (en) A method for molecular diagnostics for enriching a nucleic acid from a biological sample
DE102016212834A1 (en) Method, nanoparticle and kit for detection of target structures
DE19958980A1 (en) Method for determining PCR products, as well as a PCR detection kit and a device for such a method
DE10060880A1 (en) Determining chemotaxis activity of leukocytes, useful for diagnosing e.g. immune defects comprises measuring expression of cell-adhesion molecules

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20211001

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)