Früherkennung ist der Schlüssel zum Erfolg: Bei vielen Krebsarten gibt es heute gute Heilungschancen, wenn die Erkrankung in einem frühen Entwicklungsstadium festgestellt wird. Dies gilt auch für eine der weltweit weitverbreitetsten Tumorerkrankungen: Lungenkrebs. Bisher werden zur Frühdiagnose dieser Erkrankung Untersuchungen mittels Computertomographie (CT) eingesetzt. Dabei handelt es sich aber um ein recht aufwendiges Verfahren, das teure Ausrüstung und Fachpersonal erfordert.
Deshalb sind CT-Scans den Menschen in manchen Teilen der Welt oft nicht zugänglich. Außerdem kann es bei diesem Verfahren relativ häufig zu Fehldiagnosen kommen, die zu unnötigen, invasiven Folgeuntersuchungen führen. „Bei unserer Entwicklungsarbeit verfolgten wir deshalb das Ziel, eine Methode bereitzustellen, die Lungenkrebs mit hoher Spezifität und Empfindlichkeit erkennen kann und gleichzeitig die Schwelle für die Zugänglichkeit senkt“, sagt Erst-Autor Qian Zhong vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge.
Tumore raffiniert aufgespürt
Das Lösungskonzept, das Zhong und seine Kollegen nun präsentieren, basiert auf speziell designten Nano-Sensoren, die über einen Inhalator in Aerosol-Form eingeatmet werden können. Die Winzlinge bestehen aus einer leicht abbaubaren Polymer-Grundstruktur, an die über bestimmte Proteinverbindungen „Reporter-DNA”-Moleküle geknüpft sind. Sobald die Partikel die Lunge erreichen, werden sie vom Gewebe aufgenommen und treffen dort auf eventuell vorhandenes Tumorgewebe. Erkennen können die Nano-Sensoren es an einem charakteristischen Merkmal: Das Krebsgewebe gibt bestimmte Enzyme ab, die Eiweiße spalten. Diese sogenannten Proteasen helfen den wuchernden Zellen unter anderem dabei, sich im Körper durchzusetzen, indem sie Gewebestrukturen schneiden.
Die Forscher haben nun die Verbindungen zwischen der Grundstruktur der Partikel und den Reporter-DNA-Molekülen so gestaltet, dass sie spezifisch von Tumor-typischen Proteasen geschnitten werden. Die abgetrennten Reporter-DNA-Moleküle können dann in den Blutkreislauf gelangen, aus dem sie schließlich die Nieren herausfiltern und in den Urin abgeben. Anschließend lassen sie sich dann durch einen Teststreifen nachweisen, auf dem sich spezifische Bindungspartner für die Reporter-DNA-Moleküle befinden. Es ist dabei keine Vorbehandlung oder Aufbereitung der Urinprobe erforderlich und die Ergebnisse können etwa 20 Minuten nach der Probenentnahme abgelesen werden, berichten die Forscher.
Vielversprechende Testergebnisse
Um zu testen, ob das System hält, was es verspricht, führten Zhong und sein Team Untersuchungen an speziell entwickelten Zuchtlinien von Mäusen durch, die Lungentumore entwickeln, die denen beim Menschen ähneln. Diesen Tieren wurden die Sensoren etwa sieben Wochen nach Beginn der Tumorbildung durch Inhalation verabreicht. Der Zeitpunkt entspricht dabei einem frühen menschlichen Krebs-Entwicklungsstadium, erklären die Wissenschaftler. In ihrer ersten Versuchsreihe erfassten sie die Werte von 20 unterschiedlichen Sensoren, die verschiedene Proteasen erkennen. Dabei kristallisierte sich dann eine Kombination aus vier Sensoren als optimal heraus: Im Mausmodell konnten sie die Lungentumore im Frühstadium mit hoher Erfolgsrate aufzeigen, berichten die Forscher.
