Innovative Screening-Methode für Gebärmutterhalskrebs
Von den fast 190 verschiedenen Stämmen des humanen Papillomavirus (HPV) verursacht nur ein Bruchteil tatsächlich Gebärmutterhalskrebs. Um Gebärmutterhalskrebs vorzubeugen, wird in vielen Ländern weltweit eine HPV-Schutzimpfung gegen vier HPV-Stämme durchgeführt. Trotzdem ist eine hochempfindliche Diagnostik unerlässlich, um Hochrisikoviren frühzeitig zu erkennen. Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts CANCER-TECH war die Entwicklung eines neuen hochsensitiven HPV-Tests auf einem Biopolymersubstrat, das mittels Laser strukturiert und mit Nanopartikeln funktionalisiert wird. „Ziel war die Entwicklung eines hochempfindlichen Systems für den Nachweis von Hochrisiko-HPV-Stämmen“, erklärt Projektkoordinator Prof. Dermot Brabazon. Innovative Technologien bei der Herstellung von Nanopartikeln Die Forscher erzeugten spezifische Nanopartikel für verschiedene HPV-Stämme, insbesondere die Stämme 16 und 18 als Hauptursachen für die Entstehung von Gebärmutterhalskrebs. Verwendet wurde dabei die so genannte gepulste Laserablation in Flüssigkeit (PLAL, pulsed laser ablation in liquid), eine umweltfreundliche Herstellungstechnik, die auf chemische Prozesse verzichtet. Wie der experimentelle Leiter und Marie-Curie-Stipendiat Dr. Bagga erklärt, „lassen sich mit dieser Technik Nanopartikel mit stärkerer Oberflächenaktivität erzeugen, sodass schon geringste Molekülmengen in einer Probe zuverlässig nachgewiesen werden können.“ Mit reduzierter Nachweisgrenze und -zeit steht damit nun ein ultrasensitiver HPV-Test zur Verfügung. Weiterhin ist die Nanopartikelherstellung mittels PLAL bisherigen Methoden überlegen, da deren breites Spektrum an chemischen und physikalischen Eigenschaften die Aussagefähigkeit beeinträchtigt. Auch können durch Veränderung von Größe, Zusammensetzung und Stabilität der Metallnanopartikel deren physikalische und chemische Eigenschaften genauer justiert werden. Zunächst mussten allerdings Probleme bei der Zusammensetzung der Nanopartikel ausgeräumt werden. So haben Gold-Nanopartikel etwa bessere optische Eigenschaften als andere gängige, ähnlich große Nanopartikel. Mit dem C-reaktiven Protein, einem Herzbiomarker und Modellmolekül, wurde die Nachweisgrenze im nanomolaren (nM) Bereich demonstriert, allerdings erwiesen sich Gold-NP in biologischen Medien als zu instabil, sodass Molybdändisulfid als Elektrodenmaterial für die Entwicklung eines elektrochemischen HPV-Sensors getestet wurde. Dessen größere Oberfläche kann die biosensorische Leistung verbessern. Eine biomimetische Plattform speziell für HPV Der nächste Schritt im Projekt war die Funktionalisierung der erzeugten Nanopartikel mit HPV-spezifischen Liganden und das Aufbringen auf eine biomimetische Polymerplattform. Dies erfolgte mit RNA-Aptameren, die spezifisch auf verschiedene HPV-Proteine ausgerichtet waren. Analysen zur Kreuzreaktivität bestätigten die hohe Selektivität gegenüber potentiell interferierenden HPV-Spezies. Damit eignet sich der Ansatz auch für die patientennahe Diagnostik (PoC). Vor allem liefern die Aptamere in biologischen Proben und bei niedriger Zielkonzentration zuverlässige Ergebnisse. Insgesamt hat CANCER-TECH mit seinem innovativen Design für einen On-Chip-Immunoassay wesentlich zur Weiterentwicklung der immunsensorischen Krebsdiagnostik beigetragen. Innovativ ist der Ansatz vor allem wegen der hochwertigen Bio-Nanostrukturen für einen ultrasensitiven HPV-Schnelltest. Sensitivität und Empfindlichkeit des neuen Tests sind deutlich höher als bei herkömmlichen HPV-Tests. Für die Zukunft ist Prof. Brabazon überzeugt, dass „die Laserbearbeitung von Oberflächen biomedizinischer Geräte eine ganze Reihe medizinischer Anwendungen und nicht zuletzt die Diagnostik verbessern dürfte“.
Schlüsselbegriffe
CANCER-TECH, HPV, Nanopartikel, Gebärmutterhalskrebs, gepulste Laserablation in Flüssigkeit (PLAL)
