Biomarker Discovery Center Heidelberg

Technical Showcase des Spitzenclusters BioRN

Molekulare Biomarker gewinnen zunehmend an Bedeutung. Die Identifizierung und Validierung dieser Nukleinsäure-basierten Biomarker sowie die Klassifizierung von Tumoren bedarf allerdings ein hohes Maß an strukturierter Infrastruktur. Um diesen Bedarf zu decken, stellt das "Biomarker Discovery Center Heidelberg" (BDC) als  integraler Bestandteil des Verbunds BioRN Biomarker Center allen Partnern im Cluster eine Infrastruktur zur Verfügung, die eine Identifizierung und Validierung von Biomarkern sowie eine Klassifizierung von Tumoren ermöglicht.

Ziel des Projektes "Biomarker Discovery Center Heidelberg" ist der Aufbau einer innovativen Laborumgebung als Dienstleistungseinrichtung für die Identifizierung und Validierung von Nukleinsäure-basierten Biomarkern und für die Klassifizierung von Tumoren.

Das Projekt setzt sich aus zwei Teilprojekten zusammen:

• Das Teilprojekt BMC-03 "High Throughput Molecular Profiling" befasst sich mit Multiplex Biomarker-Discovery durch Kombination von Anreicherungstechnologien und Hochdurchsatzsequenzierungen (Next-Generation-Sequencing).
• Das Teilprojekt BMC-05 "microRNA-basierte Tumor Signaturen" befasst sich mit der Identifizierung und Validierung von Biomarkern auf Basis von microRNA-Biomarkern aus Blut für besonders relevante Tumorarten.
  

Im Bereich der molekularen Medizin werden zunehmend Biomarker identifiziert, die bestimmten Krankheiten zugeordnet werden können. Mit fortschreitender Parallelisierung der Analysetechnologie können mehrere Biomarker gleichzeitig in kleinsten Probemengen untersucht werden. Dadurch kann ein individueller Krankheitszustand eines Patienten immer genauer charakterisiert und die Behandlung exakt auf den Patienten eingestellt werden (personalisierte Medizin). Das gilt im Besonderen für das Monitoring bei der Behandlung von Krebserkrankungen (z.B. Quantifizierung im Blut zirkulierender Tumorzellen, CTCs). In diesem Teilprojekt wurde als Dienstleistungs-Einrichtung eine Hochdurchsatz-Pipeline auf der Basis des Next-Generation-Sequencing zur Etablierung und Validierung von Biomarkern aufgebaut. Durch Kombination der HybSelect-Technologie mit Indexierung der Samples wird eine zielgerichtete Sequenzierung von beliebigen vorbestimmten Loci im Genom im Multiplex-Format ermöglicht. Daraus resultiert neben einem hohen Durchsatz an Proben, was aus statistischen Gründen angestrebt wird, auch eine entsprechende dramatische Reduktion der Kosten pro Probe/Patient.

Im Teilprojekt BMC-05 "microRNA-basierte Tumor Signaturen" werden Kandidaten für molekulare Biomarker im Blut mit Hilfe neuester Technologien identifiziert und ihre Rolle bei besonders relevanten Tumorarten untersucht. microRNAs gehören zu den kleinen, nicht-proteinkodierenden RNAs. Sie regulieren hochspezifisch die Genexpression und werden mit Stammzelldifferenzierung, Tumorentstehung, Ausbildung des Nervensystems und Gedächtnisbildung in Zusammenhang gebracht. In jüngster Zeit konnte gezeigt werden, dass sich vor allem microRNAs für die Klassifizierung von Tumoren besser eignen, als dies bislang durch entsprechendes Expression-Profiling von protein-kodierenden RNAs möglich war. Da microRNAs nicht nur im Tumorgewebe, sondern auch im peripheren Blut von Tumorpatienten nachgewiesen werden konnten, stellen sie neben der Klassifizierung von Tumoren einen äußerst interessanten diagnostischen Biomarker für die Identifizierung des Ursprungs/Gewebes des Tumors dar. Die besonders sensitiven Assays des Biomarker Discovery Centers ermöglichen zuverlässiges microRNA-Profiling auch ingeringen Konzentrationen, also auch aus Blut; die microRNA-Signaturen zeigen hervorragende Ergebnisse bei der Erkennung von Krebs-Erkrankungen in Blutproben. Dieses nicht-invasive Verfahren könnte die aufwändige und oft unangenehme Entnahme von Gewebeproben für die Diagnose komplexer Krankheiten wie Krebs überflüssig machen. In Zusammenarbeit mit Partnern hat das "Biomarker Discovery Center Heidelberg" Studien mit über 1000 Patientenproben mit besonders relevanten Tumorarten durchgeführt. Zu diesen gehören: Lungenkrebs, Pankreaskrebs, Magenkrebs, Nierenkrebs, Prostatakrebs, Darmkrebs, Melanoma, Ovarialkarzinom, Wilms Tumor und Glioblastom. Der microRNA Biomarker-Ansatz aus Blut wurde zunächst für die Patientenproben mit Lungenkrebs erarbeitet, validiert und erfolgreich auf alle anderen oben genannten Krebsarten übertragen. Die umfangreichen Datensätze wurden in einer Datenbank hinterlegt, statistisch ausgewertet und daraus die diagnostischen und prognostischen Biomarker gewonnen. Im Rahmen des Teilprojektes "microRNA-basierte Tumor Signaturen" wurden des Weiteren mit Hilfe des Next-Generation-Sequencings neue microRNAs als potentielle Tumormarker identifiziert. Als Forschungsergebnis wurden Sets von microRNA-Biomarkern zur Verfügung gestellt, um Krebsarten mit hoher Spezifität aus Blutproben diagnostizieren zu können.