Einzelzellsequenzierung: Methodik zur Biomarker-Etablierung bei systemischen, chronischen Erkrankungen

Forschende am Fraunhofer ITEM in Regensburg haben über die Jahre im Rahmen der Tumorforschung besondere Expertise aufgebaut, um einzelne Zellen aus Flüssigbiopsien zu analysieren. Die etablierten, teils automatisierten Technologien zur RNA- und DNA-Analytik einzelner Zellen aus klinischen Proben können sie und haben sie bereits mit einigen Feinjustierungen auch auf andere Zelltypen übertragen, um diese näher zu charakterisieren und die gewonnenen Informationen zu nutzen, z. B. zur Identifizierung von Biomarkern. Dieses Know-how nutzen die Fraunhofer-Forschenden beispielsweise auch zur Identifizierung von prognostischen Biomarkern für die Alzheimer-Erkrankung im Projekt ADIS – »Early Diagnosis of Alzheimer's Disease by Immune Profiling of Cytotoxic Lymphocytes and Recording of Sleep Disturbances« –, an dem das Fraunhofer ITEM mit sechs weiteren Partnern beteiligt ist und das durch die globale Forschungsinitiative der EU zur Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen (JPND) für drei Jahre mit 1,3 Millionen Euro finanziert wird.

Alzheimer und verwandte Demenzerkrankungen sind heterogene, multifaktorielle Krankheiten, die letztlich zum Absterben neuronaler Zellen und zum Verlust kognitiver Funktionen führen. Es wird angenommen, dass die Krankheit bereits Jahrzehnte vor der Diagnose beginnt, was eine große Herausforderung für die Behandlung darstellt. Daher ist die Identifizierung von prognostischen Biomarkern für Alzheimer von großer Bedeutung. Das systemische Immunsystem scheint an der Pathophysiologie von Alzheimer beteiligt zu sein. Mithilfe eines multidisziplinären Ansatzes für die Erstellung von Multi-Omics-Profilen des Immunsystems in Verbindung mit KI und dem sogenannten Agent-Based Modeling sollen neuartige Signaturen des Immunsystems und der digital erfassten Physiologie für eine frühzeitige Vorhersage der Krankheit ermittelt werden. Dies soll in Zukunft eine bessere Therapie ermöglichen.

ITEM-Forschende in Regensburg werden periphere mononukleäre Blutzellen (PBMCs) aus Proben von Alzheimer-Patienten, gesunden Probanden und Patienten mit leichter kognitiver Störung gründlich charakterisieren und deren funktionellen Zustand analysieren. Dafür nutzen sie die kombinierte Immunrepertoire- und Transkriptomsequenzierung der Einzelzellen. Dies erfolgt in zwei Hauptanalysen: 1. die standardisierte kombinierte Erstellung und Qualitätskontrolle von Einzelzell-Sequenzierbibliotheken zur Gesamttranskriptomanalyse und zur T-Zell-Rezeptor-Analyse und 2. die Einzelzell-RNA-Sequenzierung von PBMCs zur Identifizierung einzigartiger Alzheimer-assoziierter Immun-Subpopulationen mit Schwerpunkt auf natürlichen Killerzellen und Effektor-Gedächtniszellen.