Charakterisierung menschlicher Chromosomensätze (KaryoSpec)

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Kooperationspartner: Hochschule Reutlingen, Hochschule Esslingen, Industriepartner
Förderung durch das BMBF (Fkz. 17036A10)

Beim sog. markerfreien Imaging von Chromosomen werden die bisherigen aufwendigen und teuren Färbe‐ und Hybridisierungsmethoden durch eine einfache Messung des Reflexionsspektrums ersetzt. Die individuelle Struktur bildet sich ohne vorherige Färbung direkt im Interferenzmuster der spektralen Reflexion ab und kann durch verschiedene mathematische Methoden direkt ausgewertet werden. Durch die Kombination von Streulichtspektroskopie im sichtbaren Bereich und die Messung der spektralen chemischen Zusammensetzung besonders im UV‐Bereich oder mit Hilfe der Raman Spektroskopie lassen sich die Chromosomen umfassend beschreiben. Die Technik kann sehr einfach und kostengünstig in eine bestehende mikroskopische Infrastruktur eines konventionellen Labors integriert werden. Um aber auch Sub‐Strukturen im Chromosom optisch messbar zu machen, wird zusätzlich ein neues optisches Nahfeldmikroskop für die Chromosomenkaryotypisierung entwickelt, das bei einer Ortsauflösung von etwa 30nm auch molekulare Besonderheiten erkennen kann. Man erhofft sich so eine noch größere Sicherheit bei der Erkennung von Defekten.

Erstmalig zum Einsatz kommen sogenannte Pushbroom Imager, die über einenSpalt die x‐ Koordinate einer Probe (Chromosom) und über eine Prisma‐Gitter‐Prisma Optik das Licht spektral aufgelöst auf die y‐Achse eines CCD Arrays abbilden. Dabei werden in kurzer Zeit enorme Datenmengen erzeugt. Diese Daten müssen mit Hilfe der multivariaten Datenanalyse ausgewertet und verdichtet werden. Deshalb soll zur Datenauswertung die hohe Rechenleistung genutzt werden, die auf Grafikkarten in heutigen Arbeitsplatzcomputern verfügbar ist. Moderne Graphics Processing Units (GPU) sind hochgradig parallele Prozessoren, die für die in der Bildverarbeitung und der Auswertung von Spektren anfallenden mathematischen Aufgaben in besonderer Weise geeignet sind und deren Rechenleistung im Vergleich zu konventionellen Prozessoren (CPU) um einen Faktor zehn größer sein kann.

Ziel des Projektes ist, das Verfahren der markerfreien Karyotypisierung soweit zu entwickeln, dass die Chancen und Grenzen der neuen Methode herausgearbeitet werden, um in naher Zukunft eine Vermarktung der Ergebnisse gewährleisten zu können. Die Verfahren der fern‐ feld‐ und nahfeldspektroskopischen Karyotypisierung wurden von der Hochschule Reutlingen zum Patent angemeldet und dem Technologie Lizenzbüro des Landes Baden Württemberg zur Vermarktung übergeben.

In das Projekt sind neben den beiden federführenden Hochschulen auch Institute aus dem universitären Bereich eingebunden (als Partner Uni Tübingen, als externer Auftragnehmer das ILM Ulm,), sowie drei KMU (J&M, Polytec und inno‐spec). Dazu kommen noch Technologiebewerter aus dem Bereich der Industrie (Zeiss) und der Lizenzierung von Hochschulpatenten (TLB Baden Württemberg). Ganz bewusst wurde darauf verzichtet, einen Partner aus dem Bereich der kommerziellen "state of the art" Karyotypisierung einzubeziehen. Dies würde die Flexibilität der Vorgehensweise zu schnell in eine nicht gewünschte Richtung zwingen.