Die Analyse von im Blut zirkulierenden Tumorzellen (CTC) kann entscheidende Informationen über die Prognose oder das Therapieansprechen von Krebspatienten liefern. Die aktuell verwendeten Marker zur Detektion und Analyse von CTCs erfassen jedoch nur bestimmte CTC-Subpopulationen, während andere nicht entdeckt werden. Zudem verursachen die zur Zell-Markierung verwendeten chemischen Kits Stress für die Zellen oder zerstören sie und machen sie damit für weitere Analysen unbrauchbar. Dieser Herausforderung stellten sich Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Informationstechnik FIT St. Augustin, der Universität Lübeck und Universitätsklinikum Schleswig-Holstein Campus Lübeck und der Hochschule Hamm-Lippstadt HSHL in dem abgeschlossenen IGF-Projekt "Marker-unabhängige Analyse von im Blut zirkulierenden Tumorzellen in einem miniaturisierten und modularen Hydrosystem" (MATCH). Sie entwickelten einen Laboraufbau zur Marker-unabhängigen und zerstörungsfreien CTC-Analyse, welches das gesamte Spektrum an CTCs erfasst.
Die Benutzeroberfläche des entwickelten kompakten, empfindlichen und modularen Raman-Laboraufbaus erlaubt eine manuelle, halb- sowie vollautomatische Steuerung des Systems. Die Betriebssoftware und die Benutzeroberfläche wurden weitgehend 'remote' entwickelt. Das hierfür erarbeitete Verfahren kann auch auf beschleunigte und Ressourcen-sparende Software-Entwicklungen zu anderer Hardware und dessen Wartung übertragen werden. Für eine bildbasierte Unterscheidung zwischen CTCs und einkernigen Blutzellen des peripheren Blutes (PBMCs), die eine wichtige Rolle im Immunsystem bei der Bekämpfung von Infektionen spielen, wurden die neuronalen Netze mithilfe von "chemischem Labelling" und annotierter Bilder trainiert und die trainierten Algorithmen in die Steuersoftware integriert. Der direkte Vergleich des hier entwickelten Gesamtsystems mit den beiden etablierten Methoden zur CTC-Identifikation, Parsortix® und Miltenyi-MACS, in unabhängigen Experimenten ergab, dass mit den etablierten Methoden durchschnittlich 22-24 % der eingebrachten Tumorzellen zurückgewonnen werden konnten und mit dem MATCH-System etwa 30 %. Selbst im vollautomatischen Modus konnten gespikte Tumorzellen ebenfalls zuverlässig identifiziert werden, obwohl auf eine fluoreszenzbasierte Markierung im Analyseprozess verzichtet wurde.
Die Methoden zur Remote-Entwicklung von miteinander interagierenden Hard- und Softwarekomponenten lassen sich in allen Kontexten mit Hardware-Bezug einsetzen. Die markerfreie Zellseparation und -klassifizierung durch die MATCH-Plattform als Gesamtsystem gestatten dagegen perspektivisch Untersuchungen von Tumorzellen, anderen Zelltypen und Gewebeschnitten. Ebenso ist eine Überführung der Plattform in andere Anwendungsbereiche der Detektion seltener Zellen (z. B. Immunologie, Schwangerschaftsvorsorge, Stammzelltherapie) denkbar. Die nächsten Schritte zur Weiterentwicklung wurde bereits mit verschiedenen Unternehmen des projektbegleitenden Ausschusses ins Auge gefasst.
Die F.O.M. hat für die 41-monatige Forschung IGF-Fördermittel in Höhe von 737.593 Euro eingeworben, die zu 100 % an die Forschungseinrichtungen weitergeleitet wurden. Das Projekt wurde durch das BMWE aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Forschungsarbeiten führten zu ein Master-Arbeit. Ausführliche Informationen zu diesem erfolgreich abgeschlossenen Projekt finden Sie auf der Projektwebseite und in der Erfolgsnote.