Auf dem Weg zu den maßgeschneiderten Therapien der Zukunft
Unter Individualisierter Medizin versteht man Therapien, die anhand der Analyse von körpereigenem Biomaterial, zum Beispiel DNADNA
DNA (engl. Abk. für Desoxyribonukleinsäure) ist die Trägerin der Erbinformation und enthält in Form von Genen die Bauanleitungen für Ribonukleinsäuren (RNA) und Proteine, die für die Regulation aller biologischen Prozesse in der Zelle notwendig sind. Die DNA wird aus einer doppelsträngigen Nukleinsäure gebildet, die strickleiterartig in Form einer Doppelhelix organisiert und aus Nukleotiden aufgebaut ist. Jedes Nukleotid besteht aus einem Zucker (Desoxyribose), einem Phosphatrest und einer von vier organischen Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
oder Gewebeproben, dem Patienten angepasst werden. Diese Form der Therapie bietet damit eine bedeutende Option, ein höchstmögliches Maß an therapeutischer Wirksamkeit zu erlangen. Sie beruht auf den großen Fortschritten der biomedizinischen Forschung und der BioinformatikBioinformatik
Die Bioinformatik beschäftigt sich mit der Computer gestützten Speicherung, Organisation und Analyse biologischer Daten. Die Berechnung und Simulation von komplexen biologischen Prozessen mit Hilfe der Bioinformatik wird auch als in silico -Berechnung bezeichnet.
wie Hochdurchsatzsequenzierung (next generation sequencing), der Entwicklung der DNA-Chip-AnalyseDNA-Chip-Analyse
Ein DNA-Chip ist ein Glas- oder Silizium-Träger, mit dem sich die Aktivität von 100.000 verschiedenen Genen aus einer bestimmten Probe in einem Arbeitsschritt nachweisen lässt. Der Chip ist mit einzelsträngigen DNA-Fragmenten beschichtet, die sich mit komplementären DNA-Fragmenten aus einer Probe zusammenlagern. Da die Probe zuvor mit einem Fluoreszenzfarbstoff behandelt wird, strahlen die komplementären DNA-Fragmente Licht ab. Die Intensität und Position der Lichtstrahlung auf dem Chip liefert Informationen über die Stärke und die Unterschiede in der Expression verschiedener Gene.
und beispielsweise der Verwendung körpereigener Stammzellen für die Regenerative Medizin.
Zur Förderung neuer Therapieformen rief das BMBF im Jahr 2013 den „Aktionsplan: Individualisierte Medizin: Ein neuer Weg in Forschung und Gesundheitsförderung“ ins Leben. Ziel dieser Förderung ist es, eine bessere Verknüpfung von präziser Diagnostik und wirksamer Therapie zu erreichen. Dabei sollen auch im Umgang mit genetischen oder anderen Patienten-spezifischen Informationen gesellschaftspolitische und rechtliche Rahmenbedingungen geschaffen werden, die auch das Recht auf Nicht-Wissen beinhalten. So wertvoll die genetische Information für bestimmte therapeutische Maßnahmen sein kann, so gut muss auch die Aufklärung des Patienten erfolgen und Datenschutz sichergestellt werden.
Diagnostik und Therapie gehen Hand in Hand
- Auf einem DNA-ChipDNA-Chip
Ein DNA-Chip ist ein Glas- oder Silizium-Träger, mit dem sich die Aktivität von 100.000 verschiedenen Genen aus einer bestimmten Probe in einem Arbeitsschritt nachweisen lässt. Der Chip ist mit einzelsträngigen DNA-Fragmenten beschichtet, die sich mit komplementären DNA-Fragmenten aus einer Probe zusammenlagern. Da die Probe zuvor mit einem Fluoreszenzfarbstoff behandelt wird, strahlen die komplementären DNA-Fragmente Licht ab. Die Intensität und Position der Lichtstrahlung auf dem Chip liefert Informationen über die Stärke und die Unterschiede in der Expression verschiedener Gene.
können zum Beispiel Infektionskrankheiten schnell und verlässlich diagnostiziert werden.
Vor allem bei der Bekämpfung von Krebserkrankungen gibt es mittlerweile in der klinischen Praxis gute Beispiele, die theoretische Wirksamkeit von Arzneimitteln mit diagnostischen Begleittests zu kombinieren. So können Krebszell-spezifische AntikörperAntikörper
Antikörper (Immunglobuline, Ig) sind spezielle Proteine, die von den B-Lymphozyten in Wirbeltieren in Reaktion auf Antigene gebildet werden. Antikörper bestehen aus zwei identischen schweren und zwei identischen leichten Aminosäureketten, die miteinander zu einer Y-ähnlichen Struktur verbunden sind.
, die veränderte ProteineProteine
Makromolekül aus kovalent verknüpften Amniosäureresten (ugs. „Eiweiß“). Proteine zählen in allen lebenden Zellen zu den wichtigen Funktionsträgern zellulärer und anderer physiologischer Prozesse, indem sie Stoffe transportieren, Ionen pumpen, chemische Reaktionen katalysieren und Signalstoffe erkennen. Aufgebaut sind Proteine aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel.
auf Krebszellen gezielt angreifen, eingesetzt werden, wenn vorher das Vorhandensein der zugrundeliegenden MutationMutation
Veränderung des Erbguts durch Einfügen, Austauschen, oder Verlust von einzelnen Nukleotiden, Genen, Gen- oder DNA-Abschnitten. Mutationen sind Grundlage der Evolution und treten ständig in der Natur, z.B. durch UV-Strahlung, auf.
nachgewiesen wurde. Für den Nachweis, welche Gene in bestimmten Zellen vorliegen bzw. aktiv sind stehen mittlerweile sogenannte DNA-ChipsDNA-Chips
DNA (engl. Abk. für Desoxyribonukleinsäure) ist die Trägerin der Erbinformation und enthält in Form von Genen die Bauanleitungen für Ribonukleinsäuren (RNA) und Proteine, die für die Regulation aller biologischen Prozesse in der Zelle notwendig sind. Die DNA wird aus einer doppelsträngigen Nukleinsäure gebildet, die strickleiterartig in Form einer Doppelhelix organisiert und aus Nukleotiden aufgebaut ist. Jedes Nukleotid besteht aus einem Zucker (Desoxyribose), einem Phosphatrest und einer von vier organischen Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
zur Verfügung.
Ein DNA-ChipDNA-Chip
Ein DNA-Chip ist ein Glas- oder Silizium-Träger, mit dem sich die Aktivität von 100.000 verschiedenen Genen aus einer bestimmten Probe in einem Arbeitsschritt nachweisen lässt. Der Chip ist mit einzelsträngigen DNA-Fragmenten beschichtet, die sich mit komplementären DNA-Fragmenten aus einer Probe zusammenlagern. Da die Probe zuvor mit einem Fluoreszenzfarbstoff behandelt wird, strahlen die komplementären DNA-Fragmente Licht ab. Die Intensität und Position der Lichtstrahlung auf dem Chip liefert Informationen über die Stärke und die Unterschiede in der Expression verschiedener Gene.
ist so aufgebaut, dass auf einer gerasterten Oberfläche tausende kleiner Abschnitte des Erbmoleküls DNADNA
DNA (engl. Abk. für Desoxyribonukleinsäure) ist die Trägerin der Erbinformation und enthält in Form von Genen die Bauanleitungen für Ribonukleinsäuren (RNA) und Proteine, die für die Regulation aller biologischen Prozesse in der Zelle notwendig sind. Die DNA wird aus einer doppelsträngigen Nukleinsäure gebildet, die strickleiterartig in Form einer Doppelhelix organisiert und aus Nukleotiden aufgebaut ist. Jedes Nukleotid besteht aus einem Zucker (Desoxyribose), einem Phosphatrest und einer von vier organischen Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
fixiert werden. Die Chips werden so konstruiert, dass alle (bekannten) Nachweis-relevanten Gene darauf enthalten sind, zum Beispiel Gene, die beim Zellwachstum eine Rolle spielen. Jedes Genfragment dient dabei als Fänger für mRNA-MolekmRNA-Molek
Boten-RNA (messenger RNA), Ribonukleinsäure, die von einer DNA als Matrize umgeschrieben (transkribiert ) wird. Die mRNA ist damit die Kopie eines zu einem Gen gehörigen Teilabschnitts der DNA und enthält die Information für die Aminosäuresequenz eines Proteins.
üle, die aus den Zellen (zum Beispiel Tumorzellen) des Patienten isoliert wurden. Ist ein Gen aktiv, werden davon mRNA-MolekmRNA-Molek
Boten-RNA (messenger RNA), Ribonukleinsäure, die von einer DNA als Matrize umgeschrieben (transkribiert ) wird. Die mRNA ist damit die Kopie eines zu einem Gen gehörigen Teilabschnitts der DNA und enthält die Information für die Aminosäuresequenz eines Proteins.
üle als eine Art Blaupause gebildet. Die mRNA-MolekmRNA-Molek
Boten-RNA (messenger RNA), Ribonukleinsäure, die von einer DNA als Matrize umgeschrieben (transkribiert ) wird. Die mRNA ist damit die Kopie eines zu einem Gen gehörigen Teilabschnitts der DNA und enthält die Information für die Aminosäuresequenz eines Proteins.
üle tragen die Information aus dem ZellkernZellkern
Der Zellkern (lat. „Nukleus“) ist die größte Zellorganelle und Hauptmerkmal der Eukaryonten. Im Zellkern ist der größte Teil der zellulären DNA enthalten, die dort auch in RNA umgeschrieben (transkribiert) und während der Zellteilung verdoppelt (repliziert) wird.
zu den Ribosomen im Zellplasma, an denen die Informationen in Eiweißmoleküle übersetzt werden. Isoliert man diese mRNA-MolekmRNA-Molek
Boten-RNA (messenger RNA), Ribonukleinsäure, die von einer DNA als Matrize umgeschrieben (transkribiert ) wird. Die mRNA ist damit die Kopie eines zu einem Gen gehörigen Teilabschnitts der DNA und enthält die Information für die Aminosäuresequenz eines Proteins.
üle jedoch aus den Zellen und bringt sie auf den DNA-ChipDNA-Chip
Ein DNA-Chip ist ein Glas- oder Silizium-Träger, mit dem sich die Aktivität von 100.000 verschiedenen Genen aus einer bestimmten Probe in einem Arbeitsschritt nachweisen lässt. Der Chip ist mit einzelsträngigen DNA-Fragmenten beschichtet, die sich mit komplementären DNA-Fragmenten aus einer Probe zusammenlagern. Da die Probe zuvor mit einem Fluoreszenzfarbstoff behandelt wird, strahlen die komplementären DNA-Fragmente Licht ab. Die Intensität und Position der Lichtstrahlung auf dem Chip liefert Informationen über die Stärke und die Unterschiede in der Expression verschiedener Gene.
, binden sie an DNA-FragmenteDNA-Fragmente
DNA (engl. Abk. für Desoxyribonukleinsäure) ist die Trägerin der Erbinformation und enthält in Form von Genen die Bauanleitungen für Ribonukleinsäuren (RNA) und Proteine, die für die Regulation aller biologischen Prozesse in der Zelle notwendig sind. Die DNA wird aus einer doppelsträngigen Nukleinsäure gebildet, die strickleiterartig in Form einer Doppelhelix organisiert und aus Nukleotiden aufgebaut ist. Jedes Nukleotid besteht aus einem Zucker (Desoxyribose), einem Phosphatrest und einer von vier organischen Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
auf dem Chip. Mithilfe einer Lichtreaktion als Bindungsnachweis kann daran abgelesen werden, welche Gene innerhalb der ZelleZelle
Die Zelle ist die kleinste Einheit eines Organismus. Lebewesen können aus einer einzigen Zelle (Einzeller) bestehen oder sind aus vielen verschiedenen hochspezialisierten Zellen (Vielzeller) aufgebaut.
aktiv sind. So lässt sich aus Tumorzellen, die aus dem Gewebe eines Patienten isoliert wurden, ein spezieller „Fingerabdruck des Tumors“ erstellen. Diese Informationen können im Vergleich mit gesunden Zellen Aufschluss darüber geben, welche Veränderungen in Tumorzellen vorliegen. So lassen sich Therapiemöglichkeiten erschließen und beispielsweise in einigen Fällen die Gefahr der Metastasenbildung abschätzen.
Auch im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel von Medikamenten wurden DNA-ChipsDNA-Chips
DNA (engl. Abk. für Desoxyribonukleinsäure) ist die Trägerin der Erbinformation und enthält in Form von Genen die Bauanleitungen für Ribonukleinsäuren (RNA) und Proteine, die für die Regulation aller biologischen Prozesse in der Zelle notwendig sind. Die DNA wird aus einer doppelsträngigen Nukleinsäure gebildet, die strickleiterartig in Form einer Doppelhelix organisiert und aus Nukleotiden aufgebaut ist. Jedes Nukleotid besteht aus einem Zucker (Desoxyribose), einem Phosphatrest und einer von vier organischen Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
entwickelt, die Aufschluss darüber geben, ob ein Patient ein Medikament abbauen kann. Oder sie erlauben Aussagen über die Aktivität von Enzymen, die am Stoffwechsel von Medikamenten beteiligt sind. Wissenschaftler arbeiten derzeit auch an Software-Programmen, die Enzymaktivitäten bei der kombinierten Verabreichung von Medikamenten auswerten und daraus gezielte Dosisempfehlungen ableiten.
Neben diagnostischen Methoden bietet die Individualisierte Medizin auch eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten innerhalb der Regenerativen Medizin. Mithilfe von körpereigenen Stammzellen zum Beispiel aus der Haut, der Leber oder der Bauchspeicheldrüse können im Labor Zellen oder Gewebe gezüchtet werden, die dem Patienten anschließend transplantiert werden und so die Regeneration und Neubildung von körpereigenem Gewebe ermöglichen.
