Neues Gerät kann Krebs in nur einem Tropfen Blut erkennen
Einige Krebsarten, wie z. B. Eierstockkrebs, bleiben in der Regel unentdeckt, bis sie zu weit fortgeschritten sind, um wirksam behandelt zu werden. Jetzt kann ein innovatives Tool Krebs leicht, schnell und in winzigen Blutmengen erkennen.
Um einen einfachen und effektiven Weg zur Identifizierung schwer zu diagnostizierender Krebsarten zu finden, haben Forscher der University of Kansas (KU) in Lawrence und des KU Cancer Center und des KU Medical Center in Kansas City jetzt eine ultrasensitive Krebserkennung entwickelt Gerät.
Das Gerät, das als "3-D-nanostrukturierter Mikrofluidik-Chip" bezeichnet wird, konnte Krebsmarker im kleinsten Blutstropfen oder in einem Bestandteil des Blutes, dem sogenannten Plasma, erfolgreich erkennen.
Der Hauptautor Yong Zeng, außerordentlicher Professor für Chemie an der KU, und sein Team beschreiben in einem Artikel der Zeitschrift, wie das neuartige Werkzeug funktioniert Naturbiomedizintechnik hat veröffentlicht.
Dieses Gerät, erklären die Wissenschaftler, identifiziert und diagnostiziert Krebs, indem es nach Exosomen „filtert“, bei denen es sich um winzige Vesikel handelt, die einige eukaryotische Zellen produzieren.
Bei Krebszellen enthalten Exosomen biologische Informationen, die das Tumorwachstum und die Ausbreitung steuern können.
"In der Vergangenheit dachten die Leute, Exosomen seien wie" Müllsäcke ", mit denen Zellen unerwünschte Zellinhalte entsorgen könnten", erklärt Zeng. "Aber im letzten Jahrzehnt", fügt er hinzu, "haben Wissenschaftler erkannt, dass sie sehr nützlich sind, um Nachrichten an Empfängerzellen zu senden und molekulare Informationen zu übermitteln, die für viele biologische Funktionen wichtig sind."
„Grundsätzlich senden Tumore Exosomen aus, die aktive Moleküle verpacken, die die biologischen Merkmale der Elternzellen widerspiegeln. Während alle Zellen Exosomen produzieren, sind Tumorzellen im Vergleich zu normalen Zellen wirklich aktiv “, bemerkt Zeng.
Ein hochempfindliches Diagnosewerkzeug
Das neuartige Gerät ist ein 3-D-Nanoengineering-Werkzeug mit einem Fischgrätenmuster, das Exosomen „kämmt“ und sie zur Analyse mit der Oberfläche des Werkzeugchips in Kontakt bringt. Dieser Vorgang wird als "Stoffübergang" bezeichnet.
"Die Menschen haben intelligente Ideen entwickelt, um den Stoffübergang in mikroskaligen Kanälen zu verbessern. Wenn sich Partikel jedoch näher an die Sensoroberfläche bewegen, werden sie durch einen kleinen Flüssigkeitsspalt getrennt, der einen zunehmenden hydrodynamischen Widerstand erzeugt", bemerkt Zeng.
„Hier haben wir eine nanoporöse 3-D-Fischgrätenstruktur entwickelt, die die Flüssigkeit in diesem Spalt ablassen kann, um die Partikel in harten Kontakt mit der Oberfläche zu bringen, wo Sonden sie erkennen und einfangen können“, erklärt er weiter.
Um dieses hochmoderne Gerät zu entwickeln, haben Zeng und sein Team mit Andrew Godwin zusammengearbeitet, einem Experten für Tumor-Biomarker und dem derzeitigen stellvertretenden Direktor des KU Cancer Center.
Um die Wirksamkeit des Chips zu testen, verwendeten die Forscher klinische Proben von Personen mit Eierstockkrebs, einer Krebsart, die bekanntermaßen schwer zu erkennen ist.
Dabei stellte das Team fest, dass der Chip das Vorhandensein dieses Krebses selbst in der kleinsten Menge Plasma nachweisen konnte.
„Unsere kollaborativen Studien tragen weiterhin Früchte und bringen einen Bereich voran, der für die Krebsforschung und die Patientenversorgung von entscheidender Bedeutung ist - nämlich innovative Instrumente zur Früherkennung“, sagt Godwin. Angesichts der Tatsache, dass die überwiegende Mehrheit der Frauen in einem fortgeschrittenen Stadium diagnostiziert wird, wenn die Krankheit leider größtenteils unheilbar ist. “
Mehrere klinische Anwendungen
Die Forscher sind auch begeistert, dass das neue Gerät einfach herzustellen und billig herzustellen ist, was bedeutet, dass eine breite Verbreitung möglich sein könnte, ohne die Patientenkosten zu erhöhen.
„Was wir hier entwickelt haben, ist eine 3-D-Nanostrukturierungsmethode, für die keine ausgefallenen Nanofabrikationsgeräte erforderlich sind - ein Student oder sogar ein Schüler kann dies in meinem Labor tun“, bemerkt Zeng.
„Dies ist so einfach und kostengünstig, dass es ein großes Potenzial für die Umsetzung in klinische Umgebungen bietet“, betont er und erklärt, dass das Team „mit Dr. Godwin und anderen Forschungslabors am KU Cancer Center und den molekularen Biowissenschaften zusammengearbeitet hat Abteilung, um die translationalen Anwendungen der Technologie weiter zu erforschen. “
Noch wichtiger ist, dass Zeng und Kollegen argumentieren, dass dieses innovative Gerät im Prinzip sehr anpassungsfähig ist. Sie glauben, dass Ärzte in Zukunft damit viele verschiedene Formen von Krebs und andere Krankheiten diagnostizieren könnten.
"Jetzt betrachten wir Zellkulturmodelle, Tiermodelle und auch klinische Patientenproben. Daher führen wir wirklich einige translationale Forschungen durch, um das Gerät von der Laborumgebung auf klinischere Anwendungen umzustellen", sagt der leitende Forscher.
„Fast alle Säugetierzellen setzen Exosomen frei, sodass die Anwendung nicht nur auf Eierstockkrebs oder eine bestimmte Krebsart beschränkt ist. Wir arbeiten mit Menschen zusammen, um beispielsweise neurodegenerative Erkrankungen, Brust- und Darmkrebs zu untersuchen. "
Yong Zeng
