Diese winzigen Sensoren können Krebs frühzeitig erkennen
Neue Forschungen verwenden Nanosensoren, um Protein-zu-Protein-Wechselwirkungen zu erkennen, die auf Krebs hinweisen können. Die Ergebnisse könnten sich als besonders nützlich erweisen, um lymphatische Leukämie viel früher zu identifizieren.
Krebs ist eine der häufigsten Todesursachen in den USA und weltweit. Laut dem National Cancer Institute gab es 2012 weltweit mehr als 8 Millionen krebsbedingte Todesfälle, und 2018 könnten in den USA über 600.000 Menschen an der Krankheit sterben.
Die Früherkennung dieser lebensbedrohlichen Krankheit ist von entscheidender Bedeutung, und Mediziner arbeiten hart daran, neuere und effektivere Methoden zur schnellstmöglichen Diagnose von Krebs zu entwickeln.
Neue Forschungen verwenden jetzt winzige Sensoren, um winzige molekulare Veränderungen zu erkennen, die auf Krebs hinweisen können.
Liviu Movileanu, Professor für Physik am College of Arts and Sciences der Syracuse University in New York, und Avinash Kumar Thakur, Doktor der Physik in Syracuse, erläutern die Rolle dieser Nanosensoren in einem Artikel in der Zeitschrift Naturbiotechnologie.
Wie Prof. Movileanu erklärt, können die Nanosensoren besonders hilfreich sein, um lymphatische Leukämie zu erkennen, eine Krebsform, die im Knochenmark beginnt und sich im Blut ausbreitet.
In den USA dürften 2018 fast 21.000 neue Fälle von lymphatischer Leukämie auftreten, und mehr als 4.500 Menschen könnten daran sterben.
Wie die Nanosensoren funktionieren
Die aus dem Labor von Prof. Movileanu stammenden Nanosensoren können sogenannte Protein-zu-Protein-Wechselwirkungen (PPI) nachweisen, dh Prozesse, die für die Entwicklung von Zellen wesentlich sind.
Das sogenannte Interaktom bezieht sich auf die „vollständige Karte der Proteinwechselwirkungen, die in einem lebenden Organismus auftreten können“. Die Interaktomik - oder die Abbildung des Interaktoms mithilfe modernster technologischer und rechnerischer Techniken - ist ein florierendes Teilgebiet der Biophysik, in dem die Folgen dieser Wechselwirkungen untersucht werden.
PPIs hängen von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie z. B. dem Zelltyp, dem Entwicklungsstadium und den Umgebungsbedingungen. Einige PPIs sind stabil, andere sind vorübergehend.
Beispielsweise sind die zur Aktivierung der Genexpression erforderlichen Wechselwirkungen oder diejenigen, die die Zellsignalisierung und die Entwicklung von Krebszellen beeinflussen, vorübergehend, was bedeutet, dass sie nur etwa eine Millisekunde dauern.
Die Flüchtigkeit dieser PPI macht es schwierig, sie mit den derzeit verfügbaren Methoden zu erkennen.
Die aus dem Labor von Prof. Movileanu stammenden Nanosensoren umgehen dieses Hindernis jedoch, indem sie eine kleine Öffnung in der Zellmembran erzeugen, durch die elektrischer Strom fließt.
Wenn Proteine durch diese kleinen Öffnungen oder Nanoporen gelangen, ändern sie die Intensität des elektrischen Stroms. Diese Änderungen zeigen die Identität und Eigenschaften jedes Proteins.
"Die Daten, die aus einer einzelnen Proteinprobe gewonnen wurden, sind immens", sagt Prof. Movileanu, der seinen Ph.D. in experimenteller Physik an der Universität von Bukarest in Rumänien und ist derzeit Mitglied der Forschungsgruppe Biophysik und Biomaterialien am Institut für Physik in Syrakus.
„Unsere Nanostrukturen ermöglichen es uns, biochemische Ereignisse auf empfindliche, spezifische und quantitative Weise zu beobachten“, fährt der Forscher fort. "Danach können wir eine solide Beurteilung einer einzelnen Proteinprobe vornehmen."
"Detaillierte Kenntnisse des menschlichen Genoms haben eine neue Grenze für die Identifizierung vieler funktioneller Proteine eröffnet, die an kurzen physikalischen Assoziationen mit anderen Proteinen beteiligt sind", fährt der Forscher fort.
„Größere Störungen in der Stärke dieser PPI führen zu Krankheitszuständen. Aufgrund der vorübergehenden Natur dieser Wechselwirkungen sind neue Methoden erforderlich, um sie zu bewerten. “
Der Physiker erklärt auch, wie die fein abgestimmten Detektionsmechanismen seiner Nanosensoren zur Krebsbekämpfung beitragen können.
„Wenn wir wissen, wie einzelne Teile einer Zelle funktionieren, können wir herausfinden, warum eine Zelle von der normalen Funktionalität zu einem tumorähnlichen Zustand abweicht. […] Unsere kleinen Sensoren können große Dinge für das Biomarker-Screening, die Proteinprofilierung und die großen Funktionen tun. Skalenstudie von Proteinen [bekannt als Proteomics]. “
Prof. Liviu Movileanu
Prof. Movileanu hofft, dass seine Nanosensoren besonders nützlich sein werden, um lymphatische Leukämie zu erkennen, eine Erkrankung, bei der die Blutzellen nicht wie gewohnt reifen und absterben, sondern sich „im Knochenmark ansammeln und normale, gesunde Zellen verdrängen“.
