Zellbasierte nichtinvasive Pränataldiagnostik

Genetische Pränataldiagostik erfordert die Gewinnung von Zellen des Kindes. Dies erfolgt durch invasive Methoden wie Amniozentese oder Chorionzottenbiopsie. Das Risiko, daß es durch diese Eingriffe zu einem Abort kommt, ist nicht vernachlässigbar und liegt bei 0,5 - 1%. Aus diesem Grund ist genetische Pränataldiagnostik auf Schwangerschaften mit einem erhöhten Risiko einer genetischen Krankheit des Fetus beschränkt, wie z. B. einem Alter der Schwangeren von über 35 Jahren. Tatsächlich wird aber die Mehrzahl von Kindern mit genetischen Krankheiten nach Schwangerschaften geboren, die nicht primär als mit erhöhtem Risiko behaftet eingestuft werden können und bei denen das Risiko einer invasive Diagnostik in keinem vertretbaren Verhältnis zum Risiko durch den Eingriff steht. Ausgehend von einer von uns entwickelten Methode zur geschlechtsunabhängigen Analyse der fötalen Identität von Zellen wollen wir in dem vorgeschlagenen Projekt ein Verfahren etablieren, das auf der Basis der Analyse von Einzelzellen eine nicht-invasive pränatale Diagnostik numerischer Chromosomenaberrationen und monogenetisch bedingter Krankheiten ermöglicht. Wir vergleichen die Effizienz etablierter Protokolle zur Anreicherung fetaler Zellen aus dem peripheren Blut schwangerer Frauen. Weiters etablieren wir die Amplifikation des gesamten Genoms von Einzelzellen, kombinieren die Analyse der fetalen Identität mittels array comparative genomic hybridization zur Analyse von Trisomien und analysieren als Beispiel der prinzipiellen Machbarkeit Mutationen des CFTR Gens. Auf Basis dieser Arbeiten wollen wir unter Nutzung von Ressourcen der Medizinischen Universität Graz im Sinn einer kommerziellen Anwendung ein überregionales Zentrum zur zellbasierten nichtinvasiven Pränataldiagnostik etablieren.

Das Projekt hatte den Zweck, die Möglichkeit einer nicht-invasiven Pränataldiagnostik auf Basis von Zellen auszuloten, die die Plazenta an das Blut abgibt. In einem Vorgängerprojekt hatten wir Reagenzien getestet, mithilfe derer wir diese Zellen (Trophoblastzellen) nachweisen können, außerdem hatten wir eine Methode entwickelt, mithilfe derer wir den genetischen Ursprung von Einzelzellen (ob von Mutter oder Kind) sicher identifizieren konnten. Im Rahmen des Projektes entwickelten wir zuerst die Methode der genetischen Analyse von Einzelzellen weiter: Durch Vervielfachung der DNA isolierter Einzelzellen bildeten wir die Basis dafür, den Nachweis der Herkunft der Zellen mit genetisch-diagnostischen Untersuchungsverfahren zu verbinden. Weiters testeten wir an einem Modellsystem verschiedene Methoden der Anreicherung von Trophoblastzellen aus. Im Vergleich zu Methoden, die auf der Anreicherung dieser seltenen Zellen mittels Antikörpern basieren, die an Magnetpartikel gekoppelt sind, zeigte sich die Filtrierung von Blutzellen durch ein Zellsieb mit Poren bestimmter Größe, die die großen Trophoblastzellen zurückhielten, weit überlegen. In Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe in Neuseeland führten wir erfolgreich Chromosomenanalysen in Zellen durch, die in vitro von der Plazentaoberfläche in das Kulturmedium abgegeben wurden als ein Modell dafür, was die Plazenta während der Schwangerschaft tut, nämlich dieses Zellmaterial an das mütterliche Blut abzugeben. In der weiteren Folge führten wir eine klinische Studie durch. Dabei wurden Blutproben von schwangeren Frauen mittels des Zellsiebes filtriert und auf dem Filter die Trophoblastzellen mithilfe eines Cocktails von Antikörpern gefärbt. Das Ergebnis war enttäuschend insofern, als sich in den Blutproben von 10 schwangeren Frauen insgesamt nur 2 gefärbte, somit vermutlich Trophoblastzellen fanden, was eine Praktikabilität dieses Ansatzes für den Zweck einer Pränataldiagnostik ausschloss. Wir änderten daraufhin unser Vorgehen und nahmen, basierend auf einer mittlerweile erschienenen Publikation einer französischen Arbeitsgruppe an, Zellen auf dem Filter ab einer gewissen Größe seien mit der Wahrscheinlichkeit von 50% Trophoblastzellen. Unsere Resultate jedoch zeigten, dass, unabhängig von dem Geschlecht des Fetus, diese Zellen durchwegs weiblich waren. Wir schlossen daraus, dass eine Pränataldiagnostik auf dieser Basis nur geringe Chancen auf eine Realisierbarkeit hat. Während der direkte Erfolg des Projektes im Sinn des ursprünglichen Zieles somit ausblieb, sind die dabei entwickelten Techniken jedoch von Interesse für ähnliche Arbeitsgebiete, wie der Analyse von fremden Zellen im Körper oder von im Blut zirkulierenden Krebszellen.