© Fraunhofer ITMP | Sonja Luckhardt

OMICS-Technologien

Bei vielen komplexen Erkrankungen, wie z. B. immuno-inflammatorischen Erkrankungen, sind sowohl die Ursache als auch die molekularen Zusammenhänge und Abläufe bei der Krankheitsentstehung noch nicht vollständig erfasst. Es ist jedoch ersichtlich, dass sich die Erkrankungen in irgendeiner Weise auf der molekularen Ebene manifestieren. Molekulare Veränderungen im pathologischen Kontext können somit die Folge als auch die Ursache der Erkrankung darstellen. Omics-Analysen zielen auf die Erfassung und Interpretation dieser molekularen Veränderungen, um auf deren Basis sowohl neue therapeutische Zielmoleküle als auch Biomarker identifizieren und entwickeln zu können.

Hochdurchsatzfähige- und hochauflösende Technologien wie zum Beispiel die Next-Generation-Sequenzierung, die Massenspektrometrie als auch diverse Array-Technologien kommen hierbei zum Einsatz um gesamtheitliche Profile (Lipidom, Proteom, Metabolom, daher auch der Begriff »OMICS«) der untersuchten Proben (z. B. Patient versus Proband) und ein Abgleich dieser zu erstellen.

Biomarker kommen in der Medizin u. a. bei der Diagnose und Prognose einer Erkrankung als auch der Vorhersage des Behandlungserfolgs zum Einsatz.

 

Kernkompetenzen:

  • Präanalytik / Zellisolation
  • Multidimensionale Durchflusszytometrie
  • Lipidom-Analysen mittels Massenspektrometrie
  • Affinitäts-gekoppelte zielgerichtete Proteom-Analyse
  • Metabolom-Analysen mittels Massenspektrometrie
  • DNA-Methylierungsanaylsen
  • Geneexpressionsanalysen mittels Mikrofluidik-Hochdurchsatz-qPCR

Einsatz der OMICS-Technologien bei präklinischen und klinischen Studien

Je nach Fragestellung werden die entsprechenden OMICS-Technolgien angewendet. Die generierten Daten werden z. B. durch multivariate Verfahren untersucht. Potentielle Biomarker werden durch alternative Methoden validiert. Einsatzmöglichkeiten:

  • Biomarker für die Vorhersage von Erkrankungen und Therapieerfolg
  • Surrogatmarker für Wirksamkeit und Sicherheit
  • Identifizierung von Risiko-Markern
  • Patientenstratifizierung und Enrichment

COVIMMUN - »Omics«-basierte Immunomanalyse zur Prädiktion des akuten COVID-19-Krankheitsverlaufs und Früherkennung von Langzeitfolgen

Wie hoch ist das Risiko, nach einer SARS-CoV-2-Infektion einen schweren COVID-19-Krankheitsverlauf zu entwickeln? Lassen sich mögliche Langzeitschäden und Folgeerkrankungen frühzeitig erkennen und therapeutisch verhindern? Mit diesen Fragestellungen beschäftigt sich das Projekt »COVIMMUN« des Fraunhofer ITMP in enger Kooperation mit dem Universitätsklinikum Frankfurt und dem Fraunhofer IAIS und Fraunhofer IGD. Hierbei wird das patientenindividuelle Immunom von COVID-19-Patienten in der akuten Krankheitsphase und einer nachfolgenden Langzeitbeobachtung mittels OMICS-Technologien detailliert analysiert. Ziel ist es, molekulare Biomarker zu identifizieren, die anzeigen, ob ein besonderes Risiko für ein Fortschreiten der COVID-19-Erkrankung oder die Entstehung von Langzeitschäden und Folgeerkrankungen besteht, um gegebenenfalls frühzeitig und zielgerichtet Vorsorge- oder Therapiemaßnahmen einleiten zu können.

Partner: Universitätsklinikum Frankfurt, Fraunhofer IAIS, Fraunhofer IGD

Weiterführende Informationen

OrgaProtect – NGS- und qPCR-basierte Diagnostik-Kits zum hochauflösenden Nachweis von smallRNA-Signaturen für die frühe Diagnose von lebensbedrohlichen Organmanifestationen bei immun-mediierten Erkrankungen

Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 933/20-90) wird im Rahmen der Innovationsförderung Hessen aus Mitteln der LOEWE – Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlichökonomischer Exzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhaben gefördert.

Für drei immunmediierte Erkrankungen werden in dieser Industrie-Kooperation mit modernsten Ansätzen molekulare Biomarker erforscht. Systemischer Lupus erythematodes, eine chronisch-entzündliche Erkrankung des Bindegewebes, hat ein hohes Risiko von Herz- und Nierenversagen. Die Systemische Sklerose wiederum birgt das Risiko eines Lungenversagens. Die dritte Erkrankung, das Makrophagen-Aktivierungssyndrom, verursacht vor allem bei jungen Patienten mit rheumatischen Erkrankungen ernste Komplikationen.

Ziel des Projekts OrgaProtect ist die Entwicklung eines blutbasierten in vitro Diagnostikums zur frühzeitigen Erkennung der sich schleichend verschlechternden Organschädigungen, um so früh wie möglich therapeutisch entgegenwirken zu können.

Partner: GenXPro GmbH, Inno-train Diagnostik GmbH

Weiterführende Informationen

Erstellung dreidimensionaler Patientenprofile und immunologischer Karten zur Entwicklung individualisierter Therapien immun-mediierter Erkrankungen am Beispiel der Psoriasis vulgaris (PsO), Psoriasis-Arthritis (PsA) und rheumatoiden Arthritis (RA)

Im Rahmen dieses Projekts soll das Immunom von Patienten, bei denen PsA, PsO oder RA diagnostiziert wurde, mittels »Omics«-Technologien detailliert charakterisiert werden, um anschließend die »Omics«-basierten Daten mit den klinischen patientennahen Daten zu kombinieren. Die Bündelung und Kombination dieser Daten soll in »immunologischen Karten« münden, welche mittels Datenbionik, maschinellen Lernens und künstlicher Intelligenz erstellt werden sollen. Diese sollen bei Einsatz in der klinischen Routine ein nützliches ergänzendes Mittel darstellen, um schnelle frühdiagnostische Indizien zu geben und die Entscheidungsfindung für oder gegen eine Therapie zu unterstützen. Weiterhin visualisieren und kombinieren sie methodenübergreifend immunologische Merkmale und Parameter, die mit der Immunantwort und der Erkrankung assoziiert sind.

Partner: Johanna-Quandt-Stiftung, Johanna Quandt Jubiläums-Fonds, Universitätsklinikum Frankfurt, Fraunhofer IAIS, Fraunhofer IGD

Weiterführende Informationen

Hahnefeld L, Gurke R, Thomas D, Schreiber Y, Schäfer SMG, Trautmann S, Snodgrass IF, Kratz D, Geisslinger G, Ferreirós N.
Implementation of lipidomics in clinical routine: Can fluoride/citrate blood sampling tubes improve preanalytical stability?
Talanta. 2020 Mar 1;209:120593
doi: 10.1016/j.talanta.2019.120593

 

Klatt-Schreiner K, Valek L, Kang JS, Khlebtovsky A, Trautmann S, Hahnefeld L, Schreiber Y, Gurke R, Thomas D, Wilken-Schmitz A, Wicker S, Auburger G, Geisslinger G, Lötsch J, Pfeilschifter W, Djaldetti R, Tegeder I.
High Glucosylceramides and Low Anandamide Contribute to Sensory Loss and Pain in Parkinson's Disease.
Mov Disord. 2020 Oct;35(10):1822-1833
doi: 10.1002/mds.28186

 

Lötsch J, Kringel D, Geisslinger G, Oertel BG, Resch E, Malkusch S.
Machine-Learned Association of Next-Generation Sequencing-Derived Variants in Thermosensitive Ion Channels Genes with Human Thermal Pain Sensitivity Phenotypes.
Int J Mol Sci. 2020 Jun 19;21(12):4367
doi: 10.3390/ijms21124367

 

Wigington CP, Roy J, Damle NP, Yadav VK, Blikstad C, Resch E, Wong CJ, Mackay DR, Wang JT, Krystkowiak I, Bradburn DA, Tsekitsidou E, Hong SH, Kaderali MA, Xu SL, Stearns T, Gingras AC, Ullman KS, Ivarsson Y, Davey NE, Cyert MS.
Systematic Discovery of Short Linear Motifs Decodes Calcineurin Phosphatase Signaling.
Mol Cell. 2020 Jul 16;79(2):342-358.e12
doi: 10.1016/j.molcel.2020.06.029

 

Gurke R, Etyemez S, Prvulovic D, Thomas D, Fleck SC, Reif A, Geisslinger G, Lötsch J.
A Data Science-Based Analysis Points at Distinct Patterns of Lipid Mediator Plasma Concentrations in Patients With Dementia.
Front Psychiatry. 2019 Feb 11;10:41
doi: 10.3389/fpsyt.2019.00041