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Früher mit "Lab-on-a-Chip" tödliche Krebserkrankungen diagnostizieren
Gegenwärtig beruht die Diagnose von Lungenkrebs auf einer invasiven Biopsie, die nur wirksam ist, wenn Tumore größer als 3 cm oder sogar metastatisch sind. Eine frühere Erkennung würde die Überlebenschancen der Patienten erheblich verbessern. Nun entwickelt ein Forscherteam ein "Lab-on-a-Chip", das verspricht, Lungenkrebs - und möglicherweise andere tödliche Krebsarten - viel früher zu erkennen, indem er nur einen kleinen Blutstropfen eines Patienten verwendet.
Der blutbasierte Test ist minimal-invasiv, kostengünstig und "bietet eine allgemeine Plattform zum Nachweis von Exosomen aus Krebszellen."
In dem Royal Society of Chemistry Zeitschrift, Yong Zeng, Assistenzprofessor für Chemie an der Universität von Kansas, und Kollegen berichten von einer bahnbrechenden Studie, die ihre Erfindung beschreibt.
Seit geraumer Zeit sind Wissenschaftler begeistert von der Idee, auf Krankheitsbiomarker in "Exosomen" zu testen - winzige Vesikel oder Taschen von Molekülen, die Zellen, einschließlich Krebszellen, hin und wieder freisetzen. Als die Forscher sie zum ersten Mal entdeckten, dachten sie, Exosomen seien nur dazu da, Zellabfall loszuwerden, aber jetzt wissen sie, dass sie auch andere wichtige Dinge tun, wie das Übertragen von Nachrichten an andere Zellen in der Nähe und in der Ferne.
Die Herausforderung besteht jedoch darin, eine Technologie zu entwickeln, die klein genug ist, um den Inhalt von Exosomen - hauptsächlich Nukleinsäuren und Proteine ??- gezielt auf Biomarker von Krankheiten zu untersuchen. Dies liegt daran, dass Exosomen sehr klein sind - etwa 30 bis 150 Nanometer (nm) im Durchmesser - viel kleiner als zum Beispiel rote Blutzellen.
Gegenwärtige Methoden zum Trennen und Testen von Exosomen erfordern mehrere Schritte der Ultrazentrifugation - ein langwieriges und ineffizientes Laborverfahren, wie Prof. Zeng erklärt:
"Es gibt nicht viele Technologien, die sich für eine effiziente Isolierung und ein sensitives molekulares Profilieren von Exosomen eignen. Erstens sind derzeitige Exosomen-Isolationsprotokolle zeitaufwendig und schwer zu standardisieren. Zweitens sind herkömmliche Downstream-Analysen an gesammelten Exosomen langsam und erfordern große Proben, was einen entscheidenden Rückschlag für die klinische Entwicklung von exosomalen Biomarkern darstellt. "
Jetzt haben er und seine Kollegen mit Hilfe der Mikrofluidtechnologie ein Lab-on-a-Chip entwickelt, das den Inhalt von gezielten Exosomen analysieren und die ersten Anzeichen von tödlichem Krebs erkennen kann. Sie haben es bereits erfolgreich auf Lungenkrebs getestet.
Lab-on-a-Chip-Gerät verwendet kleinere Proben, ist schneller, billiger und empfindlicher
Das neue Gerät, bei dem viel kleinere Proben verwendet werden, verspricht schnellere und kostengünstigere Ergebnisse bei besserer Empfindlichkeit im Vergleich zu herkömmlichen Tischgeräten, wie Prof. Zeng weiter erklärt:
"Ein Lab-on-a-Chip verkleinert die Pipetten, Reagenzgläser und Analyseinstrumente eines modernen Chemielabors auf einen mikrochipgroßen Wafer."
Die Technologie hinter dem Gerät - bekannt als Mikrofluidik - stammt aus der neuen Halbleiterelektronik und wird seit den 1990er Jahren intensiv weiterentwickelt, fügt er hinzu:
"Im Wesentlichen ermöglicht es die präzise Manipulation von winzigen Flüssigkeitsvolumina bis zu einem Billionstel Liter oder weniger, um mehrere Laborfunktionen auszuführen, wie zum Beispiel die Reinigung von Proben, das Ausführen chemischer und biologischer Reaktionen und analytische Messungen."
Im Gegensatz zu Brust- und Darmkrebs gibt es kein allgemein akzeptiertes Screening-Instrument für Lungenkrebs, das in den meisten Fällen zuerst aufgrund von Symptomen diagnostiziert wird, die normalerweise auf eine Lungenfunktion hinweisen, die bereits beeinträchtigt ist.
Um Lungenkrebs zu diagnostizieren, müssen Ärzte eine Biopsie durchführen - ein Stück Gewebe aus der Lunge entfernen und zur molekularen Analyse an ein Labor schicken. Es ist selten möglich, dies in den frühen Stadien zu tun, da Tumore zu klein sind, um auf Scans entdeckt zu werden.
"Im Gegensatz dazu ist unser blutbasierter Test minimal-invasiv, kostengünstig und sensitiver und eignet sich daher für das Screening großer Populationen, um Tumore im Frühstadium zu erkennen", sagt Prof. Zeng und fügt hinzu, dass die Technik eine allgemeine Plattform für die Erkennung von Exosomen bietet Krebszellen. Das Team hat das Gerät bereits zum Test auf Eierstockkrebs eingesetzt, und theoretisch, so Prof. Zeng, sollte es auch auf andere Krebsarten anwendbar sein.
"Unser langfristiges Ziel ist es, diese Technologie in eine klinische Untersuchung der pathologischen Implikationen von Exosomen in der Tumorentwicklung zu übertragen. Dieses Wissen würde helfen, bessere prädiktive Biomarker und eine effizientere zielgerichtete Therapie zu entwickeln, um das klinische Ergebnis zu verbessern", fügt er hinzu.
Das Team erhielt weitere Finanzmittel vom National Cancer Institute der National Institutes of Health zur Weiterentwicklung des Lab-on-a-Chip.
Im März 2013 Medizinische Nachrichten heute erfahren, wie ein anderes Team von Wissenschaftlern ein Lab-on-a-Chip entwickelt, das unter die Haut implantiert wird, um Substanzen im Blut zu verfolgen und die Ergebnisse drahtlos an ein Smartphone oder ein anderes Empfangsgerät zu übertragen.
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