WO2002065889A1 - Method for examining cell and tissue samples - Google Patents

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WO2002065889A1
WO2002065889A1 PCT/EP2001/001987 EP0101987W WO02065889A1 WO 2002065889 A1 WO2002065889 A1 WO 2002065889A1 EP 0101987 W EP0101987 W EP 0101987W WO 02065889 A1 WO02065889 A1 WO 02065889A1
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dna
cell
sample
tumor
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PCT/EP2001/001987
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Peter Nehls
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Rubikon Ag
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/574Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for cancer
    • G01N33/57484Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for cancer involving compounds serving as markers for tumor, cancer, neoplasia, e.g. cellular determinants, receptors, heat shock/stress proteins, A-protein, oligosaccharides, metabolites
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    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/5308Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for analytes not provided for elsewhere, e.g. nucleic acids, uric acid, worms, mites

Definitions

  • the present invention relates to a method for examining cell and tissue samples, in which DNA damage is detected in the samples at the individual cell level by an immunocytological assay in order to enable a tumor risk assessment.
  • morphological data can also be taken into account.
  • CIN cervical intraepithelial neoplasia
  • Another serious problem is that the known analyzes of cell and tissue samples misclassify 10 to 40% of all cases, i.e. for example tumor cells are not recognized.
  • the starting point for the development of the method according to the invention was the idea that the formation of mutations in genes related to cancer is a critical step for tumor development.
  • Genes relevant in this context include protoonko genes that are involved in controlling cell division and tumor suppressor genes that inhibit neoplastic cell growth. Mutations, i.e. changes in the sequences of these genes, are associated with the development of tumors.
  • DNA-reactive agents such as chemical ones Carcinogens, ultraviolet radiation, ionizing radiation and reactive oxygen species induced.
  • a common feature of these agents is that they cause structural changes in genomic DNA.
  • the DNA reaction products can then be converted into inheritable mutations in dividing cells. In other words, it is assumed that the mutations critical for tumor development are preceded by DNA damage.
  • WO 93/12258 relates to a method for the diagnostic and prognostic monitoring of genotoxic changes in tissue which result from oxidative modifications of DNA. Specifically, several modified nucleotides have been detected in fish that have been exposed to carcinogens in contaminated water.
  • DNA was isolated from tissue samples and, after chemical modification, analyzed using GC / MS.
  • DNA from tissue samples from breast cancer patients was examined in one example using the method mentioned. While increased concentrations of modified nucleotides were found in the DNA from cancer tissue in some cases, this was not the case with DNA from surgical marginal tissue, even if microscopic changes compared to normal tissue were discernible in this tissue. From these results there is no indication of the possibility of a progression assessment; rather, they lead away from the present invention.
  • the publication does not mention the examination of dysplastic tissues.
  • WO 94/25626 a later application by the same inventor as the WO 93/12258 discussed above, suggests using the cellular redox potential as an indicator of the likelihood of cancer.
  • breast cancer tissue samples it is investigated whether analyzes of combinations of different modified nucleotides or their concentration ratios allow a distinction to be made between cancer tissue and normal tissue.
  • the analysis of the isolated DNA is carried out as in the above publication (that is, not for individual cells). Certain concentration ratios are associated with the cellular redox potential and are considered to be meaningful for the distinction between cancerous tissue and normal tissue. Regardless of the complicated methodology, there is no possibility of progression assessment from this document. Studies of dysplastic tissues are not described.
  • the invention is intended to enable the examination of dysplastic cells for tumor risk assessment.
  • tumor cells Compared to normal cells, tumor cells have increased amounts of damaged DNA, such as oxidatively damaged DNA and especially DNA with 8-oxoguanine. This can be used to identify tumor cells.
  • cells such as dysplastic or precancerous cells
  • dysplastic or precancerous cells can have different levels of damaged DNA, such as oxidatively damaged DNA and especially DNA with 8-oxoguanine.
  • Some such cells have levels of damaged DNA that are about the same as normal cells, while others have levels that are about that of tumor cells (i.e., the biological endpoint) development).
  • tumor cells i.e., the biological endpoint
  • the invention provides a method for examining cell and tissue samples for tumor risk assessment, including the identification of already existing tumor cells, which comprises the following stages:
  • the probability of tumor development also includes the probability that tumor cells already exist.
  • the extent of the DNA modification relative to control cells is preferably determined.
  • the process then comprises the following stages:
  • control cells can come from the same sample; for example, it can be undamaged cells.
  • the control cells can, however, also be present in a separately prepared control preparation.
  • the present invention relates to a method for examining dysplastic cells, in which the cells are subjected to an immunocytological assay for determining the extent of DNA modifications.
  • dysplastic cells can be identified on the basis of morphological features.
  • a typical procedure according to the invention is to subject a sample to an immunocytological assay that is known or suspected of containing dysplastic cells.
  • the sample can be a sample obtained during a cancer screening.
  • the sample may also be known or suspected to contain tumor cells. Typically, nothing is known about the previous exposure to a carcinogen for the samples examined according to the invention.
  • the degree of damage to the DNA is then determined with the immunocytological assay at the individual cell level.
  • the degree of damage to a cell in the examined sample as is typically the case with tumor cells, it is determined according to the invention that the examined cell is a tumor cell or a cell developing into a tumor cell.
  • a low degree of damage as is typically the case in a healthy cell is given, it is determined according to the invention that there is no risk of developing into a tumor cell.
  • the extent (degree) of damage to the DNA can be determined as the relative extent of the damage, for example based on healthy cells in the same sample or on cells in a control preparation.
  • the sample mentioned under (c) and (d) above can be a cell or tissue sample in which there are dysplastic or precancerous cells or which are suspected of containing such cells.
  • Dysplastic cells can be identified based on morphological features, as explained elsewhere. The invention is explained in more detail below.
  • a special feature of the method used according to the invention is that the degree of DNA modification in each individual cell can be determined, that is to say that each cell of the sample, for example a cytological preparation, can be assessed individually.
  • This is made possible by sensitive immuno-analytical techniques for the detection and quantitative determination of defined DNA modifications in the DNA of individual cells, for example in suspension or in tissue samples. These techniques can be used to determine any DNA modification for which a suitable monoclonal or polyclonal antibody is available.
  • This antibody (or a fragment thereof, such as preferably F (ab) 2 , but the use of a largely complete antibody is preferred here) is brought into contact with a suitably treated sample, so that a bond between the antibody and the DNA modification for which it is specific.
  • a DNA modification is a damage or structural change in the DNA. Such a change can be a strand break or the chemical change of one or more reactive groups of the DNA contained in the base, sugar and phosphate parts. A chemical change is to be understood as a reaction product.
  • Reaction products are, for example, alkylation products that are created by the action of alkylating agents, oxidation products that are created by the action of reactive oxygen species, and special add-on products of carcinogens.
  • mutagenic DNA damage ie structural changes which lead to sequence changes in proliferating cells.
  • persistence of DNA modifications ie the amount of DNA modifications present in the cells, which results in the long term from the relationship between the formation of new modifications on the one hand and the repair of existing modifications on the other.
  • DNA modifications are detected which are formed by highly reactive oxygen molecules in the genetic material.
  • oxygen species lead to the formation of DNA oxidation products, which include 8-oxoguanine in particular. Its detection can be carried out using a specific antibody, for example against 8-oxoguanine or 8-oxodeoxyriboguanosine.
  • the oxidative DNA damage in tumor cells and in precancerous cells, which develop into tumor cells is significantly measurably increased and the measurement of the oxidative DNA damage allows tumor cells present in a preparation to be clearly identified identify and predict the conversion of precancerous cells into tumor cells.
  • the antibodies which are used according to the invention for the detection of DNA modifications can be polyclonal or monoclonal antibodies. Methods for producing antibodies are known; such procedures can be used. Fragments of antibodies can also be used, it only being necessary that the fragments have the necessary specific binding properties. Some approaches are described below as examples.
  • a suitable antigen for this purpose, for example, a model compound is chemically synthesized that is representative of the modified base that is to be detected later.
  • the low molecular weight compound obtained in this way is not or only to a small extent immunogenic. It is therefore coupled (conjugated) to a suitable carrier.
  • Proteins for example, such as bovine serum albumin (BSA), casein, thyroglobulin or perforated screw hemocyanin, are suitable as carriers.
  • BSA bovine serum albumin
  • casein casein
  • Antibodies are then obtained using standard methods. It is possible to provide the antibodies with a label, in particular a fluorescent label. The marking is also done using standard methods.
  • Antibodies have also been raised against various other carcinogen-DNA adducts.
  • T. Shirai et al. Toxicol. Lett., Vol. 102/103, pp. 441-446 (1998) polyclonal antibodies against 3,2'-dimethyl-4-aminobiphenyl- and 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo [4, 5- b] pyridine-DNA adducts for immunohistochemical detection of the adducts.
  • Monoclonal antibodies against a specific alkylation product of DNA O s -Ethylguanin
  • F. Seiler et al. Mutat. Res., Vol. 385 (No.
  • the antibodies used have a sufficiently high specificity.
  • the antibodies must therefore bind with high affinity to the DNA modification that is to be detected.
  • the reactivity with normal components of RNA and DNA should be as low as possible. Since, when used for testing in cell or tissue samples, there are also numerous other components from the cells which can lead to a cross-reaction with the antibodies, it is important according to the invention to choose antibodies so that they also, if possible, include these other components have low affinity. The person skilled in the art can determine whether this is the case by routine experiments.
  • the antibody material in question is used in an immunocytological assay for suitable preparations, such as, for example, the control preparations described in more detail below.
  • the level of binding of the antibody material is then determined to determine how the binding changes depending on the level of DNA modifications.
  • An antibody material is then preferably selected for the method according to the invention which shows on the one hand a low background binding and on the other hand a high specific binding, ie a high degree of binding in a preparation with a large content of DNA modifications.
  • polyclonal antibodies in particular, it can make sense to provide additional purification steps in order to separate unsuitable antibodies.
  • affinity column in which the column material carries an antigen with which the antibody which is to be used in the method according to the invention reacts. This can significantly improve the specificity of the material.
  • polyclonal antibodies purified in this way have proven to be particularly advantageous.
  • the antibodies with a suitable specificity are then used according to the invention to examine cell or tissue samples in the context of an immunocytological assay.
  • the line or tissue Specimens originate in particular from suspected or ascertained dysplasia or suspected tissue.
  • the samples can be histological tissue sections, for example. Suitable material can also be obtained by fine needle biopsy or punch biopsy (puncture cytology), by collecting cells that have been detached or rejected by surfaces (exfoliative cytology), or by cells that are present in spontaneously emptied secretions, body cavity fluids or irrigation fluids, or by direct Smear sampling from mucosal surfaces can be obtained. Other biopsy samples can also be used.
  • the immunocytological assay is carried out with a prepared cell or tissue sample.
  • a cell or tissue sample is treated with a suitable preservation solution after removal.
  • exemplary solutions are described in U.S. Patent 5,256,571 (Hurley et al.).
  • a fixation can be done with the help of solvents such as methanol, ethanol, acetone or isopropanol.
  • the cell and core membranes are perforated so that the interior of the cell is accessible to the added antibodies and reagents.
  • the fixed sample is rehydrated with buffer solution before the examination.
  • a gynecological sample which is obtained in the usual way by a cytological / smear, is rinsed into a preservation medium. Blood, mucus and nondiagnostic debris are then broken up in a dispersion step and the sample is thoroughly mixed. Cellular material is then collected on a filter membrane and finally transferred to a slide.
  • the swab sample is also transferred to a preservation fluid.
  • a density gradient centrifugation then takes place later for preparation. This removes blood, mucus, material from inflammatory processes and other disruptive components, and you get a cell sample that is enriched with cells to be used for diagnosis.
  • the cell sample can then be resuspended in a suitable medium and transferred to a slide.
  • the sample preparation therefore preferably comprises filtration steps and / or centrifugation steps (such as gradient or equilibrium centrifugation steps).
  • RNA present in the cells can interfere.
  • it contains components that are also present in unmodified DNA are contained and, depending on the antibody, are bound with a certain affinity and, on the other hand, like the DNA modifications which may be recognized by the antibody.
  • damaged RNA is also broken down.
  • a mild alkali treatment is particularly preferred. Ethanol can also be used. This treatment partially makes the DNA single-stranded so that it is more accessible to the antibodies.
  • the denaturation can also be carried out by the action of heat and / or chemicals, for example formamide. However, care must be taken to ensure that there is essentially no destruction of the DNA or removal of the modifications to be detected. It is further preferred to carry out a treatment with a proteolytic enzyme. The background in the later detection reaction can thus be reduced.
  • treatment of the sample with a protein which occupies non-specific adsorption sites is also preferably carried out.
  • the treatment can be carried out with sera or solutions which contain animal proteins, such as IgG or a serum albumin, such as bovine serum albumin (BSA). The sample is then incubated with the antibody specific for DNA damage.
  • the sample is washed to remove unbound antibodies. If the first antibody bears a label, the DNA damage can now be made visible. Otherwise the incubation takes place with a second antibody which is specific for the first antibody and bears a label. After washing to remove unbound second antibody, the labeling of the second antibody and thus indirectly the DNA damage is then made visible.
  • the exact method of visualization and quantitative determination depends on the type of marking. If a fluorescence marker used, which is preferred according to the invention, the evaluation can expediently be carried out with a digital camera. This enables electronic amplification of the immunofluorescence. The images can then be evaluated using a multi-parameter image analysis program. Suitable devices and suitable software are commercially available. Details of a suitable method can be found, for example, in F. Seiler et al., Carcinogenesis, Vol. 14 (No. 9), pp. 1907-1913 (1993).
  • the amount of total DNA contained in the cells can also be measured by fluorescence.
  • an image analysis can be carried out in the same way as for the determination of the DNA modification by means of fluorescence, but using a different dye.
  • the amount of DNA found can additionally be used in the tumor risk assessment intended according to the invention, including the identification of already existing tumor cells.
  • the amount of DNA modification can be related to the amount of DNA and this size can be used in place of the absolute amount of DNA modification. This procedure can also detect and take into account artifacts caused by the binding of antibodies to material that differs from the DNA modification to be detected (cross-reaction).
  • the immunocytological assay is preferably carried out both for the cell or tissue sample to be examined and for one or more control preparations.
  • two control preparations per 20 samples examined can be analyzed. These are standard samples, the nature of which is known.
  • Control preparations can be made, for example, by exposing cells in culture to varying concentrations of a DNA-modifying agent and fixing the cells for a predetermined period after treatment.
  • a DNA-modifying agent for example, by exposing cells in culture to varying concentrations of a DNA-modifying agent and fixing the cells for a predetermined period after treatment.
  • an oxidizing agent such as H 2 0 2
  • the extent of the DNA modification preferably relative to the total DNA content, can be determined for individual cells of the examined sample.
  • an immunocytological assay for cells that originate from different stages of tumor development can be used to derive threshold values for the extent of the DNA modification, such as, for example, the content of reaction products of reactive oxygen species, in particular 8-oxoguanine.
  • the progression estimate with respect to the sample is then carried out by comparing the measurement results for the sample with the threshold values.
  • a cell or tissue sample which has been examined by the immunocytological assay is additionally subjected to histological or cytological staining.
  • This staining then enables the immunocytological data and thus the extent of the DNA modification to be assigned to individual dysplastic cells which, as usual, are classified by histological or cytological staining.
  • a useful coloring is the Pap coloring. A working specification for this can be found, for example, in the book "Gynecological Cytodiagnostics" by Soost and Baur.
  • the 8-oxoguanine content in the DNA of tumor cells, for example cervical tumor cells is always higher than in the DNA of normal cells, for example normal squamous cells.
  • the fluorescence intensities for dysplastic cells were determined and the values obtained were compared with those for normal and for tumor cells. It was shown that there are moderate and severe dysplasias in which the precancerous cells (CIN I, CIN II and CIN III) have a higher oxidative DNA damage than the normal epithelial cells. However, there are also dysplasias of the same severity in which the precancerous cells have the same low oxidative DNA damage as the normal cells.
  • An exemplary procedure for the present invention with cell-specific determination of oxidative DNA damage using example 8-oxoguanine essentially comprises four steps, namely (1) sample preparation; (2) performing the immunocytological method and quantitative determination of the 8-oxoguanine content in each individual cell of the preparation; (3) cytological staining of the preparation; (4) Combination of the 8-oxoguanine values and the optical characteristics determined after staining for the individual cells.
  • optimal and reproducible sample preparation involves removing unwanted accompanying material, such as mucus, bacteria and cell fragments, and separating the cells before applying them to a slide.
  • the cells attached to the slide are then fixed and treated in order to make the cellular DNA accessible to antibody molecules, as also described above. was explained.
  • the preparation is then treated with a monospecific antibody that can recognize and specifically bind to the 8-oxoguanine molecules present in the DNA.
  • a second, fluorescence-labeled antibody is applied to the preparation, which binds to the fc part of the first antibody.
  • the preparation can then be treated with a DNA-binding fluorescent dye, which allows the DNA content of each cell to be quantified.
  • the evaluation is carried out with a fluorescence microscope, which is equipped with a digital camera for measuring the fluorescence signals.
  • the preparation is scanned step by step and each cell is registered on a data carrier with regard to its position, its 8-0xoguanin content and, if appropriate, its DNA content.
  • the preparation is stained according to Papanicolaou for the cytological examination of the cells it contains, including any dysplasia or tumor cells it contains.
  • the colored specimen is placed under the microscope as before, but this time it is scanned step-by-step in transmitted light. The position of the cells and their specific optical characteristics are then also recorded.
  • the method according to the invention does not depend on a conventional classification of the sample. Rather, the method according to the invention provides additional information that cannot be obtained by conventional cytodiagnostics, for example by Papanicolaou staining. Thereafter, dysplastic cells can often be recognized; a forecast of their further development is not possible. ⁇
  • optical identification features preferably those that are accessible for automatic detection / detection, can be used in addition to the precise identification of the cells, for example as tumor cells, or for prognosis (tumor risk assessment) if there is a correlation between 8-0xoguanin content and cell type. For example, cells that show a certain degree of dysplasia can be assessed.
  • nucleus morphology especially the nucleus size, the nucleus shape and the coloring of the chromatin and in particular the ratio of nucleus size to cell size.
  • the method can also be accelerated by using suitable features for preselection.
  • the method according to the invention can in principle be used for all types of cancer.
  • the method is particularly useful for examining dysplastic cells of the cervix. If dysplasias are found in the context of cervical cancer screening cytology, an objective progression assessment can be made with the method according to the invention. More special Areas of application are dysplasia of the female breast or colon.
  • the method according to the invention is particularly applicable to examinations of the lungs / bronchi (especially examination of expectoration, lung secretions), bladder (especially examination of cells from urine samples), thyroid and malignant effusions. In these cases, especially in the case of bladder and effusions, the identification of existing tumor cells can already be improved considerably in comparison with conventional methods.
  • An immunocytological assay for determining DNA modifications can also be used to determine the individual radiation sensitivity. This is of great importance insofar as in the case of radiation therapy, for example of cancerous diseases, in about 30% of the patients inpatient treatment is required because of damage to healthy radiation-sensitive tissues adjacent to the tumor, with about 2% even causing permanent damage. On the other hand, for optimal tumor control, it would occasionally be desirable to use higher than usual radiation doses.
  • a sample of a healthy tissue that is exposed to radiation during the therapy or of a suitable surrogate tissue is irradiated in vitro after the removal. Then the kinetics of the repair of DNA damage is examined.
  • irradiated tissue or cell material is fixed at various times after the irradiation and then subjected to an immunocytological assay, as has already been described.
  • Radiation sensitivity can now be determined by measuring the temporal decrease in the amount of DNA modifications, in particular the amount of modifications caused by reactive oxygen species, and especially the amount of 8-oxoguanine, and correlating them with standard data.
  • a greater decrease in the amount of modifications up to a certain point in time means better repair capacity and less radiation sensitivity. It is possible to make a comparison with statistical averages. On in this way it is possible to individually determine the total radiation dose and the distribution of the individual doses over time in the case of fractional radiation.
  • An immunocytological assay can also be used to determine whether a certain degree of damage (limit value), for example a certain amount of oxidative DNA modifications and especially a certain amount of 8-oxoguanine, is undershot in a sample at a certain time after irradiation. This information can, for example, be used to determine the time and / or dose for further irradiation.
  • a certain degree of damage for example a certain amount of oxidative DNA modifications and especially a certain amount of 8-oxoguanine
  • the radiation sensitivity of tumor tissue can also be determined in the manner described above. In this case, the decrease in the amount of DNA modifications in a tumor tissue sample after radiation is found. This makes it possible to estimate the radiation dose required for treatment.
  • the present invention also includes the provision of a test kit.
  • a test kit comprises one or more components which are required for carrying out the method for examining cell and tissue samples or for examining the sensitivity to radiation. These components have already been discussed above in the explanation of the methods.
  • the test kit comprises an antibody which is specifically directed against a DNA modification, for example against a DNA modification (oxidation product) formed by reactive oxygen species and especially against 8-oxoguanine. It can also is an antibody fragment.
  • This antibody can carry a label, preferably a fluorescent label. If the antibody is not labeled, the test kit preferably contains a second antibody (or a fragment) which has a label, in particular a fluorescent label, and specifically names the first antibody.
  • the test kit may further include one or more of the following components that can be used in the immunocytological assay, as discussed above: RNAse; DNA denaturing agents; protolytic enzyme; Protein for binding unspecific adsorption sites.
  • the test kit also preferably contains buffers and / or solvents used to carry out the method.
  • a cell preservative and / or a fixative may also be included.
  • a test kit for carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention, in which the total amount of DNA is determined further comprises a dye for staining the DNA, as has also already been discussed.
  • test kit according to the invention is typically associated with instructions relating to the execution of the method according to the invention.
  • Rabbits were injected subcutaneously and intramuscularly with emulsions containing 600 ⁇ g conjugate and ABM-ZK adjuvant (Linaris GmbH, Bettingen, Germany). The injections were repeated 4, 10 and 22 weeks after the initial immunization. Serum was collected 12 days after the last injection. Antibodies were precipitated with solid ammonium sulfate (50% saturation), dialyzed and stored at -80 ° C. Antibodies with a specificity against 7, 8-dihydro-8-oxo-2 '-deoxyguanosine were obtained with both haptens.
  • tissue sections were fixed in methanol for 15 minutes and rehydrated in 2xSSC (300 mM sodium chloride, 30 mM sodium citrate, pH 7.2). After treatment with RNAse A (200 ⁇ g / ml 2xSSC) and RNAse TI (50 U / ml 2xSSC) for 1 hour at 37 ° C., the sections were washed in 0.14 M NaCl. Cellular DNA was denatured by incubation in a solution containing 70 mM NaOH, 40% EtOH and 0.14 M NaCl for 5 minutes at 4 ° C.
  • 2xSSC 300 mM sodium chloride, 30 mM sodium citrate, pH 7.2
  • RNAse A 200 ⁇ g / ml 2xSSC
  • RNAse TI 50 U / ml 2xSSC
  • the DNA was additionally stained with 0.3 ⁇ M 4, 6-diamidino-2-phenylindole in PBS. To reduce fading, the samples were placed in PBS at pH 8.2 containing 20% glycerin, 10% elvanol and 0.03 M dithiothreitol.
  • a standard fluorescence microscope (Neofluar 40 / 0.75; Zeiss, Oberkochen, Germany) was prepared for the epifluorescence and equipped with a suitable light source (HBO 100 W mercury lamp).
  • Standard filter number 02 (Zeiss) was used for the excitation (maximum: 350 nm) and emission (maximum: 475 nm) of the 4,6-diamidino-2-phenylindole fluorescence spectrum in combination with filter number 14 (Zeiss) for the excitation (maximum : 550 nm) and emission (maximum: 580 nm) of rhodamine isothiocyanate fluorescence.
  • Fluorescence signals were amplified with a single-stage image intensifier (Proxifier BV2532 EG35; Proxitronic, Rothstadt, Germany) and a CCD video camera (Hamamatsu, Japan), the connection being made via fiber optics.
  • the amplified images were fed to a multi-parameter image analysis system (Cytometry Analysis System ACAS; Ahrens, Bargteheide, Germany). This system allowed the integration of images with low signal-to-noise ratios and the quantitative determination of both the fluorescence specific for the labeled antibody and the fluorescence specific for the DNA from the same cell nucleus.
  • Example 3 8-Oxoguani levels in normal and cancerous human cervical cells
  • This example shows that tumor cells have a higher 8-oxoguanine content in genomic DNA than normal cells from the same patient.
  • smears were examined from 9 women who had been diagnosed with cervical carcinoma.
  • the swabs were prepared as explained above and then subjected to an immunocytological assay essentially in accordance with the procedure also described above. An antibody against 8-oxoguanine was used.
  • Example 3 Using a procedure similar to that in Example 3, cervical smears were subjected to an immunocytological test. The content of 8-oxoguanine in each cell of the respective preparation was in the form of fluorescence signals quantitatively determined • (image analysis).
  • the samples were cytologically stained on the basis of the Papanicolaou staining protocol, with an extension of the incubation time in Harris hematoxylin solution and a shortening of the subsequent washing steps being chosen to improve the staining.
  • the evaluation was now carried out in such a way that the fluorescence and color images were compared for each sample. If dysplastic or cancerous cells were identified in the color image on the basis of their optical distinguishing features, a corresponding cytological classification was carried out. In addition, the intensity was determined from the fluorescence image as a measure of the 8-oxoguanine content. Normal epithelial cells served as controls.

Abstract

The invention relates to a method for examining cell and tissue samples, in order to evaluate the risk of tumours and to identify existing tumour cells. Said method comprises the following steps: (a) an immunocytological assay is carried out on a cell or tissue sample in order to determine the extent of DNA modifications, and (b) the risk of a tumour is evaluated by comparing the result obtained in (a) with a correlation between the extent of the DNA modifications and the probability of tumour development. A sample which is known to contain, or which is thought to contain dysplastic cells can especially be examined in this way.

Description

VERFAHREN ZUR UNTERSUCHUNG VON ZELL- UND GEWEBEPROBEN METHOD FOR EXAMINING CELL AND TISSUE SAMPLES
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Zeil- und Gewebeproben, bei dem in den Proben auf Einzelzellebene durch einen immunzytologisehen Assay DNA-Schäden nachgewiesen werden, um eine Tumorrisikoabschätzung zu ermöglichen. Neben den immunzytologischen Ergebnissen können zusätzlich auch morphologische Daten berücksichtigt werden.The present invention relates to a method for examining cell and tissue samples, in which DNA damage is detected in the samples at the individual cell level by an immunocytological assay in order to enable a tumor risk assessment. In addition to the immunocytological results, morphological data can also be taken into account.
Um die Zahl der Krebserkrankungen und insbesondere die Zahl der dadurch verursachten Todesfälle zu verringern, ist es von großer Bedeutung, Zeil- und Gewebeveränderungen rechtzeitig nachzuweisen und gegebenenfalls eine geeignete Behandlung durchzuführen. Daher sind regelmäßige Vorsorgeuntersuchungen ein wirksames Mittel der Krebsfrüherkennung. Mit Hilfe der Krebsvorsorge lassen sich häufig existierende Tumorzellen, aber auch noch gutartige Gewebeveränderungen, sogenannte Dysplasien, feststellen. Diese Dysplasien entwickeln sich in einigen Fällen zu Tumoren weiter. Vielfach bilden sie sich aber auch wieder zurück oder bleiben unverändert . Eine Untersuchung von Zeil- und Gewebeveränderungen geschieht derzeit mit zytologischen Methoden. Dies beinhaltet die Herstellung gefärbter Ausstriche und die mikroskopische Untersuchung. Ein bekanntes Verfahren ist dabei die Pap-Färbung (Papanicolaou- Färbung) . Nach Fixierung erfolgt eine Kernfärbung mit Hämatoxylin und dann eine kombinierte Plasmafärbung mit Orange G6 und Polychromfarbstoff. Auf diese Weise ist es im Prinzip möglich, Veränderungen an Zellen zu erkennen und eine Klassifizierung abnormaler Zellen vorzunehmen.In order to reduce the number of cancers and in particular the number of deaths caused by them, it is very important to detect changes in cells and tissues in good time and, if necessary, to carry out suitable treatment. Therefore, regular checkups are an effective means of early cancer detection. With the help of cancer screening, existing tumor cells, but also benign tissue changes, so-called dysplasias, can be identified. In some cases, these dysplasias develop into tumors. In many cases, however, they recede or remain unchanged. An examination of cell and tissue changes is currently done using cytological methods. This includes making colored smears and microscopic examination. A well-known method is Pap dyeing (Papanicolaou dyeing). After fixation there is a core staining with hematoxylin and then a combined plasma staining with Orange G6 and polychrome dye. In this way, it is possible in principle to recognize changes in cells and to classify abnormal cells.
Ein Beispiel für diese Vorgehensweise ist die Zervix-Zytologie. Abhängig vom Zellbild erfolgt die Beurteilung eines Abstrichs nach der von Papanicolaou angegebenen Skala (Einteilung in die Gruppen I, II, III, III D [leichte bis mittelgradige Dysplasie], IVa [schwere Dysplasie, zelluläre Atypie; Verdacht auf Carcinoma in situ] , IVb [Verdacht auf Mikrokarzinom] und V [hochgradig verdächtig auf invasives Karzinom] ) . Eine Klassifikation präkanzeröser Zellen kann auch als CIN I [leichte Dysplasie] , CIN II [mittelgradige Dysplasie] und CIN III [schwere Dysplasie oder Carcinoma in situ] erfolgen (CIN = cervikale intraepitheliale Neoplasie) .An example of this procedure is the cervical cytology. Depending on the cell pattern, a smear is assessed on the scale specified by Papanicolaou (division into groups I, II, III, III D [mild to moderate dysplasia], IVa [severe dysplasia, cellular atypia; suspected carcinoma in situ], IVb [Suspected micro carcinoma] and V [highly suspect invasive carcinoma]). Classification of precancerous cells can also be called CIN I [light dysplasia], CIN II [moderate dysplasia] and CIN III [severe dysplasia or carcinoma in situ] (CIN = cervical intraepithelial neoplasia).
Eine gesicherte Progressionseinschätzung der Veränderungen ist mit derartigen Verfahren jedoch nicht möglich. Die Folge sind häufige Wiederholungen der Vorsorgeuntersuchungen und die Durchführung zusätzlicher Tests mit den entsprechenden Folgen für Psyche und Gesundheit der Patienten und für die Kosten des Gesundheitssystems. Vielfach werden Dysplasien aus Sicherheitsgründen auch operativ entfernt, ohne dass eindeutige Anzeichen für eine Krebserkrankung vorliegen.A reliable progression assessment of the changes is not possible with such procedures. The result is frequent repetitions of the check-ups and additional tests with the corresponding consequences for the psyche and health of the patients and for the costs of the health system. In many cases, dysplasias are also surgically removed for safety reasons without there being any clear signs of cancer.
Ein weiteres gravierendes Problem besteht darin, dass bei den bekannten Analysen von Zeil- und Gewebeproben 10 bis 40 % aller Fälle fehlklassifiziert werden, d.h. beispielsweise Tumorzellen nicht erkannt werden.Another serious problem is that the known analyzes of cell and tissue samples misclassify 10 to 40% of all cases, i.e. for example tumor cells are not recognized.
Aufgrund der vorstehend geschilderten Probleme bei der Krebsfrüherkennung bestand ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zur Tumorrisikoabschätzung einschließlich der Identifizierung bereits vorhandener Tumorzellen durch Untersuchung von Zeil- und Gewebeproben. Dabei sollte auch die Rate der Fehlklassifikation signifikant reduziert werden.Because of the above-described problems in cancer detection, there was a need for an improved method for tumor risk assessment, including the identification of existing tumor cells by examining cell and tissue samples. The rate of misclassification should also be significantly reduced.
Ausgangspunkt für die Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens war die Vorstellung, dass die Bildung von Mutationen in mit Krebs in Zusammenhang stehenden Genen ein kritischer Schritt für die Tumorentwicklung ist. Gene, die in diesem Zusammenhang relevant sind, umfassen Protoonko-Gene, die an der Steuerung der Zellteilung beteiligt sind, und Tumorsuppressor-Gene, die neoplastisches Zellwachstum hemmen. Mutationen, das heißt Änderungen der Sequenzen dieser Gene, werden mit der Tumorentstehung in Verbindung gebracht .The starting point for the development of the method according to the invention was the idea that the formation of mutations in genes related to cancer is a critical step for tumor development. Genes relevant in this context include protoonko genes that are involved in controlling cell division and tumor suppressor genes that inhibit neoplastic cell growth. Mutations, i.e. changes in the sequences of these genes, are associated with the development of tumors.
Genetische Veränderungen, wie sie vorstehend genannt wurden, werden durch eine Reihe von DNA-reaktiven Mitteln, wie chemischen Karzinogenen, ultravioletter Strahlung, ionisierender Strahlung und reaktiven Sauerstoffspezies, induziert. Ein gemeinsames Merkmal dieser Mittel besteht darin, dass sie Strukturänderungen der genomischen DNA hervorrufen. Die DNA-Reaktionsprodukte können dann in sich teilenden Zellen in vererbbare Mutationen umgewandelt werden. Mit anderen Worten wird also angenommen, dass den für die Tumorentwicklung kritischen Mutationen Schädigungen der DNA vorausgehen.Genetic changes, as mentioned above, are caused by a number of DNA-reactive agents, such as chemical ones Carcinogens, ultraviolet radiation, ionizing radiation and reactive oxygen species induced. A common feature of these agents is that they cause structural changes in genomic DNA. The DNA reaction products can then be converted into inheritable mutations in dividing cells. In other words, it is assumed that the mutations critical for tumor development are preceded by DNA damage.
Die meisten Zellen besitzen wirksame Abwehrmechanismen, um die DNA vor solchen Schädigungen zu schützen. So können insbesondere bestimmte Noxen, die auf die DNA einwirken können, abgefangen und inaktiviert werden. Darüber hinaus werden DNA-Schäden durch Reparaturenzyme entfernt. Bei Einwirkung großer Mengen an DNA-reaktiven Mitteln und/oder bei unzureichenden zellulären Abwehr- bzw. Reparaturmechanismen können DNA-Modifikationen zurückbleiben. Die Persistenz mutagener DNA-Modifikationen im Genom von prolifera- tionskompetenten Zellen ist ein möglicher Ausgangspunkt für die Krebsentwicklung.Most cells have effective defense mechanisms to protect the DNA from such damage. In particular, certain noxae that can act on the DNA can be intercepted and inactivated. In addition, DNA damage is repaired by repair enzymes. If large amounts of DNA-reactive agents are involved and / or if there are insufficient cellular defense or repair mechanisms, DNA modifications may remain. The persistence of mutagenic DNA modifications in the genome of proliferation-competent cells is a possible starting point for cancer development.
So haben beispielsweise E. Scherer et al . , Cancer Lett., Bd. 46 (Nr. 1) , S. 21 - 29 (1989) eine immunzytochemische Analyse von 06-Alkylguanin durchgeführt, das bei Einwirkung bestimmter Nitro- soverbindungen, die als krebserregend bekannt sind, entsteht. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass eine DNA-Modifikation für die Initiation der Karzinogenese durch chemische Karzinogene erforderlich ist und dass eine geringe Reparaturkapazität für promutagene Läsionen diesen Prozess fördert .For example, E. Scherer et al. , Cancer Lett., Vol. 46 (No. 1), pp. 21-29 (1989) carried out an immunocytochemical analysis of 0 6 -alkylguanine, which arises on exposure to certain nitroso compounds known to be carcinogenic. The authors conclude that DNA modification is required for the initiation of carcinogenesis by chemical carcinogens and that a low repair capacity for promutagenous lesions promotes this process.
Es ist daher wiederholt versucht worden, DNA-Schäden nachzuweisen, die nach der gezielten Einwirkung eines krebserregenden Mittels auftreten. Einen Überblick über die immunzytochemische Analyse solcher DNA-Modifikationen geben L. den Egelse et al . , Mu- tat. Res., Bd. 233 (Nr. 1-2), S. 265 - 287 (1990). Einige weitere Arbeiten auf diesem Gebiet werden nachstehend kurz erwähnt . Beispielsweise war bereits bekannt, dass die Einwirkung bestimmter die Tumorentstehung auslösender Partikel und Fasern im Lungengewebe von Ratten oxidative DNA-Modifikationen hervorruft, darunter die Bildung von 8-Oxoguanin (P. Nehls et al . , Environ. Health Perspect., Bd. 105 (Suppl. 5), S. 1291 - 1296 (1997)). Werden die Ratten krebserregenden Partikeln in genügend großer Menge ausgesetzt, so kommt es unter anderem zur Erhöhung des Gehalts der DNA an 8-Oxoguanin. Die Autoren der zitierten Arbeit vermuten, dass entzündliche Prozesse in Verbindung mit erhöhten 8-Oxoguaninspiegeln in Lungenzellen und erhöhter Zeilproliferation wichtig für die Partikel-induzierte Entwicklung von Lungentumoren bei Ratten sind. Experimente, die eine Korrelation zwischen der nachgewiesenen Menge an 8-Oxoguanin und der Wahrscheinlichkeit der Tumorentwicklung erlauben, werden aber nicht vorgelegt .There have therefore been repeated attempts to detect DNA damage that occurs after the targeted exposure to a carcinogen. L. den Egelse et al. Provide an overview of the immunocytochemical analysis of such DNA modifications. , Mut. Res., Vol. 233 (No. 1-2), pp. 265-287 (1990). Some other work in this area is briefly mentioned below. For example, it has previously been known that exposure to certain tumor-causing particles and fibers in the lung tissue of rats causes oxidative DNA modifications, including the formation of 8-oxoguanine (P. Nehls et al., Environ. Health Perspect., Vol. 105 ( Suppl. 5), pp. 1291-1296 (1997)). If the rats are exposed to carcinogenic particles in sufficient quantities, the content of 8-oxoguanine in the DNA increases, among other things. The authors of the cited work suspect that inflammatory processes in connection with increased 8-oxoguanine levels in lung cells and increased cell proliferation are important for the particle-induced development of lung tumors in rats. However, experiments that allow a correlation between the detected amount of 8-oxoguanine and the probability of tumor development are not presented.
Auch W. H. Fischer und W. K. Lutz, Proc . Natl . Acad. Sei. USA, Bd. 92 (Nr. 13), S. 5900 - 5904 (1995) beschäftigen sich mit der Bildung von 8-Oxoguanin, nachdem Versuchstiere einem Karzinogen ausgesetzt wurden. Konkret wird die Bildung von Papillomen bei Mäusen nach Behandlung mit 7, 12-Dimethylbenz [a] anthracen untersucht. Die Bestimmung von 8-Oxoguanin erfolgt chromatographisch nach Isolierung und Hydrolyse der DNA. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass eine multifaktorielle Analyse für die Voraussage des individuellen Krebsrisikos nach Belastung mit einem Karzinogen erforderlich ist.W. H. Fischer and W. K. Lutz, Proc. Natl. Acad. Be. USA, Vol. 92 (No. 13), pp. 5900-5904 (1995) deal with the formation of 8-oxoguanine after experimental animals were exposed to a carcinogen. The formation of papillomas in mice after treatment with 7, 12-dimethylbenz [a] anthracene is specifically investigated. 8-Oxoguanine is determined chromatographically after isolation and hydrolysis of the DNA. The authors conclude that a multifactorial analysis is required to predict individual cancer risk after exposure to a carcinogen.
Aus A. Yarborough et al . , Cancer Res., Bd. 56 (Nr. 4), S. 683 - 688 (1996) war bekannt, nach einem Immunoperoxidase-Verfahren eine oxidative Schädigung der DNA in einzelnen Zellen nachzuweisen. Die Zellen waren zuvor dem Karzinogen Aflatoxin Bl oder H202 ausgesetzt. Außerdem wurden Zellen aus der Mundschleimhaut von Rauchern mit Zellen von Nichtrauchern verglichen. Dabei wurde ein erhöhter Gehalt an 8-Oxoguanin in Zellen gefunden, die den Chemikalien oder Rauch ausgesetzt waren. Ein Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der DNA-Schädigung und der Wahrscheinlichkeit der Krebs- entwicklung lässt sich aus den vorgelegten Daten jedoch nicht herstellen.From A. Yarborough et al. , Cancer Res., Vol. 56 (No. 4), pp. 683-688 (1996) was known to detect oxidative damage to the DNA in individual cells by an immunoperoxidase method. The cells were previously exposed to the carcinogen aflatoxin Bl or H 2 0 2 . In addition, cells from the oral mucosa of smokers were compared with cells from non-smokers. An increased 8-oxoguanine content was found in cells that were exposed to chemicals or smoke. A relationship between the extent of DNA damage and the likelihood of cancer However, development cannot be made from the data provided.
H. Bartsch et al . , Recent Results Cancer Res., Bd. 154, S. 86 - 96 (1998) beschäftigen sich mit der Bedeutung der Bildung von Addukten von . DNA mit polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen im Zusammenhang mit bestimmten genetischen Markern und schlagen vor, dass Personen mit hohem Krebsrisiko möglicherweise identifiziert werden können, indem die sich aus bestimmten Risiko-Genotypkombinationen bei Personen, die polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen ausgesetzt sind, ergebenden Addukt- Spiegel bestimmt werden.H. Bartsch et al. , Recent Results Cancer Res., Vol. 154, pp. 86-96 (1998) deal with the importance of the formation of adducts of. DNA with polycyclic aromatic hydrocarbons associated with certain genetic markers and suggest that individuals at high risk of cancer may be identified by determining the adduct levels resulting from certain risk genotype combinations in individuals exposed to polycyclic aromatic hydrocarbons.
G. Romano et al . , Cancer Epidemiol . Biomarkers Prev. , Bd. 8 (Nr. 1), S. 91 - 96 (1999) beschreiben die Bestimmung von Addukten von DNA mit polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen nach einem immunhistochemisehen Assay in oralen Zellen. Bei Rauchern werden größere Mengen an Addukten gefunden. Eine Korrelation mit der Wahrscheinlichkeit der Krebsentstehung ist aus den vorgelegten Daten nicht möglich.G. Romano et al. , Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. , Vol. 8 (No. 1), pp. 91-96 (1999) describe the determination of adducts of DNA with polycyclic aromatic hydrocarbons after an immunohistochemical assay in oral cells. Larger amounts of adducts are found in smokers. A correlation with the probability of developing cancer is not possible from the data presented.
J. L. Mumford et al . , Mutat . Res., Bd. 359 (Nr. 3), S. 171 - 177 (1996) untersuchen die Konzentration an Addukten von DNA mit polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen in verschiedenen Geweben. Vielfach werden bei Rauchern höhere Konzentrationen als bei Nichtrauchern gefunden. Ein Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der DNA-Schädigung und der Wahrscheinlichkeit der Tumorentwicklung kann daraus nicht hergestellt werden.J.L. Mumford et al. , Mutat. Res., Vol. 359 (No. 3), pp. 171-177 (1996) investigate the concentration of adducts of DNA with polycyclic aromatic hydrocarbons in various tissues. In many cases, higher concentrations are found in smokers than in non-smokers. A connection between the extent of DNA damage and the probability of tumor development cannot be established from this.
M. Yaono et al . , Cancer Lett . , Bd. 98 (Nr. 2), S. 145 - 149 (1996) beschreiben den immunhistochemisehen Nachweis von 3,2'- Dimethyl-4-aminobiphenyl-DNA-Addukten nach Verabreichung des Kar- zinogens an die Versuchstiere und kommen zu dem Ergebnis, dass die Adduktbildung für die Tumorentstehung erforderlich, aber nicht ausreichend ist. WO 93/12258 betrifft ein Verfahren zur diagnostischen und prognostischen Überwachung genotoxischer Veränderungen in Gewebe, die sich aus oxidativen Modifikationen von DNA ergeben. Konkret wurden mehrere modifizierte Nucleotide bei Fischen, die in kontaminiertem Wasser krebserregenden Stoffen ausgesetzt waren, nachgewiesen. Dazu wurde DNA aus Gewebeproben isoliert und nach chemischer Modifizierung mittels GC/MS analysiert. Außerdem wurde in einem Beispiel DNA aus Gewebeproben von Brustkrebspatientinnen nach der genannten Methode untersucht . Während in der DNA aus Krebsgewebe in einigen Fällen erhöhte Konzentrationen an modifizierten Nucleotiden gefunden wurden, war dies bei DNA aus chirurgischem Randgewebe nicht der Fall, auch wenn bei diesem Gewebe mikroskopische Veränderungen gegenüber normalem Gewebe erkennbar waren. Aus diesen Ergebnissen lässt sich kein Hinweis auf die Möglichkeit einer Progressionseinschätzung entnehmen; sie führen vielmehr von der vorliegenden Erfindung weg. Die Untersuchung dysplastischer Gewebe wird in der Druckschrift nicht erwähnt .M. Yaono et al. , Cancer Lett. , Vol. 98 (No. 2), pp. 145-149 (1996) describe the immunohistochemical detection of 3,2'-dimethyl-4-aminobiphenyl-DNA adducts after administration of the carcinogen to the test animals and come to the same Result that adduct formation is necessary for tumor development, but is not sufficient. WO 93/12258 relates to a method for the diagnostic and prognostic monitoring of genotoxic changes in tissue which result from oxidative modifications of DNA. Specifically, several modified nucleotides have been detected in fish that have been exposed to carcinogens in contaminated water. For this purpose, DNA was isolated from tissue samples and, after chemical modification, analyzed using GC / MS. In addition, DNA from tissue samples from breast cancer patients was examined in one example using the method mentioned. While increased concentrations of modified nucleotides were found in the DNA from cancer tissue in some cases, this was not the case with DNA from surgical marginal tissue, even if microscopic changes compared to normal tissue were discernible in this tissue. From these results there is no indication of the possibility of a progression assessment; rather, they lead away from the present invention. The publication does not mention the examination of dysplastic tissues.
WO 94/25626, eine spätere Anmeldung des gleichen Erfinders wie der vorstehend diskutierten WO 93/12258, schlägt vor, das zelluläre Redoxpotential als Indikator für die Krebswahrscheinlichkeit heranzuziehen. Es wird anhand von Proben aus Brustkrebsgewebe untersucht, ob Analysen von Kombinationen verschiedener modifizierter Nucleotide bzw. deren Konzentrationsverhältnisse eine Unterscheidung zwischen Krebsgewebe und normalem Gewebe erlauben. Die Analyse der isolierten DNA erfolgt wie in der vorstehenden Druckschrift (also nicht für einzelne Zellen) . Bestimmte Konzentrationsverhältnisse werden mit dem zellulären Redoxpotential in Zusammenhang gebracht und als aussagekräftig für die Unterscheidung zwischen Krebsgewebe und normalem Gewebe angesehen. Ungeachtet der komplizierten Methodik ergibt sich aus dieser Druckschrift keine Möglichkeit zur Progressionseinschätzung. Untersuchungen dysplastischer Gewebe werden nicht beschrieben. Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Methode bereitzustellen, die eine Tumorrisikoabschätzung durch Untersuchung von DNA-Schädigungen auf Einzelzellebene erlaubt. Insbesondere soll erfindungsgemäß die Untersuchung dysplastischer Zellen zur Tumorrisikoabschätzung ermöglicht werden.WO 94/25626, a later application by the same inventor as the WO 93/12258 discussed above, suggests using the cellular redox potential as an indicator of the likelihood of cancer. Using breast cancer tissue samples, it is investigated whether analyzes of combinations of different modified nucleotides or their concentration ratios allow a distinction to be made between cancer tissue and normal tissue. The analysis of the isolated DNA is carried out as in the above publication (that is, not for individual cells). Certain concentration ratios are associated with the cellular redox potential and are considered to be meaningful for the distinction between cancerous tissue and normal tissue. Regardless of the complicated methodology, there is no possibility of progression assessment from this document. Studies of dysplastic tissues are not described. Starting from the prior art described above, it is an object of the present invention to provide a method which allows tumor risk assessment by examining DNA damage at the individual cell level. In particular, the invention is intended to enable the examination of dysplastic cells for tumor risk assessment.
Es ist nun überraschend festgestellt worden, dass eine Progressionseinschätzung für Zellen oder Gewebe möglich ist, indem mit einem immunzytologisehen Verfahren DNA-Schäden in einer Probe nachgewiesen werden und das Ausmaß der DNA-Schädigung in Beziehung zu Daten gesetzt wird, die die Wahrscheinlichkeit der Tumorentwicklung mit dem Ausmaß von DNA-Schäden korrelieren. Die quantitative Bestimmung von DNA-Läsionen dient also als Parameter für die Tumorrisikoabschätzung. Dies schließt auch die Identifizierung bereits vorhandener Tumorzellen ein.It has now surprisingly been found that progression assessment for cells or tissues is possible by using an immunocytological method to detect DNA damage in a sample and to relate the extent of the DNA damage to data that relate to the probability of tumor development correlate the extent of DNA damage. The quantitative determination of DNA lesions thus serves as a parameter for tumor risk assessment. This also includes the identification of existing tumor cells.
Tumorzellen weisen im Vergleich zu normalen Zellen erhöhte Mengen an geschädigter DNA, wie oxidativ geschädigter DNA und speziell DNA mit 8-Oxoguanin, auf. Dies kann zur Identifizierung von Tumorzellen herangezogen werden. Erfindungsgemäß ist es darüber hinaus insbesondere möglich, für Zellen, wie dysplastische oder präkanzeröse Zellen, eine Prognose über die Entwicklung zu Turmorzellen zu erhalten. Die Erfindung erlaubt nämlich die Differenzierung zwischen Zellen, insbesondere dysplastischen oder präkanzerösen Zellen, mit hoher DNA-Schädigung und hoher Wahrscheinlichkeit der Tumorentwicklung und Zellen mit geringer DNA-Schädigung und geringer Wahrscheinlichkeit der Tumorentwicklung. Die herkömmliche Zytodiagnostik ist dazu nicht in der Lage. Speziell wurde erfindungsgemäß festgestellt, dass dysplastische oder präkanzeröse Zellen, auch wenn sie zytologisch gleich klassifiziert werden, unterschiedliche Gehalte an geschädigter DNA, wie oxidativ geschädigter DNA und speziell DNA mit 8-Oxoguanin, aufweisen können. Manche derartigen Zellen weisen Gehalte an geschädigter DNA auf, die etwa denen von normalen Zellen entsprechen, während andere Gehalte aufweisen, die etwa denen von Tumorzellen (also dem biologischen Endpunkt der Entwicklung) entsprechen. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die quantitative Bestimmung des Ausmaßes der DNA- Schädigung, beispielsweise der oxidativen Schädigung und speziell des Gehaltes an 8-Oxoguanin, auf Einzelzellebene zusätzlich zu oder anstelle von herkömmlichen zytodiagnostischen Verfahren heranzuziehen, um eine Tumorrisikoabschätzung für eine Zeil- oder Gewebeprobe zu ermöglichen.Compared to normal cells, tumor cells have increased amounts of damaged DNA, such as oxidatively damaged DNA and especially DNA with 8-oxoguanine. This can be used to identify tumor cells. According to the invention, it is also possible in particular for cells, such as dysplastic or precancerous cells, to receive a prognosis about the development into tumor cells. This is because the invention allows differentiation between cells, in particular dysplastic or precancerous cells, with high DNA damage and high probability of tumor development and cells with low DNA damage and low probability of tumor development. Conventional cytodiagnostics are unable to do this. Specifically, it was found according to the invention that dysplastic or precancerous cells, even if they are classified cytologically the same, can have different levels of damaged DNA, such as oxidatively damaged DNA and especially DNA with 8-oxoguanine. Some such cells have levels of damaged DNA that are about the same as normal cells, while others have levels that are about that of tumor cells (i.e., the biological endpoint) development). According to the invention, it is now proposed to use the quantitative determination of the extent of the DNA damage, for example the oxidative damage and especially the content of 8-oxoguanine, at the individual cell level in addition to or instead of conventional cytodiagnostic methods in order to carry out a tumor risk assessment for a cell or tissue sample enable.
Dementsprechend wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Untersuchung von Zeil- und Gewebeproben zur Tumorrisikoabschätzung einschließlich der Identifizierung bereits vorhandener Tumorzellen bereitgestellt, das folgende Stufen umfasst:Accordingly, the invention provides a method for examining cell and tissue samples for tumor risk assessment, including the identification of already existing tumor cells, which comprises the following stages:
(a) Immunzytologischer Assay für eine Zeil- oder Gewebeprobe zur Bestimmung des Ausmaßes von DNA-Modifikationen;(a) Immunocytological assay for a cell or tissue sample to determine the extent of DNA modifications;
(b) Abschätzung des Tumorrisikos durch Vergleich des unter (a) erhaltenen Ergebnisses mit einer Korrelation zwischen dem Ausmaß von DNA-Modifikationen und der Wahrscheinlichkeit der Tumorentwicklung .(b) Estimation of the tumor risk by comparing the result obtained under (a) with a correlation between the extent of DNA modifications and the probability of tumor development.
Zur Identifizierung bereits vorhandener Tumorzellen schließt die Wahrscheinlichkeit der Tumorentwicklung auch die Wahrscheinlichkeit, dass bereits Tumorzellen vorliegen, ein.To identify existing tumor cells, the probability of tumor development also includes the probability that tumor cells already exist.
Vorzugsweise wird das Ausmaß der DNA-Modifikation relativ zu Kontrollzellen bestimmt. Das Verfahren umfasst dann folgende Stufen:The extent of the DNA modification relative to control cells is preferably determined. The process then comprises the following stages:
(i) Immunzytologischer Assay für eine Zeil- oder Gewebeprobe zum Nachweis von DNA-Modifikationen;(i) immunocytological assay for a cell or tissue sample for the detection of DNA modifications;
(ii) immunzytologischer Assay für Kontrollzellen;(ii) immunocytological assay for control cells;
(iii) Bestimmung des relativen Ausmaßes der DNA-Modifikation aus (i) und (ii) ; (iv) Abschätzung des Tumorrisikos durch Vergleich des unter (iii) erhaltenen Ergebnisses mit einer Korrelation zwischen dem relativen Ausmaß der DNA-Modifikation und der Wahrscheinlichkeit der Tumorentwicklung.(iii) determining the relative extent of the DNA modification from (i) and (ii); (iv) Estimation of the tumor risk by comparing the result obtained under (iii) with a correlation between the relative extent of the DNA modification and the probability of tumor development.
Die Kontrollzellen können aus der gleichen Probe stammen; beispielsweise kann es sich um nicht geschädigte Zellen handeln. Die Kontrollzellen können aber auch in einem gesondert vorbereiteten Kontrollpräparat vorliegen.The control cells can come from the same sample; for example, it can be undamaged cells. The control cells can, however, also be present in a separately prepared control preparation.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Untersuchung dysplastischer Zellen, bei dem die Zellen einem immunzytologisehen Assay zur Bestimmung des Ausmaßes von DNA-Modifikationen unterzogen werden. Dysplastische Zellen können beispielsweise aufgrund morphologischer Merkmale identifiziert werden.According to a further aspect, the present invention relates to a method for examining dysplastic cells, in which the cells are subjected to an immunocytological assay for determining the extent of DNA modifications. For example, dysplastic cells can be identified on the basis of morphological features.
Ein typisches Vorgehen gemäß der Erfindung besteht darin, eine Probe einem immunzytologischen Assay zu unterziehen, von der bekannt ist oder die in Verdacht steht, dysplastische Zellen zu enthalten. Bei der Probe kann es sich um eine im Rahmen einer Krebsvorsorgeuntersuchung gewonnene Probe handeln. Für die Probe kann zusätzlich bekannt sein oder der Verdacht bestehen, dass sie Tumorzellen enthält . Typischerweise ist für die erfindungsgemäß untersuchten Proben nichts über die vorherige Einwirkung eines Karzinogens bekannt .A typical procedure according to the invention is to subject a sample to an immunocytological assay that is known or suspected of containing dysplastic cells. The sample can be a sample obtained during a cancer screening. The sample may also be known or suspected to contain tumor cells. Typically, nothing is known about the previous exposure to a carcinogen for the samples examined according to the invention.
Mit dem immunzytologischen Assay wird dann auf Einzelzellebene der Grad der Schädigung der DNA, insbesondere der Grad der oxidativen Schädigung und speziell der Gehalt an 8-Oxoguanin, bestimmt. Bei einem hohen Grad der Schädigung einer Zelle in der untersuchten Probe, wie er typischerweise bei Tumorzellen gegeben ist, wird erfindungsgemäß festgestellt, dass es sich bei der untersuchten Zelle um eine Tumorzelle oder eine sich zu einer Tumorzelle entwickelnden Zelle handelt. Bei einem geringen Grad der Schädigung, wie er typischerweise bei einer gesunden Zelle gegeben ist, wird erfindungsgemäß festgestellt, dass kein Risiko der Entwicklung zu einer Tumorzelle besteht .The degree of damage to the DNA, in particular the degree of oxidative damage and especially the content of 8-oxoguanine, is then determined with the immunocytological assay at the individual cell level. With a high degree of damage to a cell in the examined sample, as is typically the case with tumor cells, it is determined according to the invention that the examined cell is a tumor cell or a cell developing into a tumor cell. With a low degree of damage, as is typically the case in a healthy cell is given, it is determined according to the invention that there is no risk of developing into a tumor cell.
Erfindungsgemäß ist es somit möglich, Zellen in einer Probe nachzuweisen, für die eine Tumorentwicklung wahrscheinlich ist.According to the invention, it is thus possible to detect cells in a sample for which tumor development is likely.
Das Ausmaß (der Grad) der Schädigung der DNA kann als relatives Ausmaß der Schädigung, beispielsweise bezogen auf gesunde Zellen in der gleichen Probe oder auf Zellen in einem Kontrollpräparat, bestimmt werden.The extent (degree) of damage to the DNA can be determined as the relative extent of the damage, for example based on healthy cells in the same sample or on cells in a control preparation.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann auch wie folgt angegeben werden:The procedure according to the invention can also be specified as follows:
(a) Bestimmung des Grads der DNA-Schädigung für Zellen, die aufgrund morphologischer Merkmale als Tumorzellen identifiziert werden;(a) determining the level of DNA damage for cells identified as tumor cells based on morphological features;
(b) Bestimmung des Grads der DNA-Schädigung für Zellen, die aufgrund morphologischer Merkmale als gesunde Zellen identifiziert werden;(b) determining the level of DNA damage for cells identified as healthy cells based on morphological features;
(c) Bestimmung des Grads der DNA-Schädigung für Zellen einer Probe, für die eine Tumorrisikoabschätzung vorgenommen werden soll;(c) determining the level of DNA damage for cells of a sample for which a tumor risk assessment is to be made;
(d) Vergleich der unter (c) erhaltenen Ergebnisse mit den unter (a) und (b) erhaltenen Ergebnissen, um festzustellen, ob in der Probe' Zellen vorliegen, bei denen es sich um Tumorzellen oder um sich zu Tumorzellen entwickelnde Zellen handelt.(d) Compare the results obtained under (c) with the results obtained under (a) and (b) to determine whether there are cells in the sample that are tumor cells or cells that develop into tumor cells.
Bei der vorstehend unter (c) und (d) erwähnten Probe kann es sich um eine Zeil- oder Gewebeprobe handeln, in der dysplastische oder präkanzeröse Zellen vorliegen oder die im Verdacht steht, derartige Zellen zu enthalten. Dysplastische Zellen können anhand morphologischer Merkmale identifiziert werden, wie dies an anderer Stelle erläutert wird. Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert . Dabei wird auch auf die Figuren Bezug genommen, wobeiThe sample mentioned under (c) and (d) above can be a cell or tissue sample in which there are dysplastic or precancerous cells or which are suspected of containing such cells. Dysplastic cells can be identified based on morphological features, as explained elsewhere. The invention is explained in more detail below. Reference is also made to the figures, wherein
Fig. 1 8-Oxoguanin-Werte (relative Fluoreszenzwerte) für Zellen in zwei verschiedenen Zervix-Abstrichen mit einem PAP IVa-Befund zeigt;1 shows 8-oxoguanine values (relative fluorescence values) for cells in two different cervical smears with a PAP IVa finding;
Fig. 2 8-Oxoguanin-Werte (relative Fluoreszenzwerte) für Zellen in zwei verschiedenen Zervix-Abstrichen mit einem PAP III D- Befund zeigt .2 shows 8-oxoguanine values (relative fluorescence values) for cells in two different cervical smears with a PAP III D finding.
Eine Besonderheit des erfindungsgemäß angewandten Verfahrens liegt darin, dass der Grad der DNA-Modifikation in jeder einzelnen Zelle bestimmt werden kann, das heißt, dass jede Zelle der Probe, beispielsweise eines zytologischen Präparates, individuell beurteilt werden kann. Dies wird ermöglicht durch empfindliche immunanalytische Techniken zum Nachweis und zur quantitativen Bestimmung von definierten DNA-Modifikationen in der DNA einzelner Zellen, beispielsweise in Suspension oder in Gewebeproben. Diese Techniken können für die Bestimmung beliebiger DNA-Modifikationen angewandt werden, für die ein geeigneter monoklonaler oder polyklonaler Antikörper zur Verfügung steht. Dieser Antikörper (oder ein Fragment davon, wie vorzugsweise F(ab)2, wobei hier jedoch die Verwendung eines weitgehend vollständigen Antikörpers bevorzugt ist) wird mit einer geeignet behandelten Probe in Kontakt gebracht, so dass eine Bindung zwischen dem Antikörper und der DNA-Modifikation, für die er spezifisch ist, erfolgen kann. Trägt der Antikörper eine Markierung, wie beispielsweise eine Fluoreszenzmarkierung, so ist ein direkter Nachweis möglich. Alternativ erfolgt der Nachweis jedoch dadurch, dass ein zweiter Antikörper (oder ein Fragment davon) eingesetzt wird, der spezifisch mit dem ersten Antikörper reagiert und außerdem markiert ist, zum Beispiel mit Hilfe einer Fluoreszenzmarkierung. Die Markierung des zweiten Antikörpers kann dann durch geeignete Bildauswertverfahren erfasst werden. Eine DNA-Modifikation, wie sie erfindungsgemäß nachgewiesen werden soll, ist eine Schädigung oder strukturelle Änderung der DNA. Bei einer solchen Änderung kann es sich um einen Strangbruch oder die chemische Veränderung einer oder mehrerer reaktiver Gruppen der DNA, die in den Basen-, Zucker- und Phosphatanteilen enthalten sind, handeln. Unter einer chemischen Veränderung ist ein Reaktionsprodukt zu verstehen. Reaktionsprodukte sind beispielsweise Alkylierungsprodukte, die durch Einwirkung von Alkylie- rungsmitteln entstehen, Oxidationsprodukte, die durch Einwirkung reaktiver Sauerstoffspezies entstehen, und spezielle Anlagerungsprodukte von Karzinogenen. Von besonderer Relevanz für die vorliegende Erfindung sind mutagene DNA-Schäden, d.h. strukturelle Änderungen, die in proliferierenden Zellen zu Sequenzänderungen führen. Darüber hinaus von Bedeutung ist die Persistenz der DNA- Modifikationen, d.h. das in den Zellen vorhandene Ausmaß an DNA- Modifikationen, das sich auf Dauer aus dem Verhältnis von Neubildung von Modifikationen einerseits und Reparatur vorhandener Modifikationen andererseits ergibt.A special feature of the method used according to the invention is that the degree of DNA modification in each individual cell can be determined, that is to say that each cell of the sample, for example a cytological preparation, can be assessed individually. This is made possible by sensitive immuno-analytical techniques for the detection and quantitative determination of defined DNA modifications in the DNA of individual cells, for example in suspension or in tissue samples. These techniques can be used to determine any DNA modification for which a suitable monoclonal or polyclonal antibody is available. This antibody (or a fragment thereof, such as preferably F (ab) 2 , but the use of a largely complete antibody is preferred here) is brought into contact with a suitably treated sample, so that a bond between the antibody and the DNA modification for which it is specific. If the antibody bears a label, such as a fluorescent label, direct detection is possible. Alternatively, however, the detection is carried out by using a second antibody (or a fragment thereof) which reacts specifically with the first antibody and is also labeled, for example with the aid of a fluorescent label. The marking of the second antibody can then be detected by suitable image evaluation methods. A DNA modification, as it is to be detected according to the invention, is a damage or structural change in the DNA. Such a change can be a strand break or the chemical change of one or more reactive groups of the DNA contained in the base, sugar and phosphate parts. A chemical change is to be understood as a reaction product. Reaction products are, for example, alkylation products that are created by the action of alkylating agents, oxidation products that are created by the action of reactive oxygen species, and special add-on products of carcinogens. Of particular relevance to the present invention are mutagenic DNA damage, ie structural changes which lead to sequence changes in proliferating cells. Of further importance is the persistence of DNA modifications, ie the amount of DNA modifications present in the cells, which results in the long term from the relationship between the formation of new modifications on the one hand and the repair of existing modifications on the other.
Bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Verfahrens werden DNA-Modifikationen nachgewiesen, die durch hochreaktive Sauerstoffmoleküle im Erbmaterial gebildet werden. Solche Sauerstoffspezies führen zur Bildung von DNA- Oxidationsprodukten, zu denen insbesondere 8-Oxoguanin gehört. Dessen Nachweis kann durch einen spezifischen Antikörper, beispielsweise gegen 8-Oxoguanin oder 8-Oxodesoxyriboguanosin, erfolgen.In a particularly expedient embodiment of the method according to the invention, DNA modifications are detected which are formed by highly reactive oxygen molecules in the genetic material. Such oxygen species lead to the formation of DNA oxidation products, which include 8-oxoguanine in particular. Its detection can be carried out using a specific antibody, for example against 8-oxoguanine or 8-oxodeoxyriboguanosine.
Es ist überraschend, dass auf der Basis der Bestimmung einer speziellen DNA-Modifikation, wie sie durch hochreaktive Sauerstoffspezies hervorgerufen wird, eine Progressionseinschätzung für das untersuchte Zellmaterial oder Gewebe einschließlich der Identifizierung bereits vorhandener Tumorzellen möglich ist. Aus dem Stand der Technik war nicht erkennbar, dass die Messung einer speziellen Schädigung eine Voraussage der Entwicklung einer Dysplasie erlauben würde, da im Gegensatz zu den bereits be- schriebenen Experimenten Art, Umfang und Zeitpunkt der Einwirkung von möglicherweise krebserregenden Mitteln unbekannt sind.It is surprising that on the basis of the determination of a special DNA modification, such as is caused by highly reactive oxygen species, a progression assessment for the examined cell material or tissue, including the identification of already existing tumor cells, is possible. It was not recognizable from the prior art that the measurement of a particular damage would allow a prediction of the development of dysplasia, since in contrast to the already experiments, the type, scope and timing of exposure to potentially carcinogenic agents are unknown.
Erfindungsgemäß konnte gezeigt werden, daß im Vergleich zu normalen Zellen die oxidative DNA-Schädigung in Tumorzellen und in präkanzerδsen Zellen, die sich zu Tumorzellen weiterentwickeln, deutlich meßbar erhöht ist und die Messung der oxidativen DNA- Schädigung es erlaubt, in einem Präparat vorhandene Tumorzellen eindeutig zu identifizieren und die Umwandlung präkanzeröser Zellen in Tumorzellen zu prognostizieren.According to the invention, it could be shown that, compared to normal cells, the oxidative DNA damage in tumor cells and in precancerous cells, which develop into tumor cells, is significantly measurably increased and the measurement of the oxidative DNA damage allows tumor cells present in a preparation to be clearly identified identify and predict the conversion of precancerous cells into tumor cells.
Bei den Antikörpern, die erfindungsgemäß zum Nachweis von DNA- Modifikationen verwendet werden, kann es sich um polyklonale oder um monoklonale Antikörper handeln. Verfahren zur Herstellung von Antikörpern sind bekannt; derartige Verfahren können angewandt werden. Es können auch Fragmente von Antikörpern eingesetzt werden, wobei lediglich erforderlich ist, dass die Fragmente die nötigen spezifischen Bindungseigenschaften aufweisen. Nachstehend werden beispielhaft einige Ansätze beschrieben.The antibodies which are used according to the invention for the detection of DNA modifications can be polyclonal or monoclonal antibodies. Methods for producing antibodies are known; such procedures can be used. Fragments of antibodies can also be used, it only being necessary that the fragments have the necessary specific binding properties. Some approaches are described below as examples.
Die Herstellung von Antikörpern setzt zunächst voraus, dass ein geeignetes Antigen bereitgestellt wird. Dazu wird beispielsweise chemisch eine Modellverbindung synthetisiert, die repräsentativ für die modifizierte Base ist, die später nachgewiesen werden soll. Die so erhaltene niedermolekulare Verbindung ist nicht oder nur in geringem Maße immunogen. Sie wird daher mit einem geeigneten Träger gekoppelt (konjugiert) . Als Träger kommen beispielsweise Proteine, wie Rinderserumalbumin (BSA) , Casein, Thy- roglobulin oder Lochschnecken-Hämocyanin, in Frage. Das Konjugat aus der modifizierten Base (als dem Hapten) und dem Träger wird dann zur Immunisierung von Tieren verwendet. Die anschließende Gewinnung von Antikörpern erfolgt nach Standardverfahren. Es ist möglich, die Antikörper mit einer Markierung, insbesondere einer Fluoreszenzmarkierung, zu versehen. Auch das Anbringen der Markierung erfolgt nach Standardverfahren. Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung von polyklonalen Antikörpern gegen 7, 8-Dihydro-8-oxo-2 ' -desoxyguanosin, die zum Nachweis von 8-Oxoguanin in DNA verwendet werden können, wird in P. Nehls et al . , Environ. Health Perspect . , Bd. 105 (Suppl. 5), S. 1291 - 1296 (1997) beschrieben. Monoklonale Antikörper gegen die genannte Verbindung werden in der bereits zitierten Arbeit von A. Yarborough, Cancer Res., Bd. 56 (Nr. 4), S. 683 - 688 (1986) sowie in Y. S. Lee et al . , Biochem. Biophys . Res. Commun. , Bd. 196 (Nr. 3), S. 1545-1551 (1993) und V. I. Bruskov et al . , Biokhimiia, Bd. 61 (Nr. 4), S. 737-744 (1996) erwähnt. Als weitere Literaturstellen im Zusammenhang mit Antikörpern gegen 7,8- Dihydro-8-oxo-2 ' -desoxyguanosin können Arbeiten genannt werden, die Immunaffinitätstechniken betreffen, wie P. Degan et al . , Car- cinogenesis, Bd. 12 (Nr. 5), S. 865-871 (1991), wo polyklonale Antikörper verwendet werden, und E. M. Park et al . , Proc. Natl. Acad. Sei. USA, Bd. 89 (Nr. 8), S. 3375-3379 (1992), wo monoklonale Antikörper verwendet werden. Antikörper gegen 7, 8-Dihydro-8- oxo-2 -desoxyguanosin sind auch kommerziell erhältlich.The production of antibodies first requires that a suitable antigen is provided. For this purpose, for example, a model compound is chemically synthesized that is representative of the modified base that is to be detected later. The low molecular weight compound obtained in this way is not or only to a small extent immunogenic. It is therefore coupled (conjugated) to a suitable carrier. Proteins, for example, such as bovine serum albumin (BSA), casein, thyroglobulin or perforated screw hemocyanin, are suitable as carriers. The modified base (as the hapten) and carrier conjugate is then used to immunize animals. Antibodies are then obtained using standard methods. It is possible to provide the antibodies with a label, in particular a fluorescent label. The marking is also done using standard methods. An exemplary method for the production of polyclonal antibodies against 7, 8-dihydro-8-oxo-2 'deoxyguanosine, which can be used for the detection of 8-oxoguanine in DNA, is described in P. Nehls et al. , Environ. Health Perspect. , Vol. 105 (Suppl. 5), pp. 1291-1296 (1997). Monoclonal antibodies against the compound mentioned are described in the previously cited work by A. Yarborough, Cancer Res., Vol. 56 (No. 4), pp. 683-688 (1986) and in YS Lee et al. , Biochem. Biophys. Res. Commun. , Vol. 196 (No. 3), pp. 1545-1551 (1993) and VI Bruskov et al. , Biokhimiia, Vol. 61 (No. 4), pp. 737-744 (1996). Further literature references in connection with antibodies against 7,8-dihydro-8-oxo-2 '-deoxyguanosine can be cited as works relating to immunoaffinity techniques, such as P. Degan et al. , Carcinogenesis, Vol. 12 (No. 5), pp. 865-871 (1991), where polyclonal antibodies are used, and EM Park et al. , Proc. Natl. Acad. Be. USA, Vol. 89 (No. 8), pp. 3375-3379 (1992), where monoclonal antibodies are used. Antibodies against 7, 8-dihydro-8-oxo-2 -deoxyguanosine are also commercially available.
Auch gegen verschiedene weitere Karzinogen-DNA-Addukte sind Antikörper erzeugt worden. So beschreiben T. Shirai et al . , Toxicol . Lett., Bd. 102/103, S. 441 - 446 (1998) polyklonale Antikörper gegen 3,2 ' -Dimethyl-4-aminobiphenyl- und 2-Amino-l-methyl-6-phe- nylimidazo [4, 5-b] pyridin-DNA-Addukte zum immunhistochemisehen Nachweis der Addukte. Monoklonale Antikörper gegen ein bestimmtes Alkylierungsprodukt von DNA (Os-Ethylguanin) werden im Zusammenhang mit einem immunzytologischen Assay von F. Seiler et al . , Mutat. Res., Bd. 385 (Nr. 3), S. 205 - 211 (1997) erwähnt. J. al- Atrash et al . , Chem. Res. Toxicol., Bd. 8 (Nr. 5), S. 747 - 752 (1995) beschreiben zwei monoklonale Antiseren, die 4-Aminobiphe- nyl-DNA-Addukte erkennen und zum immunhistochemischen Nachweis verwendet werden. Verschiedene monoklonale Antikörper gegen alky- lierte DNA werden von J. H. van Delft et al . in Environ. Health Perspect., Bd. 99, S. 25 - 32 (1993) beschrieben. Ein polyklona- les Serum gegen ein weiteres Alkylierungsprodukt wird von G. P. van der Schans in Chem. Res. Toxicol., Bd. 7 (Nr. 3), S. 408 - 413 (1994) erwähnt. Erfindungsgemäß ist es wesentlich, dass die verwendeten Antikörper eine ausreichend hohe Spezifitat aufweisen. Die Antikörper müssen also an die DNA-Modifikation, die erfasst werden soll, mit hoher Affinität binden. Darüber hinaus soll die Reaktivität mit normalen Bestandteilen von RNA und DNA möglichst gering sein. Da bei Einsatz zur Untersuchung in Zeil- oder Gewebeproben auch noch zahlreiche andere Komponenten aus den Zellen vorhanden sind, die zu einer Kreuzreaktion mit den Antikörpern führen können, ist es erfindungsgemäß wichtig, Antikörper so zu wählen, dass sie auch zu diesen weiteren Komponenten eine möglichst geringe Affinität aufweisen. Ob dies der Fall ist, kann der Fachmann durch Routineversuche feststellen. Dabei wird das fragliche Antikörpermaterial in einem immunzytologischen Assay für geeignete Präparate, wie beispielsweise die nachstehend noch näher beschriebenen Kontroll- Präparate, verwendet. Das Ausmaß der Bindung des Antikörpermaterials wird dann bestimmt, um festzustellen, wie die Bindung sich in Abhängigkeit des Gehalts an DNA-Modifikationen ändert. Vorzugsweise wird dann für das erfindungsgemäße Verfahren ein Antikörpermaterial gewählt, das einerseits eine geringe Hintergrundbindung und andererseits eine hohe spezifische Bindung, d.h. ein hohes Maß an Bindung bei einem Präparat mit einem großen Gehalt an DNA-Modifikationen, zeigt.Antibodies have also been raised against various other carcinogen-DNA adducts. For example, T. Shirai et al. , Toxicol. Lett., Vol. 102/103, pp. 441-446 (1998) polyclonal antibodies against 3,2'-dimethyl-4-aminobiphenyl- and 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo [4, 5- b] pyridine-DNA adducts for immunohistochemical detection of the adducts. Monoclonal antibodies against a specific alkylation product of DNA (O s -Ethylguanin) are in connection with an immunocytological assay by F. Seiler et al. , Mutat. Res., Vol. 385 (No. 3), pp. 205-211 (1997). J. al-Atrash et al. , Chem. Res. Toxicol., Vol. 8 (No. 5), pp. 747-752 (1995) describe two monoclonal antisera which recognize 4-aminobiphenyl-DNA adducts and are used for immunohistochemical detection. Various monoclonal antibodies against alkylated DNA are described by JH van Delft et al. in environments. Health Perspect., Vol. 99, pp. 25-32 (1993). A polyclonal serum against a further alkylation product is mentioned by GP van der Schans in Chem. Res. Toxicol., Vol. 7 (No. 3), pp. 408-413 (1994). According to the invention, it is essential that the antibodies used have a sufficiently high specificity. The antibodies must therefore bind with high affinity to the DNA modification that is to be detected. In addition, the reactivity with normal components of RNA and DNA should be as low as possible. Since, when used for testing in cell or tissue samples, there are also numerous other components from the cells which can lead to a cross-reaction with the antibodies, it is important according to the invention to choose antibodies so that they also, if possible, include these other components have low affinity. The person skilled in the art can determine whether this is the case by routine experiments. The antibody material in question is used in an immunocytological assay for suitable preparations, such as, for example, the control preparations described in more detail below. The level of binding of the antibody material is then determined to determine how the binding changes depending on the level of DNA modifications. An antibody material is then preferably selected for the method according to the invention which shows on the one hand a low background binding and on the other hand a high specific binding, ie a high degree of binding in a preparation with a large content of DNA modifications.
Insbesondere bei polyklonalen Antikörpern kann es sinnvoll sein, zusätzliche Reinigungsschritte vorzusehen, um ungeeignete Antikörper abzutrennen. Zweckmäßig ist hierzu die Verwendung einer Affinitätssäule, bei der das Säulenmaterial ein Antigen trägt, mit dem der Antikörper, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden soll, reagiert. Damit kann die Spezifit t des Materials erheblich verbessert werden. Erfindungsgemäß haben sich auf solche Weise gereinigte polyklonale Antikörper als besonders vorteilhaft erwiesen.In the case of polyclonal antibodies in particular, it can make sense to provide additional purification steps in order to separate unsuitable antibodies. For this purpose, it is expedient to use an affinity column in which the column material carries an antigen with which the antibody which is to be used in the method according to the invention reacts. This can significantly improve the specificity of the material. According to the invention, polyclonal antibodies purified in this way have proven to be particularly advantageous.
Die Antikörper mit geeigneter Spezifitat werden dann erfindungs- gemäß eingesetzt, um Zeil- oder Gewebeproben im Rahmen eines immunzytologischen Assays zu untersuchen. Die Zeil- oder Gewebe- proben stammen insbesondere aus einer vermuteten oder festgestellten Dysplasie oder tumorverdächtigem Gewebe. Bei den Proben kann es sich beispielsweise um histologische Gewebeschnitte handeln. Geeignetes Material kann ferner durch Feinnadelbiopsie oder Stanzbiopsie (Punktionszytologie) , durch Sammlung von Zellen, die von Oberflächen abgelöst oder abgestoßen worden sind (Exfoliativ- zytologie) , oder von Zellen, die in spontan entleerten Sekreten, Körperhöhlenflüssigkeiten oder Spülflüssigkeiten vorhanden sind, oder durch direkte Abstrichentnahme von Schleimhautoberflächen gewonnen werden. Auch sonstige Biopsieproben können verwendet werden.The antibodies with a suitable specificity are then used according to the invention to examine cell or tissue samples in the context of an immunocytological assay. The line or tissue Specimens originate in particular from suspected or ascertained dysplasia or suspected tissue. The samples can be histological tissue sections, for example. Suitable material can also be obtained by fine needle biopsy or punch biopsy (puncture cytology), by collecting cells that have been detached or rejected by surfaces (exfoliative cytology), or by cells that are present in spontaneously emptied secretions, body cavity fluids or irrigation fluids, or by direct Smear sampling from mucosal surfaces can be obtained. Other biopsy samples can also be used.
Der immunzytologische Assay wird mit einer vorbereiteten Zelloder Gewebeprobe durchgeführt. Zum Beispiel wird eine Zeil- oder Gewebeprobe nach der Entnahme mit einer geeigneten Konservierungslösung behandelt. Beispielhafte Lösungen werden in US-Patent 5 256 571 (Hurley et al . ) beschrieben. Eine Fixierung kann mit Hilfe von Lösungsmitteln, wie Methanol, Ethanol, Aceton oder Isopropanol, erfolgen. Dabei werden die Zeil- und Kernmembranen durchlöchert, so dass das Zellinnere für die zugegebenen Antikörper und Reagenzien zugänglich wird. Die fixierte Probe wird vor der Untersuchung mit Pufferlösung rehydratisiert .The immunocytological assay is carried out with a prepared cell or tissue sample. For example, a cell or tissue sample is treated with a suitable preservation solution after removal. Exemplary solutions are described in U.S. Patent 5,256,571 (Hurley et al.). A fixation can be done with the help of solvents such as methanol, ethanol, acetone or isopropanol. The cell and core membranes are perforated so that the interior of the cell is accessible to the added antibodies and reagents. The fixed sample is rehydrated with buffer solution before the examination.
In vielen Fällen erweist es sich als zweckmäßig, eine Probe zu verwenden, die nach einem Verfahren erhalten und aufbereitet wurde, das bereits im Rahmen herkömmlicher zytologischer oder histologischer Untersuchungsverfahren angewandt wird. Entsprechende Probenaufbereitungsverfahren sowie dafür erforderliche Geräte und Chemikalien sind kommerziell erhältlich, beispielsweise als ThinPrep von Cytyc Corporation. Alternativ wird ein Verfahren mit der Bezeichnung AutoCyte angeboten. Beide Verfahren bieten den Vorteil, dass nach der Gewinnung von Zellen für die Untersuchung zunächst zusätzlich in der Probe enthaltene Komponenten, wie Blut, Schleim oder nicht-diagnostische Bruchstücke, entfernt werden. Dies verbessert die Aussagekraft des immunzytologischen Assays. ® Bei dem ThinPrep -Verfahren wird beispielsweise eine gynäkologische Probe, die auf übliche Weise durch einen zytologischen /Abstrich erhalten wird, durch Abspülen in ein Konservierungsmedium überführt. In einem Dispersionsschritt werden dann Blut, Schleim und nicht-diagnostische Bruchstücke aufgebrochen, und die Probe wird gründlich durchmischt. Zelluläres Material wird dann auf einer Filtermembran gesammelt und schließlich auf einen Objektträger übertragen.In many cases it proves to be expedient to use a sample that has been obtained and processed using a method that is already used in the context of conventional cytological or histological examination methods. Corresponding sample preparation methods and the equipment and chemicals required for this are commercially available, for example as ThinPrep from Cytyc Corporation. Alternatively, a procedure called AutoCyte is offered. Both methods have the advantage that, after cells have been obtained for the examination, components such as blood, mucus or non-diagnostic fragments that are additionally contained in the sample are first removed. This improves the informative value of the immunocytological assay. ® In the ThinPrep method, for example, a gynecological sample, which is obtained in the usual way by a cytological / smear, is rinsed into a preservation medium. Blood, mucus and nondiagnostic debris are then broken up in a dispersion step and the sample is thoroughly mixed. Cellular material is then collected on a filter membrane and finally transferred to a slide.
Bei dem Verfahren von AutoCyte wird die Abstrichprobe ebenfalls in eine Konservierungsflüssigkeit übertragen. Zur Aufbereitung erfolgt dann später eine Dichtegradientenzentrifugation. Damit werden Blut, Schleim, Material aus entzündlichen Prozessen und andere störende Komponenten entfernt, und man erhält eine Zell- probe, die mit für die Diagnose heranzuziehenden Zellen angereichert ist. Die Zellprobe kann anschließend in einem geeigneten Medium resuspendiert und auf einen Objektträger übertragen werden.With AutoCyte's procedure, the swab sample is also transferred to a preservation fluid. A density gradient centrifugation then takes place later for preparation. This removes blood, mucus, material from inflammatory processes and other disruptive components, and you get a cell sample that is enriched with cells to be used for diagnosis. The cell sample can then be resuspended in a suitable medium and transferred to a slide.
Vorschläge für Verfahren zur Probenaufbereitung sowie für dazu geeignete Geräte und Chemikalien sind auch in verschiedenen Patenten beschrieben. Beispielhaft seien hier die US-Patente 5 139 031 (R.A. Guirguis) , 5 256 571 (A. A. Hurley et al . ) , 5 346 831 (C.L. Carrico et al . ) und 5 612 540 (R. Richards-Korturn et al . ) genannt .Proposals for sample preparation procedures as well as suitable devices and chemicals are also described in various patents. Examples include US Patents 5,139,031 (RA Guirguis), 5,256,571 (AA Hurley et al.), 5,346,831 (CL Carrico et al.) And 5,612,540 (R. Richards-Korturn et al.) called .
Der Fachmann erkennt, dass - abhängig von der Quelle und Beschaffenheit einer Probe - verschiedene Probenaufbereitungsmethoden in Betracht kommen, wobei es speziell bei zytologischen Proben von Vorteil ist, die Diagnose potentiell störende Bestandteile zu entfernen. Die Probenvorbereitung umfasst daher vorzugsweise Filtrationsschritte und/oder Zentrifugationsschritte (wie Gradienten- oder Gleichgewichtszentrifugationsschritte) .The person skilled in the art recognizes that - depending on the source and nature of a sample - different sample preparation methods can be considered, it being particularly advantageous for cytological samples to remove the potentially disruptive components of the diagnosis. The sample preparation therefore preferably comprises filtration steps and / or centrifugation steps (such as gradient or equilibrium centrifugation steps).
Bei dem immunzytologischen Assay kann, abhängig von der Spezifitat der Antikörper, in den Zellen vorhandene RNA stören. Sie enthält einerseits Komponenten, die auch in nicht modifizierter DNA enthalten sind und je nach Antikörper mit einer gewissen Affinität gebunden werden, und andererseits wie die DNA Modifikationen, die gegebenenfalls von dem Antikörper erkannt werden. Es ist daher bevorzugt, RNA durch Behandlung mit einer RNAse abzubauen. Insbesondere wird dabei auch geschädigte RNA abgebaut . Um die nachzuweisenden DNA-Schäden für die Antikörper zugänglich zu machen, ist es ferner bevorzugt, eine Denaturierung der DNA zu bewirken. Besonders bevorzugt ist eine milde Alkalibehandlung. Zusätzlich kann auch Ethanol eingesetzt werden. Durch diese Behandlung wird die DNA partiell einzelsträngig gemacht, so dass sie für die Antikörper besser zugänglich ist. Die Denaturierung kann auch durch Einwirkung von Wärme und/oder Chemikalien, beispielsweise Formamid, erfolgen. Es muss aber darauf geachtet werden, dass es im wesentlichen nicht zu einer Zerstörung der DNA oder einer Beseitigung der nachzuweisenden Modifikationen kommt. Weiterhin ist es bevorzugt, eine Behandlung mit einem proteolyti- schen Enzym durchzuführen. Damit kann der Hintergrund bei der späteren Nachweisreaktion verringert werden. Um eine unspezifische Bindung von Antikörpern zu vermeiden, wird außerdem vorzugsweise eine Behandlung der Probe mit einem Protein durchgeführt, das unspezifische Adsorptionsstellen besetzt. Beispielsweise kann die Behandlung mit Seren oder Lösungen, die tierische Proteine, wie IgG oder ein Serumalbumin, wie Rinderserumalbumin (BSA) , enthalten, durchgeführt werden. Anschließend wird die Probe dann mit dem für die DNA-Schädigung spezifischen Antikörper inkubiert. Nach ausreichender Wartezeit wird die Probe gewaschen, um nicht gebundene Antikörper zu entfernen. Trägt der erste Antikörper eine Markierung, kann nun die DNA-Schädigung sichtbar gemacht werden. Andernfalls erfolgt die Inkubation mit einem zweiten Antikörper, der spezifisch für den ersten Antikörper ist und eine Markierung trägt. Nach Waschen, um ungebundenen zweiten Antikörper zu entfernen, wird dann die Markierung des zweiten Antikörpers und damit indirekt die DNA-Schädigung sichtbar gemacht .In the immunocytological assay, depending on the specificity of the antibodies, RNA present in the cells can interfere. On the one hand, it contains components that are also present in unmodified DNA are contained and, depending on the antibody, are bound with a certain affinity and, on the other hand, like the DNA modifications which may be recognized by the antibody. It is therefore preferred to degrade RNA by treatment with an RNAse. In particular, damaged RNA is also broken down. In order to make the DNA damage to be detected accessible to the antibodies, it is also preferred to cause the DNA to be denatured. A mild alkali treatment is particularly preferred. Ethanol can also be used. This treatment partially makes the DNA single-stranded so that it is more accessible to the antibodies. The denaturation can also be carried out by the action of heat and / or chemicals, for example formamide. However, care must be taken to ensure that there is essentially no destruction of the DNA or removal of the modifications to be detected. It is further preferred to carry out a treatment with a proteolytic enzyme. The background in the later detection reaction can thus be reduced. In order to avoid non-specific binding of antibodies, treatment of the sample with a protein which occupies non-specific adsorption sites is also preferably carried out. For example, the treatment can be carried out with sera or solutions which contain animal proteins, such as IgG or a serum albumin, such as bovine serum albumin (BSA). The sample is then incubated with the antibody specific for DNA damage. After a sufficient waiting period, the sample is washed to remove unbound antibodies. If the first antibody bears a label, the DNA damage can now be made visible. Otherwise the incubation takes place with a second antibody which is specific for the first antibody and bears a label. After washing to remove unbound second antibody, the labeling of the second antibody and thus indirectly the DNA damage is then made visible.
Das genaue Verfahren der Visualisierung und quantitativen Bestimmung hängt von der Art der Markierung ab. Wird eine Fluoreszenz- markierung verwendet, was erfindungsgemäß bevorzugt ist, so kann die Auswertung zweckmäßigerweise mit einer Digitalkamera erfolgen. Dies ermöglicht eine elektronische Verstärkung der Immunfluoreszenz. Die Auswertung der Aufnahmen kann dann mit einem Multi- parameter-Bildanalyseprogramm erfolgen. Geeignete Geräte und geeignete Software sind im Handel erhältlich. Einzelheiten eines geeigneten Verfahrens finden sich beispielsweise in F. Seiler et al., Carcinogenesis, Bd. 14 (Nr. 9), S. 1907 - 1913 (1993).The exact method of visualization and quantitative determination depends on the type of marking. If a fluorescence marker used, which is preferred according to the invention, the evaluation can expediently be carried out with a digital camera. This enables electronic amplification of the immunofluorescence. The images can then be evaluated using a multi-parameter image analysis program. Suitable devices and suitable software are commercially available. Details of a suitable method can be found, for example, in F. Seiler et al., Carcinogenesis, Vol. 14 (No. 9), pp. 1907-1913 (1993).
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform kann außerdem durch Fluoreszenz die Menge an DNA gemessen werden, die insgesamt in den Zellen enthalten ist. Dazu kann eine Bildanalyse in der gleichen Weise wie zur Bestimmung der DNA-Modifikation mittels Fluoreszenz durchgeführt werden, wobei jedoch ein anderer Farbstoff zum Einsatz kommt. Die festgestellte Menge an DNA kann zusätzlich bei der erfindungsgemäß beabsichtigten Abschätzung des Tumorrisikos einschließlich der Identifizierung bereits vorhandener Tumorzellen herangezogen werden. Speziell kann das Ausmaß der DNA-Modifikation in Beziehung zur Menge an DNA gesetzt und diese Größe anstelle des absoluten Ausmaßes der DNA- Modifikation verwendet werden. Bei diesem Vorgehen können auch Artefakte, die durch Bindung von Antikörpern an Material, das sich von der nachzuweisenden DNA-Modifikation unterscheidet (Kreuzreaktion) , hervorgerufen werden, erkannt und berücksichtigt werden.According to an expedient embodiment, the amount of total DNA contained in the cells can also be measured by fluorescence. For this purpose, an image analysis can be carried out in the same way as for the determination of the DNA modification by means of fluorescence, but using a different dye. The amount of DNA found can additionally be used in the tumor risk assessment intended according to the invention, including the identification of already existing tumor cells. Specifically, the amount of DNA modification can be related to the amount of DNA and this size can be used in place of the absolute amount of DNA modification. This procedure can also detect and take into account artifacts caused by the binding of antibodies to material that differs from the DNA modification to be detected (cross-reaction).
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt der immunzytologische Assay, wie er vorstehend erläutert wurde, vorzugsweise sowohl für die zu untersuchende Zeil- oder Gewebeprobe als auch für ein oder mehrere Kontrollpräparate. Beispielsweise können zwei Kontrollpräparate pro 20 untersuchter Proben analysiert werden. Dabei handelt es sich um Standardproben, deren Beschaffenheit bekannt ist. Kontrollpräparate können beispielsweise hergestellt werden, indem in Kultur gehaltene Zellen variierenden Konzentrationen eines die DNA modifizierenden Mittels ausgesetzt werden und die Zellen eine festgelegte Zeitspanne nach der Behandlung fixiert werden. Für die Untersuchung von DNA-Modifikationen, die durch reaktive Sauerstoffspezies hervorgerufen werden, wie 8-Oxoguanin, lässt man beispielsweise ein Oxidationsmittel, wie H202, auf die Zellen einwirken. Ein Vergleich der Messergebnisse für die Zell- oder Gewebeprobe und das Kontrollpräparat erlaubt dann die Bestimmung des Ausmaßes der DNA-Modifikation in der Zeil- oder Gewebeprobe. Daraus wiederum kann dann die Wahrscheinlichkeit der Tumorentwicklung einschließlich der Wahrscheinlichkeit, dass bereits Tumorzellen vorliegen, abgeschätzt werden.In the method according to the invention, the immunocytological assay, as explained above, is preferably carried out both for the cell or tissue sample to be examined and for one or more control preparations. For example, two control preparations per 20 samples examined can be analyzed. These are standard samples, the nature of which is known. Control preparations can be made, for example, by exposing cells in culture to varying concentrations of a DNA-modifying agent and fixing the cells for a predetermined period after treatment. For the study of DNA modifications by reactive oxygen species, such as 8-oxoguanine, are caused, for example, to have an oxidizing agent, such as H 2 0 2 , act on the cells. A comparison of the measurement results for the cell or tissue sample and the control preparation then allows the extent of the DNA modification in the cell or tissue sample to be determined. This in turn can then be used to estimate the probability of tumor development, including the probability that tumor cells are already present.
Genauer gesagt kann für einzelne Zellen der untersuchten Probe das Ausmaß der DNA-Modifikation, vorzugsweise relativ zum gesamten DNA-Gehalt, bestimmt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, Messergebnisse für gleichartige Zellen zusammenzufassen und/oder die für verschiedene Zellen in der Probe enthaltenen Messergebnisse einer statistischen Auswertung zu unterziehen. Andererseits können durch einen immunzytologischen Assay für Zellen, die aus verschiedenen Stadien der Tumorentwicklung stammen, Schwellenwerte für das Ausmaß der DNA-Modifikation, wie beispielsweise den Gehalt an Reaktionsprodukten reaktiver Sauerstoffspezies, insbesondere 8-Oxoguanin, abgeleitet werden. Die Progressionsabschätzung in bezug auf die Probe erfolgt dann durch Vergleich der Messergebnisse für die Probe mit den Schwellenwerten.More precisely, the extent of the DNA modification, preferably relative to the total DNA content, can be determined for individual cells of the examined sample. Of course, it is also possible to summarize measurement results for cells of the same type and / or to subject the measurement results contained in the sample for different cells to a statistical evaluation. On the other hand, an immunocytological assay for cells that originate from different stages of tumor development can be used to derive threshold values for the extent of the DNA modification, such as, for example, the content of reaction products of reactive oxygen species, in particular 8-oxoguanine. The progression estimate with respect to the sample is then carried out by comparing the measurement results for the sample with the threshold values.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Zeil- oder Gewebeprobe, die durch den immunzytologischen Assay untersucht worden ist, zusätzlich einer histologi- schen oder zytologischen Färbung unterzogen. Durch diese Anfär- bung ist dann eine Zuordnung der immunzytologischen Daten und damit des Ausmaßes der DNA-Modifikation zu einzelnen dysplasti- schen Zellen, die wie üblich durch die histologische oder zytolo- gische Färbung klassifiziert werden, möglich. Eine zweckmäßige Färbung ist die Pap-Färbung. Eine Arbeitsvorschrift dafür findet sich beispielsweise in dem Buch "Gynäkologische Cytodiagnostik" von Soost und Baur. Der 8-Oxoguanin-Gehalt in der DNA von Tumorzellen, beispielsweise von zervikalen Tumorzellen, ist immer höher als in der DNA normaler Zellen, beispielsweise normaler Plattenepithelzellen.According to a further preferred embodiment of the invention, a cell or tissue sample which has been examined by the immunocytological assay is additionally subjected to histological or cytological staining. This staining then enables the immunocytological data and thus the extent of the DNA modification to be assigned to individual dysplastic cells which, as usual, are classified by histological or cytological staining. A useful coloring is the Pap coloring. A working specification for this can be found, for example, in the book "Gynecological Cytodiagnostics" by Soost and Baur. The 8-oxoguanine content in the DNA of tumor cells, for example cervical tumor cells, is always higher than in the DNA of normal cells, for example normal squamous cells.
Weiterhin wurden die Fluoreszenzintensitäten für dysplastische Zellen bestimmt und die erhaltenen Werte mit denen für normale und für Tumorzellen verglichen. Dabei zeigte sich, dass es mittelschwere und schwere Dysplasien gibt, in denen die präkanzerösen Zellen (CIN I, CIN II und CIN III) eine höhere oxidative DNA-Schädigung haben als die normalen Epithelzellen. Es gibt allerdings auch Dysplasien gleichen Schweregrads, in denen die präkanzerösen Zellen eine gleich niedrige oxidative DNA- Schädigung aufweisen wie die normalen Zellen. Ausgehend davon, dass ein enger molekularer Zusammenhang zwischen der Persistenz oxidativer Schäden in der DNA replizierender Zellen und der stufenweisen Umwandlung dieser Zellen in Tumorzellen besteht, ist erkennbar, dass erfindungsgemäß der 8-Oxoguaningehalt in dysplastischen Zellen prognostisch für die Entstehung von Krebs herangezogen werden kann.Furthermore, the fluorescence intensities for dysplastic cells were determined and the values obtained were compared with those for normal and for tumor cells. It was shown that there are moderate and severe dysplasias in which the precancerous cells (CIN I, CIN II and CIN III) have a higher oxidative DNA damage than the normal epithelial cells. However, there are also dysplasias of the same severity in which the precancerous cells have the same low oxidative DNA damage as the normal cells. Based on the fact that there is a close molecular connection between the persistence of oxidative damage in the DNA of replicating cells and the gradual conversion of these cells into tumor cells, it can be seen that the 8-oxoguanine content in dysplastic cells can be used prognostically for the development of cancer according to the invention.
Eine für die vorliegende Erfindung beispielhafte Vorgehensweise mit zellspezifischer Bestimmung einer oxidativen DNA-Schädigung am Beispiel 8-Oxoguanin umfaßt im wesentlichen vier Schritte, nämlich (1) Probenvorbereitung; (2) Durchführung des immunzytologischen Verfahrens und quantitative Bestimmung des 8-Oxoguanin- Gehalts in jeder einzelnen Zelle des Präparates; (3) zytologische Färbung des Präparates; (4) Kombination der 8-Oxoguanin-Werte und der nach der Färbung ermittelten optischen Merkmale für die einzelnen Zellen.An exemplary procedure for the present invention with cell-specific determination of oxidative DNA damage using example 8-oxoguanine essentially comprises four steps, namely (1) sample preparation; (2) performing the immunocytological method and quantitative determination of the 8-oxoguanine content in each individual cell of the preparation; (3) cytological staining of the preparation; (4) Combination of the 8-oxoguanine values and the optical characteristics determined after staining for the individual cells.
Wie bereits an anderer Stelle erläutert, umfasst eine optimale und reproduzierbare Probenvorbereitung das Entfernen von störendem Begleitmaterial, wie Schleim, Bakterien und Zellfragmenten, und das Vereinzeln der Zellen vor der Auftragung auf einen Objektträger. Die auf den Objektträger aufgebrachten Zellen werden anschließend fixiert und behandelt, um die zelluläre DNA für Antikörpermoleküle zugänglich zu machen, wie es ebenfalls vorste- hend erläutert wurde. Das Präparat wird dann mit einem monospezifischen Antikörper behandelt, der die in der DNA vorhandenen 8- Oxoguanin-Moleküle erkennen kann und spezifisch daran bindet. Zur Sichtbarmachung der gebundenen Antikδrpermoleküle wird ein zweiter, fluoreszenzmarkierter Antikörper auf das Präparat aufgetragen, der an den fc-Teil des ersten Antikörpers bindet. Anschließend kann das Präparat noch mit einem DNA-bindenden Fluoreszenzfarbstoff behandelt werden, der es erlaubt, den DNA- Gehalt einer jeden Zelle zu quantifizieren. Die Auswertung erfolgt mit einem Fluoreszenzmikroskop, das mit einer digitalen Kamera zur Messung der Fluoreszenzsignale ausgerüstet ist. Das Präparat wird schrittweise abgetastet und jede Zelle hinsichtlich ihrer Position, ihres 8-0xoguanin-Gehalts und gegebenenfalls ihres DNA-Gehalts auf einem Datenträger registriert. Im nächsten Schritt wird das Präparat zur zytologischen Untersuchung der enthaltenen Zellen, also auch möglicherweise enthaltener Dysplasien oder Tumorzellen, nach Papanicolaou gefärbt. Das gefärbte Präparat wird wie zuvor unter das Mikroskop gelegt, diesmal allerdings im Durchlicht schrittweise abgetastet. Die Position der Zellen und ihre spezifischen optischen Merkmale werden dann ebenfalls registriert.As already explained elsewhere, optimal and reproducible sample preparation involves removing unwanted accompanying material, such as mucus, bacteria and cell fragments, and separating the cells before applying them to a slide. The cells attached to the slide are then fixed and treated in order to make the cellular DNA accessible to antibody molecules, as also described above. was explained. The preparation is then treated with a monospecific antibody that can recognize and specifically bind to the 8-oxoguanine molecules present in the DNA. To visualize the bound antibody molecules, a second, fluorescence-labeled antibody is applied to the preparation, which binds to the fc part of the first antibody. The preparation can then be treated with a DNA-binding fluorescent dye, which allows the DNA content of each cell to be quantified. The evaluation is carried out with a fluorescence microscope, which is equipped with a digital camera for measuring the fluorescence signals. The preparation is scanned step by step and each cell is registered on a data carrier with regard to its position, its 8-0xoguanin content and, if appropriate, its DNA content. In the next step, the preparation is stained according to Papanicolaou for the cytological examination of the cells it contains, including any dysplasia or tumor cells it contains. The colored specimen is placed under the microscope as before, but this time it is scanned step-by-step in transmitted light. The position of the cells and their specific optical characteristics are then also recorded.
Nach der Fluoreszenzfärbung und der zytologischen Färbung liegen über jede Zelle des Präparates folgende Informationen vor:After the fluorescence staining and the cytological staining, the following information is available about each cell of the preparation:
• 8-Oxoguanin-Gehalt,8-oxoguanine content,
• gegebenenfalls DNA-Gehalt und• possibly DNA content and
• optische Identifikationsmerkmale.• Optical identification features.
Solange für die Art des untersuchten Zellmaterials noch nicht genau bekannt ist, wie der 8-Oxoguanin-Gehalt quantitativ in Zusammenhang mit der Einteilung in normale, präkanzeröse und kanze- röse Zellen bzw. dem Grad der Dysplasie steht, ist es nun möglich, eine solche Korrelation aufzustellen, indem die Art einer Zelle aufgrund optischer Unterscheidungsmerkmale, wie sie auf dem Gebiet der Zytodiagnostik bekannt sind, identifiziert und 8-Oxo- guanin-Gehalt und gegebenenfalls DNA-Gehalt zugeordnet werden. So können Gehalte oder Bereiche für Gehalte an 8-Oxoguanin und, falls gewünscht, Gesamt-DNA und damit auch das relative Ausmaß der Schädigung (8-Oxoguanin/Gesamt-DNA) festgelegt werden, die typischerweise für eine bestimmte Art von Zellen gelten. Es ist aber darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht von einer herkömmlichen Klassifizierung der Probe abhängt. Vielmehr liefert das erfindungsgemäße Verfahren zusätzliche Informationen, die durch herkömmliche Zytodiagnostik, beispielsweise durch Anfarbung nach Papanicolaou, nicht erhalten werden können. Danach können zwar häufig dysplastische Zellen erkannt werden; eine Prognose über deren weitere Entwicklung ist aber nicht möglich. As long as it is not yet known for the type of cell material examined, how the 8-oxoguanine content is quantitatively related to the division into normal, precancerous and cancerous cells or the degree of dysplasia, it is now possible to do so Establish correlation by identifying the type of a cell on the basis of optical distinguishing features, as are known in the field of cytodiagnostics, and assigning 8-oxoguanine content and possibly DNA content. Levels or ranges for levels of 8-oxoguanine and, if desired, total DNA and thus also the relative extent of the damage (8-oxoguanine / total DNA), which typically apply to a specific type of cells, can be determined. However, it should be pointed out that the method according to the invention does not depend on a conventional classification of the sample. Rather, the method according to the invention provides additional information that cannot be obtained by conventional cytodiagnostics, for example by Papanicolaou staining. Thereafter, dysplastic cells can often be recognized; a forecast of their further development is not possible.
Andererseits können erfindungsgemäß optische Identifikationsmerkmale, vorzugsweise solche, die einer automatischen Erkennung/Erfassung zugänglich sind, bei bestehender Korrelation zwischen 8-0xoguanin-Gehalt und Zellart zusätzlich zur genauen Identifikation der Zellen, beispielsweise als Tumorzellen, bzw. zur Prognose (Tumorrisikoabschätzung) herangezogen werden. Beispielsweise ist eine Begutachtung von Zellen, die einen bestimmten Grad der Dysplasie zeigen, möglich.On the other hand, according to the invention, optical identification features, preferably those that are accessible for automatic detection / detection, can be used in addition to the precise identification of the cells, for example as tumor cells, or for prognosis (tumor risk assessment) if there is a correlation between 8-0xoguanin content and cell type. For example, cells that show a certain degree of dysplasia can be assessed.
Hier werden also funktioneile (immunzytologisch ermittelte, die DNA-Schädigung betreffende) und morphologische Daten verknüpft. Es ist hierbei besonders bevorzugt, die Kernmorphologie, speziell die Kerngröße, die Kerngestalt sowie die Färbung des Chromatins und insbesondere das Verhältnis von Kerngröße zu Zellgröße heranzuziehen. Neben einer Erhöhung der Zuverlässigkeit lässt sich auch eine Beschleunigung des Verfahrens erreichen, indem geeignete Merkmale zur Vorselektierung genutzt werden.Functional (immunocytologically determined DNA damage) and morphological data are linked here. It is particularly preferred here to use the nucleus morphology, especially the nucleus size, the nucleus shape and the coloring of the chromatin and in particular the ratio of nucleus size to cell size. In addition to increasing reliability, the method can also be accelerated by using suitable features for preselection.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist prinzipiell für alle Krebsarten einsetzbar. Zweckmäßig ist das Verfahren insbesondere für die Untersuchung dysplastischer Zellen des Gebärmutterhalses. Werden im Rahmen der Zervix-KrebsvorsorgeZytologie Dysplasien festgestellt, so kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine objektive Progressionseinschätzung abgegeben werden. Weitere spezielle Anwendungsgebiete sind Dysplasien der weiblichen Brust oder des Dickdarms. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere anwendbar auf Untersuchungen von Lunge/Bronchien (speziell Untersuchung von Auswurf, Lungensekret) , Blase (speziell Untersuchung von Zellen aus Harnproben) , Schilddrüse und malignen Ergüssen. In diesen Fällen, insbesondere bei Blase und Ergüssen, kann erfindungsgemäß bereits die Identifizierung von vorhandenen Tumorzellen im Vergleich mit herkömmlichen Methoden erheblich verbessert werden.The method according to the invention can in principle be used for all types of cancer. The method is particularly useful for examining dysplastic cells of the cervix. If dysplasias are found in the context of cervical cancer screening cytology, an objective progression assessment can be made with the method according to the invention. More special Areas of application are dysplasia of the female breast or colon. In addition, the method according to the invention is particularly applicable to examinations of the lungs / bronchi (especially examination of expectoration, lung secretions), bladder (especially examination of cells from urine samples), thyroid and malignant effusions. In these cases, especially in the case of bladder and effusions, the identification of existing tumor cells can already be improved considerably in comparison with conventional methods.
Ein immunzytologischer Assay zur Bestimmung von DNA-Modifikationen, wie er vorstehend erläutert wurde, kann auch zur Bestimmung der individuellen Strahlenempfindlichkeit herangezogen werden. Dies ist insofern von großer Bedeutung, als bei einer Strahlentherapie, z.B. von Krebserkrankungen, bei etwa 30 % der Patienten wegen Schädigung von dem Tumor benachbarten gesunden strahlenempfindlichen Geweben eine stationäre Behandlung erforderlich ist, wobei bei etwa 2 % sogar bleibende Schäden hervorgerufen werden. Andererseits wäre es für eine optimale Bekämpfung des Tumors gelegentlich wünschenswert, höhere als die üblichen Strahlendosen anzuwenden. Um nun erfindungsgemäß die Strahlenempfindlichkeit zu bestimmen, wird eine Probe eines gesunden Gewebes, das bei der Therapie Strahlung ausgesetzt wird, oder eines geeigneten Surrogatgewebes nach der Entnahme in vitro bestrahlt . Anschließend wird die Kinetik der Reparatur von DNA-Schäden untersucht. Dazu wird bestrahltes Gewebe- oder Zellmaterial zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Bestrahlung fixiert und dann einem immunzytologischen Assay unterzogen, wie er bereits beschrieben wurde. Die Strahlenempfindlichkeit kann nun bestimmt werden, indem die zeitliche Abnahme der Menge an DNA-Modifikationen, insbesondere der Menge an Modifikationen, die durch reaktive Sauerstoffspezies hervorgerufen werden, und ganz speziell der Menge an 8-Oxoguanin, gemessen und mit Standarddaten korreliert wird. Allgemein bedeutet eine stärkere Abnahme der Menge an Modifikationen bis zu einem bestimmten Zeitpunkt eine bessere Reparaturkapazit t und eine geringere Strahlenempfindlichkeit. Es ist möglich, einen Vergleich mit statistischen Durchschnittswerten herzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, die gesamte Strahlendosis und die Verteilung der Einzeldosen über die Zeit bei fraktionierter Bestrahlung individuell festzulegen.An immunocytological assay for determining DNA modifications, as explained above, can also be used to determine the individual radiation sensitivity. This is of great importance insofar as in the case of radiation therapy, for example of cancerous diseases, in about 30% of the patients inpatient treatment is required because of damage to healthy radiation-sensitive tissues adjacent to the tumor, with about 2% even causing permanent damage. On the other hand, for optimal tumor control, it would occasionally be desirable to use higher than usual radiation doses. In order to determine the radiation sensitivity according to the invention, a sample of a healthy tissue that is exposed to radiation during the therapy or of a suitable surrogate tissue is irradiated in vitro after the removal. Then the kinetics of the repair of DNA damage is examined. For this purpose, irradiated tissue or cell material is fixed at various times after the irradiation and then subjected to an immunocytological assay, as has already been described. Radiation sensitivity can now be determined by measuring the temporal decrease in the amount of DNA modifications, in particular the amount of modifications caused by reactive oxygen species, and especially the amount of 8-oxoguanine, and correlating them with standard data. In general, a greater decrease in the amount of modifications up to a certain point in time means better repair capacity and less radiation sensitivity. It is possible to make a comparison with statistical averages. On in this way it is possible to individually determine the total radiation dose and the distribution of the individual doses over time in the case of fractional radiation.
Durch immunzytologischen Assay kann auch festgestellt werden, ob in einer Probe zu einem bestimmten Zeitpunkt nach einer Bestrahlung ein bestimmter Grad der Schädigung (Grenzwert) , beispielsweise ein bestimmter Gehalt an oxidativen DNA- Modifikationen und speziell ein bestimmter Gehalt an 8-Oxoguanin, unterschritten wird. Diese Information kann zum Beispiel herangezogen werden, um Zeitpunkt und/oder Dosis für eine weitere Bestrahlung festzulegen.An immunocytological assay can also be used to determine whether a certain degree of damage (limit value), for example a certain amount of oxidative DNA modifications and especially a certain amount of 8-oxoguanine, is undershot in a sample at a certain time after irradiation. This information can, for example, be used to determine the time and / or dose for further irradiation.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform ist es außerdem vorgesehen, die wie vorstehend ermittelten Daten, die die Reparaturkapazität der Zellen in bezug auf DNA-Schäden widerspiegeln, mit Daten zu kombinieren, die die Proliferation der Zellen beschreiben, um zu einer noch präziseren Festlegung der Strahlendosis zu gelangen.According to a special embodiment, it is also provided to combine the data as determined above, which reflect the repair capacity of the cells with regard to DNA damage, with data which describe the proliferation of the cells in order to arrive at an even more precise determination of the radiation dose ,
Alternativ oder zusätzlich kann auf die vorstehend beschriebene Weise auch die Strahlenempfindlichkeit von Tumorgewebe bestimmt werden. In diesem Fall wird die Abnahme der Menge an DNA- Modifikationen in einer Tumorgewebeprobe nach Bestrahlung festgestellt. Dies ermöglicht es, die für eine Behandlung erforderliche Strahlendosis abzuschätzen.Alternatively or additionally, the radiation sensitivity of tumor tissue can also be determined in the manner described above. In this case, the decrease in the amount of DNA modifications in a tumor tissue sample after radiation is found. This makes it possible to estimate the radiation dose required for treatment.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Bereitstellung eines Testkits. Ein solches Kit umfasst eine oder mehrere Komponenten, die für die Durchführung des Verfahrens zur Untersuchung von Zeil- und Gewebeproben bzw. zur Untersuchung der Strahlenemp indlichkeit benötigt werden. Diese Komponenten wurden vorstehend bei der Erläuterung der Verfahren bereits diskutiert. In der Regel umfasst das Testkit einen Antikörper, der spezifisch gegen eine DNA-Modifikation, beispielsweise eine gegen eine durch reaktive Sauerstoffspezies gebildete DNA-Modifikation (Oxidationsprodukt) und speziell gegen 8-Oxoguanin, gerichtet ist. Es kann sich auch um ein Antikörperfragment handeln. Dieser Antikörper kann eine Markierung, vorzugsweise eine Fluoreszenzmarkierung, tragen. Ist der Antikörper nicht markiert, so enthält das Testkit vorzugsweise einen zweiten Antikörper (oder ein Fragment) , der eine Markierung, insbesondere eine Fluoreszenzmarkierung, aufweist und spezifisch den ersten Antikörper ernennt. Das Testkit kann ferner einen oder mehrere der folgenden Komponenten umfassen, die bei dem immunzytologischen Assay zum Einsatz kommen können, wie vorstehend erläutert: RNAse; Mittel zur Denaturierung von DNA; pro- teolytisches Enzym; Protein zur Bindung unspezifischer Adsorptionsstellen. Das Testkit enthält ferner vorzugsweise für die Durchführung des Verfahrens eingesetzte Puffer und/oder Lösungsmittel . Es kann auch ein Zellkonservierungsmittel und/oder ein Fixiermittel enthalten sein. Ein Testkit zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Gesamtmenge an DNA bestimmt wird, umfasst ferner einen Farbstoff zum Anfärben der DNA, wie ebenfalls bereits diskutiert wurde.The present invention also includes the provision of a test kit. Such a kit comprises one or more components which are required for carrying out the method for examining cell and tissue samples or for examining the sensitivity to radiation. These components have already been discussed above in the explanation of the methods. As a rule, the test kit comprises an antibody which is specifically directed against a DNA modification, for example against a DNA modification (oxidation product) formed by reactive oxygen species and especially against 8-oxoguanine. It can also is an antibody fragment. This antibody can carry a label, preferably a fluorescent label. If the antibody is not labeled, the test kit preferably contains a second antibody (or a fragment) which has a label, in particular a fluorescent label, and specifically names the first antibody. The test kit may further include one or more of the following components that can be used in the immunocytological assay, as discussed above: RNAse; DNA denaturing agents; protolytic enzyme; Protein for binding unspecific adsorption sites. The test kit also preferably contains buffers and / or solvents used to carry out the method. A cell preservative and / or a fixative may also be included. A test kit for carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention, in which the total amount of DNA is determined, further comprises a dye for staining the DNA, as has also already been discussed.
Weitere Komponenten, die vorstehend im Zusammenhang mit der Erläuterung der Verfahren erwähnt wurden, oder solche, die sich aus den nachstehenden Herstellungsbeispielen und Beispielen ergeben, können zusätzlich oder alternativ in dem Testkit enthalten sein.Additional components that were mentioned above in connection with the explanation of the methods or those that result from the following production examples and examples may additionally or alternatively be contained in the test kit.
Das erfindungsgemäße Testkit ist typischerweise mit Anweisungen verbunden, die die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen.The test kit according to the invention is typically associated with instructions relating to the execution of the method according to the invention.
Nachstehend wird die Erfindung durch Beispiele weiter erläutert.The invention is further illustrated below by examples.
Herstellungsbeispiel: Herstellung von Antikörpern gegen 7,8-Production example: Production of antibodies against 7.8
Dihydro-8-oxo-2 -desoxyguanosinDihydro-8-oxo-2 deoxyguanosine
Die Synthesen von 7, 8-Dihydro-8-oxo-2 ' -desoxyguanosin und 7,8- Dihydro-8-oxoguanosin erfolgten, wie es von H. Kasai und S. Nishimura, Nucleic Acids Res., Bd. 12, S. 2137 - 2145 (1984) beschrieben wurde. Hapten-Protein-Konjugate wurden hergestellt, indem 7, 8-Dihydro-δ- oxoriboguanosin an Thyroglobulin gekoppelt wurde, wie es von B. F. Erlanger und S. M. Beiser, Proc . Natl . Acad. Sei. USA, Bd. 52, S. 68 - 74 (1964) beschrieben wurde. Die hier für die Immunisierung verwendeten Konjugate enthielten 400 bis 1000 Moleküle von 8-Oxoguanin bzw. dem entsprechenden Ribonukleosid pro Molekül Thyroglobulin.7, 8-Dihydro-8-oxo-2'-deoxyguanosine and 7,8-dihydro-8-oxoguanosine were synthesized as described by H. Kasai and S. Nishimura, Nucleic Acids Res., Vol. 12, p 2137-2145 (1984). Hapten-protein conjugates were prepared by coupling 7, 8-dihydro-δ-oxoriboguanosine to thyroglobulin as described by BF Erlanger and SM Beiser, Proc. Natl. Acad. Be. USA, Vol. 52, pp. 68-74 (1964). The conjugates used for the immunization contained 400 to 1000 molecules of 8-oxoguanine or the corresponding ribonucleoside per molecule of thyroglobulin.
Kaninchen wurden subkutan und intramuskulär Emulsionen mit einem Gehalt an 600 μg Konjugat und ABM-ZK-Adjuvans (Linaris GmbH, Bettingen, Deutschland) injiziert. Die Injektionen wurden 4, 10 und 22 Wochen nach der Anfangsimmunisierung wiederholt. Serum wurde 12 Tage nach der letzten Injektion gewonnen. Antikörper wurden mit festem Ammoniumsulfat (50 % Sättigung) gefällt, dialysiert und bei - 80°C gelagert. Mit beiden Haptenen wurden Antikörper mit einer Spezifitat gegen 7, 8-Dihydro-8-oxo-2 ' -desoxyguanosin erhalten.Rabbits were injected subcutaneously and intramuscularly with emulsions containing 600 μg conjugate and ABM-ZK adjuvant (Linaris GmbH, Bettingen, Germany). The injections were repeated 4, 10 and 22 weeks after the initial immunization. Serum was collected 12 days after the last injection. Antibodies were precipitated with solid ammonium sulfate (50% saturation), dialyzed and stored at -80 ° C. Antibodies with a specificity against 7, 8-dihydro-8-oxo-2 '-deoxyguanosine were obtained with both haptens.
Beispiel 1: Immunzytologischer AssayExample 1: Immunocytological Assay
Ein immunzytologischer Assay wurde ausgehend von gefrorenen Gewebeschnitten durchgeführt . Die Gewebeschnitte wurden für 15 Minuten in Methanol fixiert und in 2xSSC (300 mM Natriumchlorid, 30 mM Natriumeitrat, pH-Wert: 7,2) rehydratisiert . Nach Behandlung mit RNAse A (200 μg/ml 2xSSC) und RNAse TI (50 U/ml 2xSSC) für 1 Stunde bei 37°C wurden die Schnitte in 0,14 M NaCl gewaschen. Zelluläre DNA wurde durch Inkubation in einer Lösung mit einem Gehalt an 70 mM NaOH, 40 % EtOH und 0,14 M NaCl für 5 Minuten bei 4°C denaturiert. Anschließend erfolgte eine Inkubation mit Proteinase K (2 μg/ml) für 10 Minuten bei 37°C. Die Schnitte wurden dann erst mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) mit einem Gehalt an 20 % Rinderserumalbumin (BSA) für 20 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend wurden die Schnitte mit Kaninchen-anti-7, 8-Dihydro-8-oxo-2 ' -desoxyguanosin-Antikörper (1 μg Antikörper/ml PBS mit einem Gehalt an 1 % BSA) für 16 Stunden bei 4°C inkubiert. Ungebundene Antikörper wurden durch gründli- ches Waschen mit PBS mit einem Gehalt an 0,1 % BSA entfernt . An Rhodaminisothiocyanat konjugierte Ziegen-anti-Kaninchen-IgG F (ab) 2-Fragmente (2 μg/ml PBS mit einem Gehalt an 1 % BSA; Dianova, Hamburg, Deutschland) wurden für 45 Minuten bei 37°C zugesetzt.An immunocytological assay was carried out on frozen tissue sections. The tissue sections were fixed in methanol for 15 minutes and rehydrated in 2xSSC (300 mM sodium chloride, 30 mM sodium citrate, pH 7.2). After treatment with RNAse A (200 μg / ml 2xSSC) and RNAse TI (50 U / ml 2xSSC) for 1 hour at 37 ° C., the sections were washed in 0.14 M NaCl. Cellular DNA was denatured by incubation in a solution containing 70 mM NaOH, 40% EtOH and 0.14 M NaCl for 5 minutes at 4 ° C. This was followed by incubation with Proteinase K (2 μg / ml) for 10 minutes at 37 ° C. The sections were then incubated with phosphate-buffered saline (PBS) containing 20% bovine serum albumin (BSA) for 20 minutes at room temperature. The sections were then incubated with rabbit anti-7, 8-dihydro-8-oxo-2 'deoxyguanosine antibody (1 μg antibody / ml PBS containing 1% BSA) for 16 hours at 4 ° C. Unbound antibodies were carefully ch washed with PBS containing 0.1% BSA removed. Goat anti-rabbit IgG F (ab) 2 fragments (2 μg / ml PBS containing 1% BSA; Dianova, Hamburg, Germany) conjugated to rhodamine isothiocyanate were added for 45 minutes at 37 ° C.
Nach Waschen mit PBS erfolgte zusätzlich eine Anfarbung der DNA mit 0,3 μM 4, 6-Diamidino-2-phenylindol in PBS. Um das Verblassen zu verringern, wurden die Proben in PBS bei einem pH-Wert von 8,2 mit einem Gehalt an 20 % Glycerin, 10 % Elvanol und 0,03 M Dithiothreit gegeben.After washing with PBS, the DNA was additionally stained with 0.3 μM 4, 6-diamidino-2-phenylindole in PBS. To reduce fading, the samples were placed in PBS at pH 8.2 containing 20% glycerin, 10% elvanol and 0.03 M dithiothreitol.
Beispiel 2 : BildanalyseExample 2: Image analysis
Ein Standard-Fluoreszenzmikroskop (Neofluar 40/0.75; Zeiss, Oberkochen, Deutschland) wurde für die Epifluoreszenz vorbereitet und mit einer geeigneten Lichtquelle ausgestattet (HBO 100 W-Queck- silberlampe) . Standardfilter Nummer 02 (Zeiss) wurde für die Anregung (Maximum: 350 nm) und Emission (Maximum: 475 nm) des 4,6- Diamidino-2-phenylindol-Fluoreszenzspektrums in Kombination mit Filter Nummer 14 (Zeiss) für die Anregung (Maximum: 550 nm) und Emission (Maximum: 580 nm) der Rhodaminisothiocyanat-Fluoreszenz verwendet. Fluoreszenzsignale wurden mit einem einstufigen Bildverstärker (Proxifier BV2532 EG35; Proxitronic, Weiterstadt, Deutschland) und einer CCD-Videokamera (Hamamatsu, Japan) verstärkt, wobei die Verbindung über eine Faseroptik erfolgte. Die verstärkten Bilder wurden einem Multiparameterbildanalysesystem (Cytometry Analysis System ACAS; Ahrens, Bargteheide, Deutschland) zugeführt. Dieses System erlaubte die Integration von Bildern bei geringen Signalrauschverhältnissen und die quantitative Bestimmung sowohl der für den markierten Antikörper spezifischen Fluoreszenz als auch der für die DNA spezifischen Fluoreszenz aus dem gleichen Zellkern. Eine automatische Erkennung von Zellkernen wurde ermöglicht, indem ein Schwellenwert eingestellt wurde, um zwischen Hintergrund (elektronisches Rauschen, Autofluoreszenz) und DNA-Anfärbesignal zu unterscheiden. Unter Verwendung von Filter Nummer 14 (Zeiss) wurde die Rhodaminisothiocyanat-Fluoreszenz in den gleichen Positionen aufgezeichnet, in denen Kerne nachgewiesen wurden. Die Fluoreszenzintensitäten aller Bildpunkte, die von den Kernen herrührten (sowohl DNA-spezifische als auch DNA- Addukt-spezifische Signale), wurden integriert. Auf diese Weise wurden auf Einzelzellebene Daten für das Ausmaß der DNA-Modifikation und die Menge an DNA erhalten.A standard fluorescence microscope (Neofluar 40 / 0.75; Zeiss, Oberkochen, Germany) was prepared for the epifluorescence and equipped with a suitable light source (HBO 100 W mercury lamp). Standard filter number 02 (Zeiss) was used for the excitation (maximum: 350 nm) and emission (maximum: 475 nm) of the 4,6-diamidino-2-phenylindole fluorescence spectrum in combination with filter number 14 (Zeiss) for the excitation (maximum : 550 nm) and emission (maximum: 580 nm) of rhodamine isothiocyanate fluorescence. Fluorescence signals were amplified with a single-stage image intensifier (Proxifier BV2532 EG35; Proxitronic, Weiterstadt, Germany) and a CCD video camera (Hamamatsu, Japan), the connection being made via fiber optics. The amplified images were fed to a multi-parameter image analysis system (Cytometry Analysis System ACAS; Ahrens, Bargteheide, Germany). This system allowed the integration of images with low signal-to-noise ratios and the quantitative determination of both the fluorescence specific for the labeled antibody and the fluorescence specific for the DNA from the same cell nucleus. Automatic detection of cell nuclei was made possible by setting a threshold value to distinguish between background (electronic noise, autofluorescence) and DNA staining signal. Using filter number 14 (Zeiss) the rhodamine isothiocyanate fluorescence recorded in the same positions where nuclei were detected. The fluorescence intensities of all pixels that originated from the nuclei (both DNA-specific and DNA adduct-specific signals) were integrated. In this way, data for the extent of DNA modification and the amount of DNA were obtained at the individual cell level.
Beispiel 3: 8-Oxoguani -Gehalte in normalen und kanzerösen menschlichen Zervix-ZellenExample 3: 8-Oxoguani levels in normal and cancerous human cervical cells
In diesem Beispiel wird gezeigt, dass Tumorzellen einen höheren 8-Oxoguanin-Gehalt in der genomischen DNA haben als normale Zellen der gleichen Patientin. Dazu wurden Abstriche von 9 Frauen untersucht, bei denen ein Zervix-Karzinom diagnostiziert worden war. Die Abstriche wurden vorbereitet, wie es vorstehend erläutert wurde, und dann einem immunzytologischen Assay im wesentlichen nach dem Verfahren unterzogen, das ebenfalls vorstehend beschrieben wurde. Es wurde ein Antikörper gegen 8- Oxoguanin eingesetzt.This example shows that tumor cells have a higher 8-oxoguanine content in genomic DNA than normal cells from the same patient. For this purpose, smears were examined from 9 women who had been diagnosed with cervical carcinoma. The swabs were prepared as explained above and then subjected to an immunocytological assay essentially in accordance with the procedure also described above. An antibody against 8-oxoguanine was used.
Vergleicht man die Fluoreszenzintensitäten der Tumorzellen mit denen der normalen Epithelzellen in dem gleichen Abstrich, zeigt sich, dass die DNA der Tumorzellen stets einen messbar höheren 8- Oxoguaningehalt hat als die der normalen Zellen. Dies geht aus dem Verhältnis der Wertepaare für die Tumorzellen und die normalen Zellen (CA/Normal) eindeutig hervor, das für die einzelnen Proben zwischen 1,5 und 2,7 liegt. Der Mittelwert für die normalen Zellen liegt bei 23 + 6 relative Fluoreszenzeinheiten und für Tumorzellen bei 44 + 10 relative Fluoreszenzeinheiten. Im Mittel sind die relativen Fluoreszenzintensitäten der Tumorzellen etwa doppelt so hoch wie die der normalen Zellen (Mittelwert CA/Normal = 1,9). Beispiel 4: 8-Oxoguanin-Gehalte in dysplastischen ZellenComparing the fluorescence intensities of the tumor cells with those of the normal epithelial cells in the same smear shows that the DNA of the tumor cells always has a measurably higher 8-oxoguanine content than that of the normal cells. This is clear from the ratio of the value pairs for the tumor cells and the normal cells (CA / Normal), which is between 1.5 and 2.7 for the individual samples. The mean for normal cells is 23 + 6 relative fluorescence units and for tumor cells 44 + 10 relative fluorescence units. On average, the relative fluorescence intensities of the tumor cells are about twice as high as those of the normal cells (mean CA / normal = 1.9). Example 4: 8-oxoguanine levels in dysplastic cells
Nach einem Verfahren ähnlich dem in Beispiel 3 wurden Zervix- Abstriche einem immunzytologischen Test unterzogen. Der Gehalt an 8-Oxoguanin in jeder einzelnen Zelle des jeweiligen Präparats wurde in Form von Fluoreszenzsignalen quantitativ bestimmt (Bildanalyse) .Using a procedure similar to that in Example 3, cervical smears were subjected to an immunocytological test. The content of 8-oxoguanine in each cell of the respective preparation was in the form of fluorescence signals quantitatively determined (image analysis).
Im Anschluss an die Durchführung des immunzytologischen Assays erfolgte eine zytologische Färbung der Proben auf der Basis des Färbeprotokolls von Papanicolaou, wobei zur Verbesserung der Färbung eine Verlängerung der Inkubationszeit in Harris- Hämatoxylinlδsung und eine Verkürzung der nachfolgenden Waschschritte gewählt wurden.Following the execution of the immunocytological assay, the samples were cytologically stained on the basis of the Papanicolaou staining protocol, with an extension of the incubation time in Harris hematoxylin solution and a shortening of the subsequent washing steps being chosen to improve the staining.
Die Auswertung erfolgte nun derart, dass das Fluoreszenz- und das Farbbild für jede Probe verglichen wurde. Wurden dysplastische oder kanzeröse Zellen im Farbbild aufgrund ihrer optischen Unterscheidungsmerkmale erkannt, so wurde eine entsprechende zytologische Klassifizierung vorgenommen. Zusätzlich wurde aus der Fluoreszenzaufnahme die Intensität als Maß für den 8- Oxoguaningehalt ermittelt . Als Kontrolle dienten normale Epithelzellen.The evaluation was now carried out in such a way that the fluorescence and color images were compared for each sample. If dysplastic or cancerous cells were identified in the color image on the basis of their optical distinguishing features, a corresponding cytological classification was carried out. In addition, the intensity was determined from the fluorescence image as a measure of the 8-oxoguanine content. Normal epithelial cells served as controls.
Während die Fluoreszenzwerte für alle Tumorzellen durchweg höher waren als für die normalen Zellen, galt dies nicht für die CIN III-Zellen in allen Abstrichen mit einem PAP IVa-Befund. Dies geht aus Fig. 1 hervor, in der zwei Abstriche (PAP IVa, Abstrich 2 und Abstrich 6) mit unterschiedlicher Charakteristik gezeigt werden. In Abstrich 2 sind die Fluoreszenzwerte für alle dysplastischen Zellen (CIN I, CIN II und CIN III) deutlich höher als in den normalen Zellen; in Abstrich 6 sind die Fluoreszenzwerte für die präkanzerösen Zellen (CIN II-Zellen waren in diesem Abstrich nicht vorhanden) nicht oder nur geringfügig höher als die für die normalen Zellen. Ein ähnliches Bild ergibt sich für die präkanzerösen Zellen in Abstrichen mit einer mittelschweren Dysplasie (PAP III D) . In Fig. 2 ist je ein Beispiel für einen Abstrich (PAP III D 11) mit hohen Werten und für einen Abstrich (PAP III D 13) mit geringfügig höheren Fluoreszenzwerten für die dort enthaltenen CIN II-Zellen dargestellt. While the fluorescence values were consistently higher for all tumor cells than for normal cells, this was not the case for the CIN III cells in all smears with a PAP IVa finding. This can be seen from Fig. 1, in which two smears (PAP IVa, smear 2 and smear 6) are shown with different characteristics. In smear 2, the fluorescence values for all dysplastic cells (CIN I, CIN II and CIN III) are significantly higher than in the normal cells; in smear 6, the fluorescence values for the precancerous cells (CIN II cells were not present in this smear) are not or only slightly higher than those for the normal cells. A similar picture emerges for the precancerous cells in smears with moderate dysplasia (PAP III D). 2 shows an example of a smear (PAP III D 11) with high values and for a smear (PAP III D 13) with slightly higher fluorescence values for the CIN II cells contained therein.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Untersuchung von Zeil- und Gewebeproben zur Tumorrisikoabschätzung einschließlich der Identifizierung bereits vorhandener Tumorzellen, das folgende Stufen umfasst :1. A method for the examination of cell and tissue samples for tumor risk assessment, including the identification of already existing tumor cells, which comprises the following stages:
(a) Immunzytologischer Assay für eine Zeil- oder Gewebeprobe zur Bestimmung des Ausmaßes von DNA-Modifikationen;(a) Immunocytological assay for a cell or tissue sample to determine the extent of DNA modifications;
(b) Abschätzung des Tumorrisikos durch Vergleich des unter (a) erhaltenen Ergebnisses mit einer Korrelation zwischen dem Ausmaß von DNA-Modifikationen und der Wahrscheinlichkeit der Tumorentwicklung .(b) Estimation of the tumor risk by comparing the result obtained under (a) with a correlation between the extent of DNA modifications and the probability of tumor development.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der DNA-Modifikation um ein Reaktionsprodukt von DNA mit einer reaktiven Sauerstoffspezies handelt.2. The method of claim 1, wherein the DNA modification is a reaction product of DNA with a reactive oxygen species.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei es sich bei der DNA-Modifikation um 8-Oxoguanin handelt.3. The method of claim 2, wherein the DNA modification is 8-oxoguanine.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Probe untersucht wird, von der bekannt ist oder die in Verdacht steht, dysplastische Zellen zu enthalten.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein a sample is examined, of which is known or suspected of containing dysplastic cells.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich der Gesamt-DNA-Gehalt der Zellen bestimmt und zur Tumorrisikoabschätzung einschließlich der Identifizierung bereits vorhandener Tumorzellen herangezogen wird.5. The method according to any one of the preceding claims, in which additionally the total DNA content of the cells is determined and used for tumor risk assessment including the identification of already existing tumor cells.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich eine histologische oder zytologische Färbung der Probe nach dem immunzytologischen Assay durchgeführt wird, die den Nachweis dysplastischer Zellen und/oder die Bestimmung des Schweregrads dysplastischer Zellen erlaubt. 6. The method according to any one of the preceding claims, in which a histological or cytological staining of the sample is carried out after the immunocytological assay, which allows the detection of dysplastic cells and / or the determination of the severity of dysplastic cells.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zeil- oder Gewebeprobe aus dem Gebärmutterhals, der Lunge, den Bronchien, der Blase, der Schilddrüse, einem malignen Erguss, der weiblichen Brust oder dem Dickdarm stammt.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the cell or tissue sample originates from the cervix, the lungs, the bronchi, the bladder, the thyroid, a malignant effusion, the female breast or the colon.
8. Verfahren zur Bestimmung der Strahlenempfindlichkeit für Zellen oder Gewebe, das folgende Stufen umfasst:8. A method for determining radiation sensitivity to cells or tissues, comprising the following stages:
(a) Bestrahlung einer Zeil- oder Gewebeprobe mit einer oder mehreren definierten Strahlendosen;(a) irradiation of a line or tissue sample with one or more defined radiation doses;
(b) immunzytologischer Assay für die bestrahlte Probe zur Bestimmung des Ausmaßes von DNA-Modifikationen zu mindestens einem festgelegten Zeitpunkt nach der Bestrahlung;(b) immunocytological assay for the irradiated sample to determine the extent of DNA modifications at at least a predetermined time after the irradiation;
(c) Korrelation der unter (b) erhaltenen Daten mit Standarddaten.(c) Correlation of the data obtained under (b) with standard data.
9. Testkit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend:9. A test kit for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising:
(a) einen Antikörper oder ein Antikörperfragment , der/das spezifisch gegen eine nachzuweisende DNA-Modifikation gerichtet ist und eine Markierung tragen kann;(a) an antibody or antibody fragment that is specifically directed against a DNA modification to be detected and can carry a label;
(b) falls der unter (a) genannte Antikörper/das Antikörperfragment keine Markierung aufweist, einen sekundären Antikörper oder ein entsprechendes Fragment, der/das den primären Antikörper/das primäre Antikörperfragment gemäß (a) erkennt und eine Markierung trägt . (b) if the antibody / the antibody fragment mentioned under (a) has no label, a secondary antibody or a corresponding fragment which / which recognizes the primary antibody / the primary antibody fragment according to (a) and carries a label.
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