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Immunmonitoring
Auf der Suche nach zellulären Mustern im Blut für die individualisierte Medizin
Unter Immunmonitoring versteht man im Allgemeinen die Zusammenfassung verschiedener Diagnoseverfahren, die Aufschluss über den Immunstatus eines Patienten geben sollen. Je nach klinischem Einsatzgebiet, können humorale Faktoren, wie Zytokine, Antikörpertiter oder Komplementbestandteile, die zelluläre Zusammensetzung des Blutes, funktionell-zelluläre Parameter oder auch die Kombination aus diesen bestimmt werden. Voraussetzung für ein Krankheits- und/oder Therapie-spezifisches Immunmonitoring ist die Identifizierung von geeigneten Biomarkern, die beispielsweise durchflußzytometrisch auf Einzelzellniveau qualitativ und quantitativ erfasst werden können. Die Entwicklung solcher Biomarker ist ähnlich langwierig wie die von neuen Medikamenten. Gerade im Zusammenhang mit dem viel gelobten Konzept der Präzisionsmedizin, die verspricht möglichst maßgeschneiderte Therapieoptionen dem Patienten anbieten zu können, werden dringend neue Biomarker benötigt.
Gelungene Beispiele für ein zellbasiertes Monitoring sind die Messung von Plasmablasten (Odendahl et al., 2000; Jacobi et al., 2010) oder von Siglec-1 exprimierenden Monozyten beim SLE (Biesen et al., 2008; Rose et al., 2013, 2016, 2017) – zwei Parameter, die sehr gut mit der Krankheitsaktivität von Lupus Patienten korrelieren. Insbesondere für Siglec-1, das als Surrogat-Marker für ein aktiviertes Typ I Interferon-System dient, wurden umfangreiche Validierungsstudien durchgeführt, so dass es mittlerweile fester Bestandteil im Portfolio des diagnostischen Labors der Charité, dem „Labor Berlin“, ist.
Aufgrund der technischen Möglichkeiten, die die analytischen Durchflußzytometer der neuesten Gerätegeneration bieten, lassen sich derzeit bis zu 30 verschiedene Fluorochrome gleichzeitig und somit die Expression entsprechend vieler Antigene in einer Messung qualitativ und quantitativ bestimmen. Eine neue Dimension der multiparametrischen Einzelzellanalyse bietet die sog. Massenzytometrie. Die Massenzytometrie oder CyTOF-Technologie vereint einzelzellbasierte Zytometrie und massenspektroskopische Analyse von Schwermetallionen, die anstatt von Fluoreszenzmolekülen zur Markierung von Antikörpern genutzt werden. Theoretisch können so bis zu 120 Parameter pro Zelle erfasst werden. In der Praxis werden derzeit bis zu 45 Messparameter kombiniert.
Neben mehreren technologischen Entwicklungen, die notwendig waren, um die Massenzytometrie soweit zu standardisieren, dass sie auch für das Immunmonitoring bei klinischen Studien einsetzbar ist, wurden bereits interdisziplinär verschiedene Studien zu unterschiedlichen klinischen Fragestellungen initiiert. Insbesondere der im Rahmen des 2016 ins Leben gerufene Leibniz-WissenschaftsCampus Chronische Entzündung hat die krankheitsübergreifende Erforschung von chronischen Entzündungsmechanismen zum Ziel. Dies soll u.a. auch durch vergleichende massenzytometrische Analysen erreicht werden, wobei neben der rein phänotypischen Analyse von Leukozyten-Subpopulationen auch deren Aktivierungsstatus durch Monitoring von phosphorylierten Signalmolekülen untersucht wird.
Stichworte
Biomarker
Personalized medicine
Type I interferon signatures
Mass cytometry
Immunophenotyping
Gruppenleiter
Dr. rer.nat. Andreas Grützkau
Doktorandin
Marie Burns
- PD Dr. med. T. Häupl, Charité – Universitätsmedizin Berlin
- Dr. med. U. Syrbe, Charité – Universitätsmedizin Berlin
- Prof. Dr. med. D. Poddubnyy, Charité – Universitätsmedizin Berlin
- Dr. med. R. Biesen, Charité – Universitätsmedizin Berlin
- Dr. med T. Rose, Charité – Universitätsmedizin Berlin
- Dr. med. M. Bertolo, Charité – Universitätsmedizin Berlin
- Prof. Dr. med. M. Worm, Charité – Universitätsmedizin Berlin
- PD Dr. med. E. Philipp, Charité – Universitätsmedizin Berlin
- PD Dr. T. Alexander, Charité – Universitätsmedizin Berlin
- Dr. rer. nat. Bruno Stuhlmüller
- Dr. rer. nat. B. Smiljanovic, Charité – Universitätsmedizin Berlin
- Dipl.-Math. T. A. Sörensen, Charité – Universitätsmedizin Berlin
- Dr. S. Holtze, IZW-Berlin
- Prof. T.B. Hildebrandt, IZW-Berlin
- Prof. Dr. med. G. Heine, Uniklinik Kiel
- PD Dr. med. K. Aden, Uniklinikum Kiel
- Dr. Florence Apparailly, INSERM u1183, Montpellier, France
- Dr. rer. nat, U. Baron, Epiontis GmbH, Berlin
- Dr. rer. nat. S. Olek, Epiontis GmbH, Berlin
- Dr. rer.nat. A. Briel, NanoPET GmbH, Berlin
- Martina Bertolo, Sabine Baumgart, Pawel Durek, Anette Peddinghaus, Henrik Mei, Thomas Rose, Philipp Enghard, Andreas Grützkau. Deep phenotyping of urinary leukocytes by mass cytometry reveals a leukocyte signature for early and non-invasive prediction of response to treatment in active lupus nephritis. Front. Immunol. 2020, in press
- López-Serrano Oliver A, Haase A, Peddinghaus A, Wittke D, Jakubowski N, Luch A, Grützkau A, Baumgart S. Mass Cytometry Enabling Absolute and Fast Quantification of Silver Nanoparticle Uptake at the Single Cell Level. Anal Chem. 2019 Sep 6. doi: 10.1021
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