Next-Generation Diagnostics

Herausforderung Diagnostik

Komplexe Erkrankungen erfordern präzise Diagnosen, um möglichst gezielt und erfolgreich behandeln zu können. Die herkömmliche Diagnostik von Infektionskrankheiten beispielsweise beruht vorwiegend auf der Kultivierung von Krankheitserregern im Labor. Dies ist nicht nur zeitaufwändig. Einige Erreger lassen sich unter Laborbedingungen nicht oder nur schwer kultivieren. Bestimmte Krankheiten, beispielsweise Tumorerkrankungen, weisen außerdem individuelle Eigenschaften auf, die bei jedem Patienten unterschiedlich wirken können. 

Unsere Entwicklung: Hochdurchsatz-Technologieplattform für die Präzisionsdiagnostik

Eine zuverlässige und spezifische Diagnostik ist Voraussetzung für die richtige Therapie einer Erkrankung. Das Fraunhofer IGB entwickelt  innovative Verfahren für die Präzisionsdiagnostik. 

• Wir kombinieren neueste Verfahren der Hochdurchsatzanalyse von Nukleinsäuren mit der nächsten Generation bioinformatischer Algorithmen. So schaffen wir neue diagnostische Plattformen, beispielsweise für die Früherkennung von Tumoren oder die sichere Erregerdiagnostik bei Sepsis-Patienten. 
• Im Zentrum der Arbeiten steht dabei die Analyse sogenannter zirkulierender Nukleinsäuren aus dem Blutplasma von Patienten. Mithilfe automatisierter Prozesse isolieren wir die zirkulierenden Nukleinsäuren aus dem Blutplasma. Darauf folgt eine Qualitätskontrolle und die Aufbereitung der Nukleinsäuren für eine Hochdurchsatzsequenzierung. 
• Nach der Hochdurchsatzsequenhzierung werden krankheitsspezifische Signaturen durch speziell entwickelte Algorithmen detektiert und ausgewertet. So lassen sich Biomarker und Erreger hochsensitiv anhand ihrer genetischen Spuren eindeutig identifizieren.

Liquid Biopsy mittels zirkulierender Nukleinsäuren

Zirkulierende Nukleinsäuren, einschließlich DNA und RNA, bergen ein vielversprechendes Potenzial für die Diagnostik verschiedenster klinischer Indikationen einschließlich komplexer Erkrankungen. Im Innovationsfeld In-vitro-Diagnostik werden deshalb neue Verfahren zur Aufarbeitung zirkulierender Nukleinsäuren für die Liquid Biopsy entwickelt und angewendet.

Bioinformatische Workflows für die Präzisionsdiagnostik

Die Präzisionsdiagnostik verspricht, anhand individueller Faktoren eine gezielte und spezifische Behandlung von Patienten zu ermöglichen. Dazu ist es allerdings notwendig, umfassende Patientendaten zu organisieren und auszuwerten. Das Innovationsfeld In-vitro-Diagnostik entwickelt hierzu bioinformatische Workflows für die automatisierte Hochdurchsatzdatenanalyse zur Identifizierung relevanter Parameter.

Präzisions-Biomarker

Trotz guter medizinischer Standards gibt es bei vielen Erkrankungen bis zum heutigen Tag nur unzulängliche diagnostische Verfahren, da die bisherigen Methoden entweder langwierig sind oder die Identifizierung von Krankheitserregern oder Krankheitsmarkern mit unzureichender Sensitivität und Spezifität erfolgt. Neueste Entwicklungen im Bereich der Molekularbiologie können diesbezüglich Abhilfe schaffen.

Am Fraunhofer IGB nutzen wir in diesem Zusammenhang insbesondere die Technologie des Next-Generation Sequencing (NGS), um neue Biomarker für eine verbesserte Diagnostik von beispielsweise Pankreaskarzinomen, Prostatakrebs, COPD oder Infektionserkrankungen zu identifizieren.

Wir wenden unser innovatives molekulares Verfahren zur Erregerdiagnostik durch Analysen der Erbinformation zur Identifizierung von Pathogenen an. Die neue Technologie umgeht damit langwierige Kultivierungsverfahren und macht die Detektion offen für alle Erreger: Viren, Parasiten und Bakterien, die auf verwendeten Kulturmedien nicht wachsen. So wird die Diagnose nicht nur schneller, sondern auch deutlich zuverlässiger.

Wir verfügen über umfassende Erfahrungen in den Indikationen Sepsis, Endokarditis, Fruchtwasserinfektionen, aber auch dem Biomarker-Screening, der Genomcharakterisierungen von Krankheitserregern oder Mikrobiomstudien (beispielsweise an der Haut).

Darüber hinaus nutzen wir die Technologie des Next-Generation Sequencing, um neue Biomarker für eine verbesserte Diagnostik für die Früherkennung von beispielsweise Tumorerkrankungen (Pankreaskarzinomen, Prostatakrebs) oder COPD zu identifizieren.

Entsprechende Verfahren evaluieren wir in multizentrischen Studien zusammen mit führenden deutschen Universitätskliniken.

»Vor mehr als acht Jahren haben wir uns gemeinsam mit dem Innovationsfeld In-vitro-Diagnostik des Fraunhofer IGB unter der Leitung von Dr. Kai Sohn auf die Reise gemacht, um die Erregerdiagnostik bei Patienten mit einer sogenannten Sepsis, die man umgangssprachlich auch gerne als Blutvergiftung bezeichnet, maßgeblich zu optimieren.

Hierfür wurde in einem mehrstufigen Bench-to-Bedside-Ansatz eine Next-Generation Sequencing (NGS)-basierte Technologie vom initialen Proof-of-Concept bis hin zu einem kommerziell verfügbaren diagnostischen Produkt weiterentwickelt, welches mittlerweile in der klinischen Routine angekommen ist.

Diese Erfolgsgeschichte war nur dadurch möglich, dass sich Wissenschaftler aus der Klinik und Forscher des Fraunhofer IGB auf Augenhöhe begegnet sind und gemeinsam das Ziel verfolgt haben, die Versorgung von Patienten mit Sepsis verbessern zu wollen.«