WO2021052854A1 - Method for determining cell count by means of a reference dna - Google Patents

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WO2021052854A1
WO2021052854A1 PCT/EP2020/075310 EP2020075310W WO2021052854A1 WO 2021052854 A1 WO2021052854 A1 WO 2021052854A1 EP 2020075310 W EP2020075310 W EP 2020075310W WO 2021052854 A1 WO2021052854 A1 WO 2021052854A1
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dna
cell
cells
sample
reference dna
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PCT/EP2020/075310
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Inventor
Wolfgang Wagner
Original Assignee
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen Aör
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6881Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for tissue or cell typing, e.g. human leukocyte antigen [HLA] probes

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the cell number of eukaryotic cells in a sample, in which at least one specific region in the genome of at least one cell or cell type is identified and at least one reference DNA is provided, the number of cells being calculated using the reference DNA becomes.
  • the relative quantification of cell types is of particular importance for many applications in clinical diagnostics, for example when taking blood counts.
  • the determination of the composition of the white blood cells (leukocytes) in the blood is one of the most common diagnostic test procedures and therefore a routine examination in medical laboratory diagnostics.
  • a differential blood count can be made, for example, by microscopic examination of the blood sample and manual counting of the cells.
  • the determination of the number of cells is also necessary for many other diagnostic and cell biological processes. Numerous methods are available for this, which are based in particular on imaging or flow cytometry (impedance or scattered light methods). These automatic cell counters record, for example, the electrical impedance, the optical effects of light scattering or the intensity of fluorescence signals. Alternative measurements are based on counting chambers, automated optical cell counts, or measurements of electrical resistance (CASY).
  • the above-mentioned methods of determining the number of cells require relatively fresh material in which the cells are alive and as isolated as possible. Reliable determinations of cell counts in tissues (e.g. from punched cylinders of biopsies with defined volumes, cells in 3D tissue engineering tissue constructs or embryological developments in different organisms) or coagulated blood samples are hardly possible. As a rule, these methods also require a certain minimum volume due to the hose systems. In addition, the samples must be freshly analyzed. However, in the course of sending the sample to a large laboratory or delayed measurements, increased cell deaths can occur, so that the cell count would be estimated accordingly too low. Autolysis begins after a few hours and initially affects the granulocytes in particular.
  • Genomic areas are addressed that are basically methylated in the blood cells to be examined.
  • the method comprises the identification of a chromatin region which is reliably methylated in the different blood cells and the provision of an unmethylated reference DNA which can be produced, for example, by PCR.
  • a determination of the cell number can also be carried out on coagulated blood samples and frozen material.
  • the object is achieved by a method for determining the cell number of eukaryotic cells in a sample, which comprises:
  • At least one reference DNA which comprises at least one reference nucleotide sequence which is identical to the sequence of the specific region with the exception of at least one nucleotide exchange;
  • a reference DNA is used to determine the number of cells, regardless of epigenetic changes, which has a sequence that differs from the corresponding cellular sequence in one or more nucleotides.
  • the cells are mixed with this reference DNA in a known concentration.
  • the concentration should preferably correspond approximately to the expected number of cells.
  • the quantification allows the ratio of cellular DNA and reference DNA to be determined relatively precisely, for example by means of digital PCR, pyrosequencing or amplicon sequencing methods.
  • the cell number can then be determined from this in comparison with a reference curve.
  • the method according to the invention can in principle be implemented for determining the number of cells of the most varied of cell types and of the most varied of species. However, a corresponding reference DNA must be generated for each species.
  • the method according to the invention can be safely used for a wide variety of human cell types.
  • the cells of other organisms can also be quantified with a corresponding reference DNA independently of epigenetic changes.
  • the samples can also be stored or shipped frozen, since only the DNA content is determined in relation to the volume.
  • a reference DNA is created which basically has the same sequence as a conserved genomic region in the cells to be tested, but which has a sequence difference in one or more bases. The optimal number of exchanges depends on the type of analysis method.
  • dPCR for example, 2-10, preferably 2-8 or 2-6, in particular 2-5, 3-5 or 2-4 exchanges in the area of the binding site of the probe have proven to be advantageous, since a single exchange may still be unspecific Allows ties.
  • the reference DNA eg approx. 100 base pairs
  • the samples can be frozen before analysis
  • - Cell numbers can be determined in tissues
  • the process according to the invention can be carried out very inexpensively.
  • two or more different reference DNAs are introduced into the sample, the reference DNAs corresponding to different specific regions.
  • a wider range of cell numbers can be reliably covered.
  • further validation and additional accuracy can be achieved through the parallel determination of different specific genomic regions.
  • the reference DNA corresponds in each case to the sequence of a specific species which is differentiated from other species. This would be advantageous in the event that human and other cells are mixed, e.g. cells on murine feeder cells.
  • the reference DNA is introduced into the sample in different concentrations.
  • the reference DNAs can, for example, be mixed beforehand in different concentrations and then, as a “ladder”, an aliquot of the sample can be added.
  • the number of cells can be calculated, for example, in such a way that different reference DNAs are added to the sample in different concentrations in order to cover a larger area. In other words, in order to broaden the measuring range, further reference DNAs can be added which have different sequence modifications.
  • a reference curve can be created in an advantageous manner, by means of which the number of cells can then be precisely determined. This also enables the concentration of the reference molecules to be determined, which roughly corresponds to the expected number of cells and thus ensures the highest possible accuracy of the measurement.
  • the number of copies of the reference DNA can also be calculated and the number of cells can thus also be determined without a reference curve.
  • the reference DNA concentration can be determined which corresponds to the same number of copies of the reference DNA and the genomic (cellular) DNA.
  • the amount of reference molecules should be around the expected number of copies of the correspond to genomic DNA, as the sensitivity is highest in this measuring range.
  • a wide range of cell numbers can be reliably covered by using different reference molecules in increasing concentrations.
  • the amount of reference DNA can be set such that the ratio of the number of reference molecules to the approximately expected number of cells is approximately 2: 1. Assuming that the cells to be analyzed each contain two copies of their DNA molecules, this ratio corresponds to the same number of copies of the reference DNA and the genomic (cellular) DNA, so that in this embodiment the highest possible sensitivity of the method according to the invention is guaranteed is.
  • two or more different reference DNAs could also be introduced into the sample, the reference DNAs corresponding to the same specific region but comprising different nucleotide exchanges. In this way, for example, the ratio of the reference DNAs to one another could be calculated.
  • the specific region comprises a conserved region without repeats and / or single nucleotide polymorphism, preferably a non-transcribed region.
  • a conserved region without repeats and single nucleotide polymorphism (SNP) should therefore be chosen in an advantageous manner, e.g. a promoter region of a gene.
  • the DNA is isolated from the sample before the quantification.
  • the entire DNA of the sample can largely be extracted.
  • the reference DNA can be added to the sample at a precisely set concentration, which is then subject to the same fluctuations in the DNA isolation during the DNA isolation. The Mixing of the reference DNA with the sample is therefore preferably carried out before the DNA isolation in order to compensate for fluctuations in the DNA isolation.
  • the ratio of cellular DNA and reference DNA can be determined relatively precisely, e.g. using quantitative PCR methods (especially digital PCR), pyrosequencing or amplicon deep sequencing methods.
  • nucleic acid molecule which comprises at least one nucleotide sequence which is identical to the sequence of a conserved region in the genome of at least one cell or a cell type with the exception of at least one nucleotide exchange, for use in the above-described method according to the invention.
  • nucleic acid molecule which comprises at least one nucleotide sequence which is identical to the sequence of a conserved region in the genome of at least one cell or a cell type with the exception of at least one nucleotide exchange, for use in the above-described method according to the invention.
  • SEQ ID NOs: 1 to 7 according to Table 1 can be used for the method according to the invention.
  • the invention also comprises a kit which comprises at least one such nucleic acid molecule and optionally at least one oligonucleotide for amplifying and / or quantifying at least one nucleic acid molecule.
  • This kit can be used to determine the number of eukaryotic cells in a sample.
  • such a kit can comprise one or more of the reference DNA sequences according to SEQ ID NOs: 1 to 7 (Table 1) and / or one or more of the primers / probes according to SEQ ID NOs: 8 to 35 (Table 1).
  • such a kit can comprise at least one buffer solution and / or a reagent for carrying out one or more of the following methods: DNA amplification, DNA sequencing, for example pyrosequencing, digital droplet PCR, bar-coded bisulfite amplicon sequencing (BBA-seq), bar-coded amplicon sequencing, "Mass Array ® " and "SNP genotyping”.
  • DNA sequencing for example pyrosequencing, digital droplet PCR, bar-coded bisulfite amplicon sequencing (BBA-seq), bar-coded amplicon sequencing, "Mass Array ® " and "SNP genotyping.
  • the reference DNA can be multiplied, for example, by introducing the reference nucleotide sequence into at least one prokaryotic cell, increasing the nucleotide sequence in the prokayotic cell and isolating at least one DNA molecule, which comprises at least one reference nucleotide sequence, can be carried out from the prokaryotic cell.
  • the reference molecule can thus be amplified, for example, in E. coli (for example in the form of a plasmid) and then purified.
  • the plasmid DNA can be literaryized with a restriction enzyme before it is used as reference DNA.
  • the reference DNA can be amplified or synthesized in vitro, preferably by means of the polymerase chain reaction (PCR).
  • PCR polymerase chain reaction
  • the PCR product could, for example, be used as an independent DNA double strand or as cloned plasmid DNA as a standard.
  • the invention further relates to at least one artificial nucleic acid molecule which comprises at least one nucleotide sequence which is selected from the group consisting of: a) at least one nucleotide sequence which contains at least one sequence of the nucleotide sequences SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 35 (see table 1) comprises, b) at least one nucleotide sequence which is at least 90%, preferably at least 95%, identical to the nucleotide sequence according to a) and c) at least one nucleotide sequence which corresponds to the strand complementary to one of the nucleotide sequences according to a) or b) corresponds to.
  • the artificial nucleic acid molecules according to the invention can also advantageously be used to produce the kit for carrying out the method according to the invention.
  • the invention also relates to the use of the nucleic acid molecule according to the invention and / or the artificial nucleic acid molecule according to the invention and / or the kit according to the invention for determining the cell count of eukaryotic cells in a sample, ie for the absolute quantification of cells or cell types.
  • Both the method according to the invention and the nucleic acid molecules and kits according to the invention can in principle be used for determining the number of cells of the most varied of cell types in various areas of application. In particular, these are also suitable, for example, for determining the number of nucleated cells in the blood or other body fluids (liquor, urine, etc.). With the aid of the method according to the invention, for example, the number of nucleated blood cells can be reliably determined.
  • Cell counts are routinely determined in blood samples using flow cytometric measuring methods. However, the determination is not possible in all blood samples (for example due to coagulation or insufficient blood volume) and can no longer be reliably carried out on older blood samples. The samples must be freshly sent for analysis and measured promptly. In contrast to this, the determination of the cell number according to the invention can also be carried out on blood samples in which the cells are no longer isolated.
  • the method according to the invention is also useful in combination with other methods, since quantitative information is obtained without great additional effort, while otherwise only relative ratios of the hematopoietic cell types can be determined. In the high throughput process, the process according to the invention can also be carried out very inexpensively. The measuring accuracy is comparable with the accuracy of conventional methods.
  • a “conserved genomic region” within the meaning of the invention denotes a sequence segment in the genome of a cell (DNA) which comprises a nucleotide sequence which has been largely unchanged in the course of evolution, i.e. has undergone no or only minimal changes in the sequence.
  • the term also includes, in particular, non-coding DNA sequences, such as introns or promoter sequences.
  • FIG. 1 shows an exemplary image of a result of a digital droplet PCR (ddPCR).
  • X-axis reference
  • Y-axis blood
  • FIG. 2 shows a diagram for evaluating the results of the positive droplets for genomic DNA or reference DNA in order to determine the ratio of these DNA strands in the starting material.
  • 150 ⁇ l of blood were mixed with various concentrations of the reference DNAs (R2 and R3 according to Table 1).
  • X-axis dilution or reference DNA
  • Y-axis ratio of blood to reference DNA
  • Figure 3 shows a diagram for determining the ratio of blood DNA to reference DNA or the number of copies.
  • different amounts of the reference DNAs R2-R6, R8 and R9 according to Table 1 were mixed with 150 ⁇ l of blood.
  • X-axis number of copies (ratio of blood to reference)
  • FIG. 4 shows diagrams of an example of the quantification of human mesenchymal stem cells (MSC) by means of digital droplet PCR (ddPCR).
  • FIG. 5 shows diagrams of an example of the determination of the number of cells in human blood samples by means of digital droplet PCR (ddPCR).
  • X-axis log blood cells
  • automatic counter Y-axis log blood cells ddPCR
  • genomic regions were selected for the design of the reference DNAs. These sequences do not have any homologous sections in the genome and are suitable for the design of the ddPCR primers. They should preferably not be located in translated gene sequences, since an influence by RNA cannot be ruled out with certainty. Of the nine initial sequences, seven have proven successful, which are listed in Table 1. These sequences were provided, cloned into plasmid pBR322 using restriction enzymes, and amplified in E. coli. The plasmid DNA was isolated and quantified. These Reference DNAs are either used individually or combined in different concentrations as reference ladder. A certain amount of this reference DNA is added to the cell sample (eg 150 ⁇ l blood).
  • a digital droplet PCR (ddPCR) is then carried out (FIG. 1).
  • the results of the positive droplets for genomic DNA or reference DNA are evaluated using Poisson statistics in order to determine the ratio of these DNA strands in the starting material (FIG. 2).
  • the ratio of blood DNA to reference DNA was then determined in the ddPCR measurements. This allows conclusions to be drawn about the number of cells. The data show very consistent results both for the dilutions and with both reference plasmids. If necessary in the case of large fluctuations in the number of cells, or as an additional internal control, the measurement of a further reference DNA can also be included, since this additional sequence does not interfere with the method (FIG. 3). Different amounts of the reference DNAs were mixed with a certain volume of blood. The ratio of blood DNA to reference DNA was then determined. The measurements show a clear correlation without the different plasmids affecting the measurement.

Abstract

The invention relates to a method for determining the cell count of eukaryotic cells in a sample, in which at least one specific region in the genome of at least one cell or one cell type is identified and at least one reference DNA is provided, wherein the number of cells is calculated by means of the reference DNA. According to the invention, cell count is determined by using a reference DNA which has a sequence deviating from the corresponding cellular sequence in one or more nucleotides. Prior to DNA quantification, the cells are admixed with said reference DNA in a known concentration. By means of the quantification, it is possible to determine the ratio between cellular DNA and reference DNA. By comparison with a reference curve, the cell count can then be determined therefrom.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Zellzahl mittels einer Referenz-DNA Method for determining the number of cells using a reference DNA
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zellzahl von eukaryotischen Zellen in einer Probe, bei dem mindestens eine spezifische Region im Genom mindestens einer Zelle oder eines Zelltyps identifiziert und mindestens eine Referenz-DNA bereitgestellt wird, wobei die Anzahl der Zellen mittels der Referenz DNA berechnet wird. The invention relates to a method for determining the cell number of eukaryotic cells in a sample, in which at least one specific region in the genome of at least one cell or cell type is identified and at least one reference DNA is provided, the number of cells being calculated using the reference DNA becomes.
Für viele Anwendungen in der klinischen Diagnostik, beispielsweise bei der Erstellung von Blutbildern, ist die relative Quantifizierung von Zelltypen von besonderer Bedeutung. Die Bestimmung der zellulären Zusammensetzung von Blutproben und hierbei insbesondere das Differentialblutbild, d. h. die Bestimmung der Zusammensetzung der weißen Blutkörperchen (Leukozyten) im Blut, ist eine der häufigsten diagnostischen Testverfahren und somit eine Routineuntersuchung in der medizinischen Labordiagnostik. Ein Differentialblutbild kann beispielsweise durch mikroskopische Untersuchung der Blutprobe und manuelles Zählen der Zellen erstellt werden. Die Bestimmung der Zellzahl ist aber auch bei vielen anderen diagnostischen und zellbiologischen Verfahren notwendig. Hierfür stehen zahlreiche Methoden zur Verfügung, die insbesondere auf Bildgebung oder Durchfluss-Zytometrie (Impedanz- oder Streulichtmethoden) beruhen. Diese automatischen Zellzähler erfassen beispielsweise die elektrische Impedanz, die optischen Auswirkungen der Lichtstreuung oder die Intensität von Fluoreszenz- Signalen. Alternative Messungen beruhen auf Zählkammern, automatisierten optischen Zellzählungen, oder Messungen des elektrischen Widerstands (CASY). The relative quantification of cell types is of particular importance for many applications in clinical diagnostics, for example when taking blood counts. The determination of the cellular composition of blood samples and in particular the differential blood count, i. H. The determination of the composition of the white blood cells (leukocytes) in the blood is one of the most common diagnostic test procedures and therefore a routine examination in medical laboratory diagnostics. A differential blood count can be made, for example, by microscopic examination of the blood sample and manual counting of the cells. The determination of the number of cells is also necessary for many other diagnostic and cell biological processes. Numerous methods are available for this, which are based in particular on imaging or flow cytometry (impedance or scattered light methods). These automatic cell counters record, for example, the electrical impedance, the optical effects of light scattering or the intensity of fluorescence signals. Alternative measurements are based on counting chambers, automated optical cell counts, or measurements of electrical resistance (CASY).
Neben Verfahren, die eine Quantifizierung von zellulärem Material auf Basis der Zählung einzelner Zellen ermöglichen, werden vor allem auch unterschiedliche durchflusszytometrische Verfahren eingesetzt, die eine Quantifizierung von Zellen beispielsweise mit Hilfe von Referenzkügelchen in bestimmter Konzentration erlauben. Diese Methoden haben jedoch den Nachteil, dass zuvor eine arbeitsintensive Aufarbeitung der zu messenden Probe durchgeführt werden muss, die beispielsweise aufwändige Schritte wie Zentrifugieren, Filtrieren und/oder Sedimentieren umfassen kann. Ferner nutzen viele optische Durchfluss-Zytometer das Prinzip der Fluoreszenz- oder Streulichtmessung. Beide Messmethoden erfordern zur Zählung einzelner Zellen aber den Einsatz speziell vorbereiteter und gereinigter Blutproben. Beispielsweise ist es zur Vorbereitung einer Blutprobe erforderlich, eine Flämolyse der Erythrozyten und eine spezifische Markierung der Zellen vorzunehmen. Die Probenvorbereitung ist folglich sehr zeitaufwendig, so dass mittels optischer Durchfluss-Zytometrie weder schnelle noch kostengünstige Zellzahlbestimmungen in einer komplexen Probe durchgeführt werden können. In addition to methods that enable cellular material to be quantified on the basis of counting individual cells, different flow cytometric methods are also used, which allow cells to be quantified, for example with the aid of reference beads in a certain concentration. However, these methods have the disadvantage that a labor-intensive processing of the sample to be measured has to be carried out beforehand, which for example involves complex steps such as centrifugation, filtration and / or May include sedimentation. Furthermore, many optical flow cytometers use the principle of fluorescence or scattered light measurement. However, both measurement methods require the use of specially prepared and purified blood samples to count individual cells. For example, in order to prepare a blood sample, it is necessary to carry out a hemolysis of the erythrocytes and a specific marking of the cells. The sample preparation is consequently very time-consuming, so that neither fast nor inexpensive cell count determinations can be carried out in a complex sample by means of optical flow cytometry.
Die oben genannten Verfahren der Zellzahlbestimmung benötigen relativ frisches Material, bei dem die Zellen lebend und möglichst vereinzelt vorliegen. Zuverlässige Bestimmungen von Zellzahlen in Geweben (z.B. von Stanzzylindern von Biopsien mit definierten Volumen, Zellen in 3D-Tissue-Engineering Gewebekonstrukten oder embryologischen Entwicklungen bei verschiedenen Organismen) oder koagulierten Blutproben sind somit kaum möglich. In der Regel benötigen diese Verfahren aufgrund der Schlauchsysteme ferner ein bestimmtes Mindestvolumen. Außerdem müssen die Proben frisch analysiert werden. Es kann aber im Laufe des Probenversands zu einem Großlabor oder durch verzögerte Messungen zu einem vermehrten Zellsterben kommen, so dass die Zellzahl entsprechend zu niedrig geschätzt würde. Die Autolyse beginnt bereits nach wenigen Stunden und betrifft zunächst insbesondere die Granulozyten. Ein Versand von Blutproben im gefrorenen Zustand ist bisher nicht möglich, da die Zellen dabei lysiert werden. Zudem bestehen bei allen Messverfahren Messungenauigkeiten, die eine Validierung mit einem anderen Verfahren unter Umständen sinnvoll machen. Bei sehr kleinen Zellmengen (z.B. Liquordiagnostik) oder bei sehr kleinen Probenmengen ist die Analyse nicht mit allen Verfahren möglich. The above-mentioned methods of determining the number of cells require relatively fresh material in which the cells are alive and as isolated as possible. Reliable determinations of cell counts in tissues (e.g. from punched cylinders of biopsies with defined volumes, cells in 3D tissue engineering tissue constructs or embryological developments in different organisms) or coagulated blood samples are hardly possible. As a rule, these methods also require a certain minimum volume due to the hose systems. In addition, the samples must be freshly analyzed. However, in the course of sending the sample to a large laboratory or delayed measurements, increased cell deaths can occur, so that the cell count would be estimated accordingly too low. Autolysis begins after a few hours and initially affects the granulocytes in particular. Sending blood samples in a frozen state has not yet been possible because the cells are lysed in the process. In addition, there are measurement inaccuracies in all measurement methods, which may make validation with another method useful. With very small amounts of cells (e.g. liquor diagnostics) or with very small amounts of samples, the analysis is not possible with all methods.
Aus der DE 10 2017 004 108 A1 ist aber ein alternatives Verfahren bekannt, welches auf der Analyse der DNA-Methylierung beruht. Dabei werden genomische Bereiche adressiert, die in den zu untersuchenden Blutzellen grundsätzlich methyliert sind. Das Verfahren umfasst die Identifikation eines Chromatinbereichs, der in den unterschiedlichen Blutzellen zuverlässig methyliert ist, und die Bereitstellung einer unmethylierten Referenz-DNA, die beispielsweise durch PCR hergestellt werden kann. Mittels dieses bekannten epigenetischen Verfahrens kann eine Bestimmung der Zellzahl auch an koagulierten Blutproben und gefrorenem Material durchgeführt werden. From DE 10 2017 004 108 A1, however, an alternative method is known which is based on the analysis of DNA methylation. Genomic areas are addressed that are basically methylated in the blood cells to be examined. The method comprises the identification of a chromatin region which is reliably methylated in the different blood cells and the provision of an unmethylated reference DNA which can be produced, for example, by PCR. Using this well-known epigenetic process, a determination of the cell number can also be carried out on coagulated blood samples and frozen material.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung der Zellzahl von eukaryotischen Zellen in einer Probe bereitzustellen, mit dem auch Zellzahlen in Geweben bestimmt werden können und das bei unterschiedlichsten Zelltypen beim Menschen und anderen Organismen sicher anwendbar ist. It is the object of the present invention to provide a method for determining the cell number of eukaryotic cells in a sample, with which cell numbers in tissues can also be determined and which can be safely used with a wide variety of cell types in humans and other organisms.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung der Zellzahl von eukaryotischen Zellen in einer Probe gelöst, welches umfasst: According to the invention, the object is achieved by a method for determining the cell number of eukaryotic cells in a sample, which comprises:
Identifizieren mindestens einer spezifischen Region im Genom mindestens einer Zelle oder eines Zelltyps, wobei die spezifische Region eine konservierte genomische Region ist; Identifying at least one specific region in the genome of at least one cell or cell type, the specific region being a conserved genomic region;
Bereitstellen mindestens einer Referenz-DNA, die mindestens eine Referenz- Nukleotidsequenz umfasst, die mit der Sequenz der spezifischen Region mit Ausnahme mindestens eines Nukleotidaustauschs identisch ist; Providing at least one reference DNA which comprises at least one reference nucleotide sequence which is identical to the sequence of the specific region with the exception of at least one nucleotide exchange;
Einbringen einer vorbestimmten Menge der Referenz-DNA in die Probe; Quantifizieren der DNA der spezifischen Region und der Referenz-DNA; und Berechnen der Anzahl der Zellen basierend auf dem Verhältnis der genomischen DNA der zu testenden Zellen und der Referenz-DNA. Introducing a predetermined amount of the reference DNA into the sample; Quantifying the DNA of the specific region and the reference DNA; and calculating the number of cells based on the ratio of the genomic DNA of the cells to be tested and the reference DNA.
Erfindungsgemäß wird zur Bestimmung der Zellzahl, unabhängig von epigenetischen Veränderungen, eine Referenz-DNA verwendet, die eine von der entsprechenden zellulären Sequenz in einem oder mehreren Nukleotiden abweichende Sequenz aufweist. Vor der Quantifizierung der DNA werden die Zellen mit dieser Referenz-DNA in bekannter Konzentration versetzt. Dabei sollte die Konzentration vorzugsweise ungefähr der zu erwarteten Zellzahl entsprechen. Durch die Quantifizierung lässt sich das Verhältnis von zellulärer DNA und Referenz-DNA relativ genau bestimmen, z.B. mittels digitaler PCR, Pyrosequenzierung oder Amplikon-Sequenzierungsverfahren. Im Vergleich mit einer Referenzkurve kann dann daraus die Zellzahl bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich grundsätzlich für die Zellzahlbestimmung unterschiedlichster Zelltypen und unterschiedlichster Spezies umsetzen. Allerdings muss für jede Spezies eine entsprechende Referenz-DNA generiert werden. Im Gegensatz zu dem epigenetischen Verfahren gemäß DE 10 2017 004 108 A1 ist das erfindungsgemäße Verfahren für unterschiedlichste humane Zelltypen sicher anwendbar. Auch die Zellen anderer Organismen können mit einer entsprechenden Referenz-DNA unabhängig von epigenetischen Veränderungen quantifiziert werden. Im Gegensatz zu konventionellen Verfahren können die Proben auch gefroren gelagert oder versendet werden, da lediglich der DNA-Gehalt im Verhältnis zum Volumen bestimmt wird. Dabei wird zunächst eine Referenz-DNA erstellt, die grundsätzlich die gleiche Sequenz aufweist wie eine konservierte genomische Region in den zu testenden Zellen, die allerdings in einer oder mehreren Basen einen Sequenzunterschied aufweist. Die optimale Anzahl der Austausche hängt dabei von der Art des Analyseverfahrens ab. Für dPCR haben sich beispielsweise 2-10, vorzugsweise 2-8 oder 2-6, insbesondere 2-5, 3-5 oder 2-4 Austausche im Bereich der Bindungsstelle der Sonde als vorteilhaft herausgestellt, da ein einzelner Austausch ggf. immer noch unspezifische Bindungen zulässt. Eine Höchstgrenze für die Sequenzunterschiede gibt es theoretisch nicht, wobei es möglicherweise eher zu einem PCR-Bias kommt, wenn die beiden Sequenzen sehr unterschiedlich wären. Die Referenz-DNA (z.B. ca. 100 Basenpaare) kann beispielsweise synthetisch, mittels PCR oder als Plasmid-DNA, erstellt werden. Von Vorteil ist dabei, wenn die DNA-Konzentration der Referenz-DNA genau bestimmt werden kann. According to the invention, a reference DNA is used to determine the number of cells, regardless of epigenetic changes, which has a sequence that differs from the corresponding cellular sequence in one or more nucleotides. Before the DNA is quantified, the cells are mixed with this reference DNA in a known concentration. The concentration should preferably correspond approximately to the expected number of cells. The quantification allows the ratio of cellular DNA and reference DNA to be determined relatively precisely, for example by means of digital PCR, pyrosequencing or amplicon sequencing methods. The cell number can then be determined from this in comparison with a reference curve. The method according to the invention can in principle be implemented for determining the number of cells of the most varied of cell types and of the most varied of species. However, a corresponding reference DNA must be generated for each species. in the In contrast to the epigenetic method according to DE 10 2017 004 108 A1, the method according to the invention can be safely used for a wide variety of human cell types. The cells of other organisms can also be quantified with a corresponding reference DNA independently of epigenetic changes. In contrast to conventional methods, the samples can also be stored or shipped frozen, since only the DNA content is determined in relation to the volume. First, a reference DNA is created which basically has the same sequence as a conserved genomic region in the cells to be tested, but which has a sequence difference in one or more bases. The optimal number of exchanges depends on the type of analysis method. For dPCR, for example, 2-10, preferably 2-8 or 2-6, in particular 2-5, 3-5 or 2-4 exchanges in the area of the binding site of the probe have proven to be advantageous, since a single exchange may still be unspecific Allows ties. Theoretically, there is no upper limit for the sequence differences, although a PCR bias may more likely occur if the two sequences were very different. The reference DNA (eg approx. 100 base pairs) can be created synthetically, by means of PCR or as plasmid DNA, for example. It is advantageous if the DNA concentration of the reference DNA can be precisely determined.
Aus der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich ferner die folgenden weiteren Vorteile: The following additional advantages also result from the application of the method according to the invention:
- Die Proben können vor der Analyse tiefgefroren werden; - The samples can be frozen before analysis;
- Zellzahlen können in Geweben bestimmt werden; - Cell numbers can be determined in tissues;
- Sehr kleine Probenmengen reichen aus (theoretisch < 10 pl); - Very small sample quantities are sufficient (theoretically <10 pl);
- Einfache Analyse; - Simple analysis;
- Isolierte DNA kann zu Analysezwecken sehr leicht versendet werden; - Isolated DNA can be sent very easily for analysis purposes;
- Es ist keine Bisulfitbehandlung notwendig; - No bisulfite treatment is necessary;
- Aufgrund der Sequenz ist eine eindeutige Zuordnung (Referenz-DNA versus zelluläre DNA) möglich; - Based on the sequence, a clear assignment (reference DNA versus cellular DNA) is possible;
- Im Hochdurchsatzverfahren kann das erfindungsgemäße Verfahren sehr kostengünstig durchgeführt werden. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei oder mehr unterschiedliche Referenz-DNAs in die Probe eingebracht werden, wobei die Referenz-DNAs unterschiedlichen spezifischen Regionen entsprechen. Durch die Verwendung von mehreren unterschiedlichen Referenz-Sequenzen kann ein breiteres Spektrum von Zellzahlen zuverlässig abgedeckt werden. Außerdem kann durch die parallele Bestimmung verschiedener spezifischer genomischer Regionen eine weitere Validierung und zusätzliche Genauigkeit erreicht werden. - In the high throughput process, the process according to the invention can be carried out very inexpensively. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that two or more different reference DNAs are introduced into the sample, the reference DNAs corresponding to different specific regions. By using several different reference sequences, a wider range of cell numbers can be reliably covered. In addition, further validation and additional accuracy can be achieved through the parallel determination of different specific genomic regions.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Referenz-DNA jeweils der Sequenz einer bestimmten Spezies entspricht, die sich von anderen Spezies abgrenzt. Dies wäre für den Fall vorteilhaft, dass humane und andere Zellen gemischt vorliegen, z.B. Zellen auf murinen Feederzellen. In a further advantageous embodiment of the invention, it is also provided that the reference DNA corresponds in each case to the sequence of a specific species which is differentiated from other species. This would be advantageous in the event that human and other cells are mixed, e.g. cells on murine feeder cells.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Referenz-DNA in unterschiedlichen Konzentrationen in die Probe eingebracht wird. Die Referenz-DNAs können beispielsweise im Vorfeld in unterschiedlichen Konzentrationen gemischt werden und dann als „Leiter“ mit einem Aliquot der Probe versetzt werden. In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the reference DNA is introduced into the sample in different concentrations. The reference DNAs can, for example, be mixed beforehand in different concentrations and then, as a “ladder”, an aliquot of the sample can be added.
Die Berechnung der Anzahl der Zellen kann beispielsweise derart erfolgen, dass unterschiedliche Referenz-DNAs in unterschiedlicher Konzentration der Probe zugefügt werden, um einen größeren Bereich abzudecken. D. h., um den Messbereich zu verbreitern, können weitere Referenz-DNAs zugesetzt werden, die andere Sequenzmodifikationen aufweisen. Durch den Einsatz unterschiedlicher Konzentrationen der Referenzmoleküle kann in vorteilhafter Weise eine Referenzkurve erstellt werden, mittels der dann die Zellzahl präzise bestimmt werden kann. Hierdurch kann auch die Konzentration der Referenzmoleküle ermittelt werden, die ungefähr der zu erwarteten Zellzahl entspricht und somit die höchst mögliche Genauigkeit der Messung gewährleistet. Alternativ kann die Kopienzahl der Referenz-DNA auch berechnet und die Zellzahl somit auch ohne Referenzkurve bestimmt werden. Mit beiden Methoden kann also beispielsweise die Referenz-DNA-Konzentration bestimmt werden, die einer gleichen Kopien-Zahl der Referenz-DNA und der genomischen (zellulären) DNA entspricht. Grundsätzlich sollte die Menge an Referenzmolekülen in etwa der erwarteten Kopienzahl der genomischen DNA entsprechen, da die Sensitivität in diesem Messbereich am höchsten ist. Darüber hinaus kann durch die Verwendung von unterschiedlichen Referenzmolekülen in aufsteigenden Konzentrationen ein breites Spektrum von Zellzahlen zuverlässig abgedeckt werden. Beispielsweise kann die Menge der Referenz-DNA derart eingestellt sein, dass das Verhältnis der Anzahl an Referenzmolekülen zur ungefähr erwarteten Anzahl der Zellen annähernd 2:1 ist. Unter der Voraussetzung, dass die zu analysierenden Zellen jeweils zwei Kopien ihrer DNA-Moleküle enthalten, entspricht dieses Verhältnis einer gleichen Kopien- Zahl der Referenz-DNA und der genomischen (zellulären) DNA, so dass bei dieser Ausführungsform die höchstmögliche Sensitivität des erfindungsgemäßen Verfahrens gewährleistet ist. The number of cells can be calculated, for example, in such a way that different reference DNAs are added to the sample in different concentrations in order to cover a larger area. In other words, in order to broaden the measuring range, further reference DNAs can be added which have different sequence modifications. By using different concentrations of the reference molecules, a reference curve can be created in an advantageous manner, by means of which the number of cells can then be precisely determined. This also enables the concentration of the reference molecules to be determined, which roughly corresponds to the expected number of cells and thus ensures the highest possible accuracy of the measurement. Alternatively, the number of copies of the reference DNA can also be calculated and the number of cells can thus also be determined without a reference curve. With both methods, for example, the reference DNA concentration can be determined which corresponds to the same number of copies of the reference DNA and the genomic (cellular) DNA. Basically, the amount of reference molecules should be around the expected number of copies of the correspond to genomic DNA, as the sensitivity is highest in this measuring range. In addition, a wide range of cell numbers can be reliably covered by using different reference molecules in increasing concentrations. For example, the amount of reference DNA can be set such that the ratio of the number of reference molecules to the approximately expected number of cells is approximately 2: 1. Assuming that the cells to be analyzed each contain two copies of their DNA molecules, this ratio corresponds to the same number of copies of the reference DNA and the genomic (cellular) DNA, so that in this embodiment the highest possible sensitivity of the method according to the invention is guaranteed is.
Es könnten beispielsweise auch zwei oder mehr unterschiedliche Referenz-DNAs in die Probe eingebracht werden, wobei die Referenz-DNAs der gleichen spezifischen Region entsprechen, aber unterschiedliche Nukleotidaustausche umfassen. Auf diese Weise ließe sich beispielsweise das Verhältnis der Referenz- DNAs zueinander berechnen. For example, two or more different reference DNAs could also be introduced into the sample, the reference DNAs corresponding to the same specific region but comprising different nucleotide exchanges. In this way, for example, the ratio of the reference DNAs to one another could be calculated.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die spezifische Region eine konservierte Region ohne Repeats und/oder Single Nucleotide Polymorphismus, vorzugsweise eine nicht transkribierte Region, umfasst. Es sollte also in vorteilhafter Weise ein konservierter Bereich ohne Repeats und Single Nucleotide Polymorphismus (SNP) gewählt werden, z.B. eine Promotor-Region eines Gens. In a further advantageous embodiment of the invention it is further provided that the specific region comprises a conserved region without repeats and / or single nucleotide polymorphism, preferably a non-transcribed region. A conserved region without repeats and single nucleotide polymorphism (SNP) should therefore be chosen in an advantageous manner, e.g. a promoter region of a gene.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, dass die DNA vor dem Quantifizieren aus der Probe isoliert wird. Für die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn sich die gesamte DNA der Probe weitgehend extrahieren lässt. Da jedoch bei der DNA-Isolation zwangsläufig starke Abweichungen entstehen, ist die Messung der DNA-Konzentration nicht zuverlässig möglich. Im Gegensatz dazu kann die Referenz-DNA mit genau eingestellter Konzentration der Probe zugesetzt werden, die dann bei der DNA- Isolation den gleichen Schwankungen in der DNA-Isolation unterworfen ist. Die Mischung der Referenz-DNA mit der Probe erfolgt also vorzugsweise vor der DNA- Isolation, um Schwankungen in der DNA-Isolation auszugleichen. In an advantageous embodiment of the invention, it is also provided that the DNA is isolated from the sample before the quantification. For the accuracy of the method according to the invention, it is advantageous if the entire DNA of the sample can largely be extracted. However, since large deviations inevitably arise during DNA isolation, the measurement of the DNA concentration cannot be reliably measured. In contrast to this, the reference DNA can be added to the sample at a precisely set concentration, which is then subject to the same fluctuations in the DNA isolation during the DNA isolation. The Mixing of the reference DNA with the sample is therefore preferably carried out before the DNA isolation in order to compensate for fluctuations in the DNA isolation.
Nach der DNA-Isolation lässt sich das Verhältnis von zellulärer DNA und Referenz DNA relativ genau bestimmen, z.B. mittels quantitativer PCR Verfahren (insbesondere digitaler PCR), Pyrosequenzierung oder Amplicon Deep Sequencing - Verfahren. After DNA isolation, the ratio of cellular DNA and reference DNA can be determined relatively precisely, e.g. using quantitative PCR methods (especially digital PCR), pyrosequencing or amplicon deep sequencing methods.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ferner durch ein Nukleinsäuremolekül gelöst, das mindestens eine Nukleotidsequenz umfasst, die mit der Sequenz einer konservierten Region im Genom mindestens einer Zelle oder eines Zelltyps mit Ausnahme mindestens eines Nukleotidaustauschs identisch ist, zur Verwendung in dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Beispielsweise kann/können eine/mehrere der Referenz-DNA-Sequenzen gemäß SEQ ID NOs: 1 bis 7 gemäß Tabelle 1 für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. According to the invention, the object is also achieved by a nucleic acid molecule which comprises at least one nucleotide sequence which is identical to the sequence of a conserved region in the genome of at least one cell or a cell type with the exception of at least one nucleotide exchange, for use in the above-described method according to the invention. For example, one or more of the reference DNA sequences according to SEQ ID NOs: 1 to 7 according to Table 1 can be used for the method according to the invention.
Die Erfindung umfasst auch ein Kit, welches mindestens ein solches Nukleinsäuremolekül und optional mindestens ein Oligonukleotid zum Amplifizieren und/oder Quantifizieren mindestens eines Nukleinsäuremoleküls umfasst. Dieses Kit kann zur Bestimmung der Zellzahl von eukaryotischen Zellen in einer Probe verwendet werden. Beispielsweise kann ein solches Kit eine oder mehrere der Referenz-DNA-Sequenzen gemäß SEQ ID NOs: 1 bis 7 (Tabelle 1) und/oder eine oder mehrere der Primer/Sonden gemäß SEQ ID NOs: 8 bis 35 (Tabelle 1) umfassen. The invention also comprises a kit which comprises at least one such nucleic acid molecule and optionally at least one oligonucleotide for amplifying and / or quantifying at least one nucleic acid molecule. This kit can be used to determine the number of eukaryotic cells in a sample. For example, such a kit can comprise one or more of the reference DNA sequences according to SEQ ID NOs: 1 to 7 (Table 1) and / or one or more of the primers / probes according to SEQ ID NOs: 8 to 35 (Table 1).
Zusätzlich kann ein solches Kit mindestens eine Pufferlösung und/oder ein Reagenz zur Durchführung eines oder mehrerer der folgenden Verfahren umfassen: DNA-Amplifizierung, DNA-Sequenzierung, beispielsweise Pyrosequenzierung, digitale Tröpfchen PCR, barkodierte Bisulfit-Amplikon-Sequenzierung (BBA-seq), barkodierte Amplicon-Sequenzierung, „Mass Array®“ und „SNP-Genotyping“. In addition, such a kit can comprise at least one buffer solution and / or a reagent for carrying out one or more of the following methods: DNA amplification, DNA sequencing, for example pyrosequencing, digital droplet PCR, bar-coded bisulfite amplicon sequencing (BBA-seq), bar-coded amplicon sequencing, "Mass Array ® " and "SNP genotyping".
Eine Vermehrung der Referenz-DNA kann beispielsweise durch Einbringen der Referenz-Nukleotidsequenz in mindestens eine prokaryotische Zelle, Vermehren der Nukleotidsequenz in der prokayotischen Zelle und Isolieren mindestens eines DNA-Moleküls, das mindestens eine Referenz-Nukleotidsequenz umfasst, aus der prokaryotischen Zelle durchgeführt werden. Das Referenzmolekül kann also beispielsweise in E. coli amplifiziert (z.B. in Form eines Plasmids) und dann aufgereinigt werden. In einem optimierten Verfahren kann die Plasmid-DNA vor dem Einsatz als Referenz-DNA mit einem Restriktionsenzym literarisiert werden. The reference DNA can be multiplied, for example, by introducing the reference nucleotide sequence into at least one prokaryotic cell, increasing the nucleotide sequence in the prokayotic cell and isolating at least one DNA molecule, which comprises at least one reference nucleotide sequence, can be carried out from the prokaryotic cell. The reference molecule can thus be amplified, for example, in E. coli (for example in the form of a plasmid) and then purified. In an optimized process, the plasmid DNA can be literaryized with a restriction enzyme before it is used as reference DNA.
Alternativ kann die Referenz-DNA in vitro vermehrt oder synthetisiert werden, vorzugsweise mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Auf diese vorteilhafte Weise kann die Referenz-DNA schnell und zuverlässig hergestellt werden. Das PCR-Produkt könnte beispielsweise als selbstständiger DNS-Doppelstrang oder als klonierte Plasmid-DNA als Standard verwendet werden. Alternatively, the reference DNA can be amplified or synthesized in vitro, preferably by means of the polymerase chain reaction (PCR). In this advantageous way, the reference DNA can be produced quickly and reliably. The PCR product could, for example, be used as an independent DNA double strand or as cloned plasmid DNA as a standard.
Die Erfindung betrifft ferner mindestens ein künstliches Nukleinsäuremolekül, das mindestens eine Nukleotidsequenz umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: a) mindestens einer Nukleotidsequenz, die mindestens eine Sequenz der Nukleotidsequenzen SEQ ID NO: 1 bis SEQ ID NO: 35 (siehe Tabelle 1) umfasst, b) mindestens einer Nukleotidsequenz, die zu mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95%, mit der Nukleotidsequenz gemäß a) identisch ist und c) mindestens einer Nukleotidsequenz, die dem zu einer der Nukleotidsequenzen gemäß a) oder b) komplementären Strang entspricht. The invention further relates to at least one artificial nucleic acid molecule which comprises at least one nucleotide sequence which is selected from the group consisting of: a) at least one nucleotide sequence which contains at least one sequence of the nucleotide sequences SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 35 (see table 1) comprises, b) at least one nucleotide sequence which is at least 90%, preferably at least 95%, identical to the nucleotide sequence according to a) and c) at least one nucleotide sequence which corresponds to the strand complementary to one of the nucleotide sequences according to a) or b) corresponds to.
Die erfindungsgemäßen künstlichen Nukleinsäuremoleküle können ferner in vorteilhafter Weise zur Herstellung des Kits zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. The artificial nucleic acid molecules according to the invention can also advantageously be used to produce the kit for carrying out the method according to the invention.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Nukleinsäuremoleküls und/oder des erfindungsgemäßen künstlichen Nukleinsäuremoleküls und/oder des erfindungsgemäßen Kits zur Bestimmung der Zellzahl von eukaryotischen Zellen in einer Probe, d. h. zur absoluten Quantifizierung von Zellen oder Zelltypen. Sowohl das erfindungsgemäße Verfahren als auch die erfindungsgemäßen Nukleinsäuremoleküle und Kits können grundsätzlich für die Zellzahlbestimmung unterschiedlichster Zelltypen in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Insbesondere sind diese beispielsweise auch für die Bestimmung der Anzahl kernhaltiger Zellen im Blut oder anderen Körperflüssigkeiten (Liquor, Urin etc.) geeignet. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise die Anzahl der kernhaltigen Blutzellen zuverlässig bestimmt werden. Zellzahlen werden routinemäßig in Blutproben mittels durchflusszytometrischen Messverfahren bestimmt. Allerdings ist die Bestimmung nicht in allen Blutproben möglich (beispielsweise aufgrund von Koagulation oder zu kleinem Blutvolumen) und kann an älteren Blutproben nicht mehr zuverlässig durchgeführt werden. Die Proben müssen für die Analyse frisch versendet und zeitnah gemessen werden. Im Gegensatz dazu kann die erfindungsgemäße Bestimmung der Zellzahl auch an Blutproben erfolgen, in denen die Zellen nicht mehr vereinzelt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist darüber hinaus auch in Kombination mit anderen Methoden sinnvoll, da ohne großen Mehraufwand eine quantitative Information gewonnen wird, während ansonsten nur relative Verhältnisse der hämatopoetischen Zelltypen ermittelt werden können. Im Hochdurchsatzverfahren kann das erfindungsgemäße Verfahren ferner sehr kostengünstig durchgeführt werden. Die Messgenauigkeit ist dabei mit der Genauigkeit konventioneller Methoden vergleichbar. The invention also relates to the use of the nucleic acid molecule according to the invention and / or the artificial nucleic acid molecule according to the invention and / or the kit according to the invention for determining the cell count of eukaryotic cells in a sample, ie for the absolute quantification of cells or cell types. Both the method according to the invention and the nucleic acid molecules and kits according to the invention can in principle be used for determining the number of cells of the most varied of cell types in various areas of application. In particular, these are also suitable, for example, for determining the number of nucleated cells in the blood or other body fluids (liquor, urine, etc.). With the aid of the method according to the invention, for example, the number of nucleated blood cells can be reliably determined. Cell counts are routinely determined in blood samples using flow cytometric measuring methods. However, the determination is not possible in all blood samples (for example due to coagulation or insufficient blood volume) and can no longer be reliably carried out on older blood samples. The samples must be freshly sent for analysis and measured promptly. In contrast to this, the determination of the cell number according to the invention can also be carried out on blood samples in which the cells are no longer isolated. The method according to the invention is also useful in combination with other methods, since quantitative information is obtained without great additional effort, while otherwise only relative ratios of the hematopoietic cell types can be determined. In the high throughput process, the process according to the invention can also be carried out very inexpensively. The measuring accuracy is comparable with the accuracy of conventional methods.
Eine „konservierte genomische Region“ im Sinne der Erfindung bezeichnet einen Sequenzabschnitt im Genom einer Zelle (DNA), die eine Nukleotidsequenz umfasst, welche im Lauf der Evolution weitgehend unverändert erhalten wurde, d.h. keine oder nur minimale Änderungen der Sequenz erfahren hat. Der Begriff umfasst insbesondere auch nicht-kodierende DNA-Sequenzen, wie Introns oder Promotorsequenzen. A “conserved genomic region” within the meaning of the invention denotes a sequence segment in the genome of a cell (DNA) which comprises a nucleotide sequence which has been largely unchanged in the course of evolution, i.e. has undergone no or only minimal changes in the sequence. The term also includes, in particular, non-coding DNA sequences, such as introns or promoter sequences.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der folgenden Abbildungen und vorteilhaften Ausführungsformen beispielhaft näher erläutert. The invention is further illustrated by way of example with the aid of the following figures and advantageous embodiments.
Figur 1 zeigt ein exemplarisches Bild eines Ergebnisses einer digitalen Tröpfchen- PCR (ddPCR). X-Achse: Referenz, Y-Achse: Blut Figur 2 zeigt ein Diagramm zur Auswertung der Ergebnisse der positiven Tröpfchen für genomische DNA bzw. Referenz-DNA, um das Verhältnis dieser DNA-Stränge im Ausgangsmaterial zu bestimmen. 150 pl Blut wurden dazu mit verschiedenen Konzentrationen der Referenz-DNAs (R2 und R3 gemäß Tabelle 1) versetzt. X-Achse: Verdünnung oder Referenz-DNA Y-Achse: Verhältnis von Blut zur Referenz-DNA FIG. 1 shows an exemplary image of a result of a digital droplet PCR (ddPCR). X-axis: reference, Y-axis: blood FIG. 2 shows a diagram for evaluating the results of the positive droplets for genomic DNA or reference DNA in order to determine the ratio of these DNA strands in the starting material. For this purpose, 150 μl of blood were mixed with various concentrations of the reference DNAs (R2 and R3 according to Table 1). X-axis: dilution or reference DNA Y-axis: ratio of blood to reference DNA
Figure 3 zeigt ein Diagramm zur Bestimmung des Verhältnisses von Blut-DNA zur Referenz-DNA bzw. der Kopienzahl. Unterschiedliche Mengen der Referenz DNAs (R2-R6, R8 und R9 gemäß Tabelle 1 ) wurden dazu mit 150 pl Blut vermischt. X-Achse: Kopienzahl (Verhältnis von Blut zur Referenz) Figure 3 shows a diagram for determining the ratio of blood DNA to reference DNA or the number of copies. For this purpose, different amounts of the reference DNAs (R2-R6, R8 and R9 according to Table 1) were mixed with 150 μl of blood. X-axis: number of copies (ratio of blood to reference)
Y-Achse: Menge der eingesetzten Referenz-DNA Y-axis: amount of reference DNA used
Figur 4 zeigt Diagramme eines Beispiels der Quantifizierung von humanen mesenchymalen Stammzellen (MSC) mittels digitaler Tröpfchen-PCR (ddPCR).FIG. 4 shows diagrams of an example of the quantification of human mesenchymal stem cells (MSC) by means of digital droplet PCR (ddPCR).
(A) X-Achse: log Zellzahl, Y-Achse: log MSC, Zellzahl ddPCR (A) X-axis: log cell number, Y-axis: log MSC, cell number ddPCR
(B) X-Achse: log Neubauer Zellzahl, Y-Achse: log MSC (humanen mesenchymalen Stammzellen), Zellzahl ddPCR (B) X-axis: log Neubauer cell number, Y-axis: log MSC (human mesenchymal stem cells), cell number ddPCR
Figur 5 zeigt Diagramme eines Beispiels der Zellzahlbestimmung in humanen Blutproben mittels digitaler Tröpfchen-PCR (ddPCR). FIG. 5 shows diagrams of an example of the determination of the number of cells in human blood samples by means of digital droplet PCR (ddPCR).
(A) X-Achse: Blutzellen, automatischer Zähler, Y-Achse: Blutzellen ddPCR (A) X-axis: blood cells, automatic counter, Y-axis: blood cells ddPCR
(B) Logarithmische Darstellung der Daten gemäß A. (B) Logarithmic representation of the data according to A.
X-Achse: log Blutzellen, automatischer Zähler Y-Achse: log Blutzellen ddPCR X-axis: log blood cells, automatic counter Y-axis: log blood cells ddPCR
Exemplarisch wurden für das Design der Referenz-DNAs neun genomische Bereiche ausgewählt. Diese Sequenzen haben keine homologen Abschnitte im Genom und eignen sich für das Design der ddPCR Primer. Bevorzugt sollen sie nicht in translatierten Gensequenzen liegen, da eine Beeinflussung durch RNA nicht sicher ausgeschlossen werden kann. Von den neun initialen Sequenzen haben sich sieben Sequenzen bewährt, die in Tabelle 1 aufgeführt sind. Diese Sequenzen wurden bereitgestellt, mittels Restriktionsenzymen in das Plasmid pBR322 kloniert und in E. coli amplifiziert. Die Plasmid-DNA wurde isoliert und quantifiziert. Diese Referenz-DNAs werden entweder einzeln eingesetzt oder kombiniert in verschiedenen Konzentrationen als Referenz-Leiter verwendet. Eine bestimmte Menge dieser Referenz-DNA wird der Zellprobe (z.B. 150 pl Blut) zugesetzt. Anschließend wird eine digitale Tröpfchen-PCR (ddPCR) durchgeführt (Figur 1). Die Ergebnisse der positiven Tröpfchen für genomische DNA bzw. Referenz-DNA werden mittels Poisson-Statistik ausgewertet, um das Verhältnis dieser DNA- Stränge im Ausgangsmaterial zu bestimmen (Figur 2). In den ddPCR Messungen wurde daraufhin das Verhältnis von Blut-DNA zu Referenz-DNA bestimmt. Daraus kann auf die Zellzahl zurückgeschlossen werden. Die Daten zeigen sowohl für die Verdünnungen als auch mit beiden Referenz-Plasmiden sehr konsistente Ergebnisse. Falls bei großen Zellzahlschwankungen erforderlich, oder als zusätzliche interne Kontrolle, kann auch die Messung einerweiteren Referenz-DNA einbezogen werden, da diese zusätzliche Sequenz das Verfahren nicht stört (Figur 3). Unterschiedliche Mengen der Referenz-DNAs wurden mit einem bestimmten Volumen Blut vermischt. Anschließend wurde das Verhältnis von Blut-DNA zu Referenz-DNA bestimmt. Die Messungen zeigen eine klare Korrelation, ohne dass die unterschiedlichen Plasmide die Messung beeinträchtigen. As an example, nine genomic regions were selected for the design of the reference DNAs. These sequences do not have any homologous sections in the genome and are suitable for the design of the ddPCR primers. They should preferably not be located in translated gene sequences, since an influence by RNA cannot be ruled out with certainty. Of the nine initial sequences, seven have proven successful, which are listed in Table 1. These sequences were provided, cloned into plasmid pBR322 using restriction enzymes, and amplified in E. coli. The plasmid DNA was isolated and quantified. These Reference DNAs are either used individually or combined in different concentrations as reference ladder. A certain amount of this reference DNA is added to the cell sample (eg 150 μl blood). A digital droplet PCR (ddPCR) is then carried out (FIG. 1). The results of the positive droplets for genomic DNA or reference DNA are evaluated using Poisson statistics in order to determine the ratio of these DNA strands in the starting material (FIG. 2). The ratio of blood DNA to reference DNA was then determined in the ddPCR measurements. This allows conclusions to be drawn about the number of cells. The data show very consistent results both for the dilutions and with both reference plasmids. If necessary in the case of large fluctuations in the number of cells, or as an additional internal control, the measurement of a further reference DNA can also be included, since this additional sequence does not interfere with the method (FIG. 3). Different amounts of the reference DNAs were mixed with a certain volume of blood. The ratio of blood DNA to reference DNA was then determined. The measurements show a clear correlation without the different plasmids affecting the measurement.
10-fach Verdünnungsreihen von drei MSC-Spendern (MSC1 - MSC3) wurden jeweils mit der gleichen Menge der Referenz-DNA R5 gemischt (0.0000897 ng) und mittels ddPCR gemessen, um die Zellkonzentration abzuschätzen (Zellen/mI). Die mittels ddPCR berechneten Zellkonzentrationen wurden mit einer Zellkonzentration korreliert, die mittels Neubauer-Zählung für die initiale Verdünnung ermittelt wurde (Figur 4 A). Die mittels ddPCR berechneten Zellkonzentrationen wurden mit Zellkonzentrationen korreliert, die mittels Neubauer-Zählung für jede Verdünnung ermittelt wurden (die herkömmliche Zählmethode war bei sehr geringen Zellzahlen (Zell-Verdünnungen kleiner als 10 Zellen/mI) nicht anwendbar (Figur 4 B). 10-fold dilution series from three MSC donors (MSC1 - MSC3) were each mixed with the same amount of the reference DNA R5 (0.0000897 ng) and measured by means of ddPCR in order to estimate the cell concentration (cells / mI). The cell concentrations calculated by means of ddPCR were correlated with a cell concentration which was determined by means of Neubauer counting for the initial dilution (FIG. 4 A). The cell concentrations calculated by means of ddPCR were correlated with cell concentrations that were determined by means of Neubauer counting for each dilution (the conventional counting method could not be used with very low cell numbers (cell dilutions less than 10 cells / ml) (FIG. 4 B).
40 Blutproben (150mI) wurden jeweils mit der gleichen Menge der Referenz-DNA R6 (0,01282 ng) und der gleichen Menge der Referenz-DNA R5 (0.0038943 ng) gemischt und dann mittels ddPCR gemessen, um die Zellkonzentration abzuschätzen (Zellen/mI). Die mittels ddPCR berechnete Zellkonzentration wurde mit einer Zellkonzentration korreliert, die mittels eines automatischen Zellzählers ermittelt wurde (Figur 5).
Figure imgf000013_0001
40 blood samples (150mI) were each mixed with the same amount of the reference DNA R6 (0.01282 ng) and the same amount of the reference DNA R5 (0.0038943 ng) and then measured by means of ddPCR in order to estimate the cell concentration (cells / ml ). The cell concentration calculated by means of ddPCR was correlated with a cell concentration which was determined by means of an automatic cell counter (FIG. 5).
Figure imgf000013_0001

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Bestimmung der Zellzahl von eukaryotischen Zellen in einer Probe, welches umfasst: 1. A method for determining the cell number of eukaryotic cells in a sample, which comprises:
Identifizieren mindestens einer spezifischen Region im Genom mindestens einer Zelle oder eines Zelltyps, wobei die spezifische Region eine konservierte genomische Region ist; Identifying at least one specific region in the genome of at least one cell or cell type, the specific region being a conserved genomic region;
Bereitstellen mindestens einer Referenz-DNA, die mindestens eine Referenz- Nukleotidsequenz umfasst, die mit der Sequenz der spezifischen Region mit Ausnahme mindestens eines Nukleotidaustauschs identisch ist; Providing at least one reference DNA which comprises at least one reference nucleotide sequence which is identical to the sequence of the specific region with the exception of at least one nucleotide exchange;
Einbringen einer vorbestimmten Menge der Referenz-DNA in die Probe; Quantifizieren der DNA der spezifischen Region und der Referenz-DNA; und Berechnen der Anzahl der Zellen basierend auf dem Verhältnis der genomischen DNA der zu testenden Zellen und der Referenz-DNA. Introducing a predetermined amount of the reference DNA into the sample; Quantifying the DNA of the specific region and the reference DNA; and calculating the number of cells based on the ratio of the genomic DNA of the cells to be tested and the reference DNA.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr unterschiedliche Referenz-DNAs in die Probe eingebracht werden, wobei die Referenz-DNAs unterschiedlichen spezifischen Regionen entsprechen. 2. The method according to claim 1, characterized in that two or more different reference DNAs are introduced into the sample, the reference DNAs corresponding to different specific regions.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz-DNA jeweils der Sequenz einer bestimmten Spezies entspricht, die sich von anderen Spezies abgrenzt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the reference DNA corresponds in each case to the sequence of a certain species, which is differentiated from other species.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz-DNA in unterschiedlichen Konzentrationen in die Probe eingebracht wird. 4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the reference DNA is introduced into the sample in different concentrations.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Region eine konservierte Region ohne Repeats und/oder Single Nucleotide Polymorphismus, vorzugsweise eine nicht transkribierte Region, umfasst. 5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the specific region comprises a conserved region without repeats and / or single nucleotide polymorphism, preferably a non-transcribed region.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die DNA vor dem Quantifizieren aus der Probe isoliert wird. 6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the DNA is isolated from the sample before quantification.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Quantifizieren der DNA mittels quantitativer PCR Verfahren (insbesondere digitaler PCR), Pyrosequenzierung oder Amplicon Deep Sequencing - Verfahren durchgeführt wird. 7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the quantification of the DNA is carried out by means of quantitative PCR methods (in particular digital PCR), pyrosequencing or amplicon deep sequencing methods.
8. Nukleinsäuremolekül, das mindestens eine Nukleotidsequenz umfasst, die mit der Sequenz einer konservierten Region im Genom mindestens einer Zelle oder eines Zelltyps mit Ausnahme mindestens eines Nukleotidaustauschs identisch ist, zur Verwendung in dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7. 8. Nucleic acid molecule which comprises at least one nucleotide sequence which is identical to the sequence of a conserved region in the genome of at least one cell or a cell type with the exception of at least one nucleotide exchange, for use in the method according to one or more of claims 1 to 7.
9. Kit, welches mindestens ein Nukleinsäuremolekül nach Anspruch 8 und optional mindestens ein Primer-Oligonukleotid zum Amplifizieren des Nukleinsäuremoleküls umfasst. 9. Kit, which comprises at least one nucleic acid molecule according to claim 8 and optionally at least one primer oligonucleotide for amplifying the nucleic acid molecule.
10. Verwendung des Kits nach Anspruch 9 zur Bestimmung der Zellzahl von eukaryotischen Zellen in einer Probe. 10. Use of the kit according to claim 9 for determining the cell number of eukaryotic cells in a sample.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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