Ein Gerät für patientennahe Labordiagnostik zur Krebsfrüherkennung
Angesichts der Tatsache, dass eine Früherkennung von Krebs von wesentlicher Bedeutung für die Überlebenschancen ist, werden Hilfsmittel, die präventive Screening-Programme vereinfachen, dringend gebraucht. Unter den mikroRNS gibt es eine Klasse von kurzen, nichtcodierenden RNS, die bei vielen menschlichen Krankheiten einschließlich Krebs, Diabetes, Alzheimer und Parkinson dereguliert werden. Deshalb können mikroRNS eine wichtige Rolle als Biomarker für eine schnelle Diagnose dieser Krankheiten übernehmen. Beim EU-finanzierten Projekt SAPHELY lag der Fokus auf der Entwicklung eines tragbaren POC-Gerätes, mit dem diejenigen mikroRNS detektiert werden können, die auf Krebs schließen lassen. „Unser Ziel war es, Krebs mit einer schnellen und äußerst sensitiven Methode anhand der Analyse einiger Blutstropfen des Patienten feststellen zu können“, erklärt Projektkoordinator Dr. Jaime García-Rupérez. Ein innovatives sensibles Design Die Forscher stützten sich bei der Entwicklung der Messeelemente für die SAPHELY-Analysekartusche auf Möglichkeiten der Nanophotonik. Um mit hoher Empfindlichkeit kurzkettige Oligonukleotide erkennen zu können, beschäftigten sie sich mit dem Einsatz von an Nanopartikel angehängten molekularen Signalsonden. Die Sensoroberfläche detektierte die Bewegung von Nanopartikeln bei Hybridisierung der Ziel-mikroRNS an die Sonde. Diese Betrachtung der Konformationsänderung der molekularen Signalsonden als zusätzlicher Mechanismus für die Anpassung der Sensorantwort ist eine der wichtigsten Innovationen des SAPHELY-Designs, die dazu benutzt werden kann, die Empfindlichkeit des Sensors zu erhöhen. Das bei SAPHELY entwickelte POC-Gerät ist ebenfalls in der Lage, die Schritte auszuführen, die zur Extraktion der Ziel-mikroRNS aus der Blutprobe des Patienten nötig sind, bevor es sie mit dem nanophotonischen Sensorchip detektieren kann. „Der Vorteil des Ansatzes von SAPHELY ist, dass komplexe PCR-basierte Amplifikationsmethoden oder Kennzeichnungsverfahren, deren Implementierung auf einem Chip sich schwierig gestaltet, umgangen werden“, fährt Dr. García-Rupérez fort. Die Kartusche arbeitet außerdem automatisch, auch das Auslesen erfolgt mittels eines Benchtop-Geräts selbsttätig, es wird also keinerlei teure, sperrige und schwere Ausrüstung benötigt. Die SAPHELY-Forscher konzentrierten sich auf Brust-, Prostata-, Lungen- sowie Darmkrebs und es gelang ihnen dabei, die Reihe der aussagekräftigen mikroRNS-Biomarker für diese Krebsarten einzugrenzen, wobei sie eine Diagnosegenauigkeit von über 90 % erreichten. Die Zukunft von SAPHELY Bislang hat die SAPHELY-Technologie ein quasi-kommerzielles Format erreicht, wobei die photonischen Chips sowie die Kartuschen in einem Format produziert werden, das für die Massenproduktion geeignet ist. Neben den Schritten, die für die Datenanalyse notwendig sind, haben die Forscher erfolgreich eine kompakte Ausrüstung für den automatisierten Betrieb entwickelt. Das POC-Gerät wird sich durch geringe Kosten auszeichnen und einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, Massen-Screening-Programme durchzuführen. Die komplexe Beschaffenheit von Blutproben, die zu unspezifischen Interferenzen führt, stellte die Forscher vor verschiedene fachliche Herausforderungen. Der Prototyp verfügt noch nicht über die nötige Sensitivität, um die äußerst geringen Konzentrationen von mikroRNS-Biomarkern in Blut nachzuweisen. Trotz der Tatsache, dass die klinische Bewertung der Technologie noch aussteht, haben Partner von SAPHELY die kostengünstige Produktion des POC-Gerätes zugesagt. Sie hoffen, den Prototyp zu einem Serienprodukt weiterentwickeln zu können, sobald die Analyseleistung optimiert ist. Dr. García-Rupérez ist zuversichtlich, dass „das SAPHELY-Gerät einen erheblichen Einfluss auf die Krebsdiagnose und das klinische Management haben wird und auch Behandlungskosten reduzieren sowie Überlebensraten steigern wird.″ Zudem kann die Ausrüstung in anderen Bereichen eingesetzt werden, wo bestimmte Substanzen detektiert werden müssen, wie etwa bei der Umweltüberwachung, der Lebensmittelkontrolle oder bei der chemischen und biologischen Sicherheit.
Schlüsselbegriffe
SAPHELY, Krebs, mikroRNS, POC, patientennahe Labordiagnostik, Biomarker, Kartusche, Nanophotonik, molekulare Signalsonde
