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Innovative Methode zur Erkennung von Krebszellen im Blut

Bei den derzeitig verfügbaren Methoden für die Erkennung bestimmter Zelltypen im Blut sind arbeitsaufwändige Markierungstechniken mit Biomarkern erforderlich. Ein EU-finanziertes Projekt hat ein innovatives markierungsfreies System entwickelt, das seltene Tumorzellen mithilfe von elektrischen Signalen erkennt.

Gesundheit

Seltene, aus Tumoren stammende Zellen können sich in der Blutbahn fortbewegen und sich so manchmal zu anderen Organen im Körper ausbreiten. Doch da zirkulierende Tumorzellen (CTC) so selten sind, ist die Erkennung so schwierig wie eine Nadel in einem Heuhaufen zu finden. „In einem Milliliter Blut gibt es nur wenige zirkulierende Tumorzellen, aber Millionen oder gar Milliarden andere Zellen wie zum Beispiel weiße und rote Blutkörperchen“, so Wim de Masche, Leiter des Projekts pureCTC und Professor an der Fakultät für Verfahrenstechnik der Freien Universität Brüssel, Belgien. „Es ist nicht einfach, alle Krebsarten zu erkennen.“ Die derzeitig verfügbaren Systeme zur Erkennung bestimmter Zelltypen erfordern eine Vormarkierung mit Biomarkern. Aufgrund der breiten Vielfalt an zirkulierenden Tumorzellen wäre diese Methode aber umständlich und kompliziert. Um auf die Markierung verzichten zu können und eine allgemeine Methode zur Erkennung von zirkulierenden Tumorzellen verschiedener Krebsarten zur Verfügung zu stellen, entwickelte das Projekt eine mikrofluidische Plattform für Hochdurchsatzscreening, mit der zirkulierende Tumorzellen mithilfe von elektrochemischen Methoden auf der Ebene einzelner Zellen erkannt und isoliert werden können.

Ein markierungsfreies System

Verschiedene Krebszellen haben verschiedene elektrische Eigenschaften, die mithilfe von elektrischen Signalen erkannt werden können. Die Technik elektrochemische Impedanzspektroskopie wurde zur Erkennung der zirkulierenden Tumorzellen eingesetzt. „Wenn die Zellen vorbeifließen, wird ein oszillierendes elektrisches Signal angewandt, das dann ein Ergebnis anzeigt. Auf der Grundlage dieser Signatur können Krebszellen von weißen und roten Blutkörperchen unterschieden werden“, erläutert de Malsche. „Wir haben eine Plattform entwickelt, die aus zwei gekoppelten Geräten besteht“, berichtet Sertan Sukas, derzeit Postdoktorand an der Fakultät für Biomedizintechnik der Technischen Universität Eindhoven, Niederlande. Er erhielt ein zweijähriges Stipendium des Marie-Skłodowska-Curie-Programms, um für das Projekt ein spezielles interdisziplinäres Labor an der Freien Universität Brüssel aufzubauen. „In der ersten Komponente wird die Blutprobe mithilfe von akustischer Fokussierung und Akustophorese transportiert und angereichert. Im zweiten Schritt wird der Detektor eingesetzt, der aus integrierten Elektroden zur Impedanzerfassung besteht“, so Sukas. Bei der Akustophorese werden die Partikel mithilfe von Schallwellen bewegt. Die einzelnen Zellen können durch die Elektroden des Detektors befördert werden, um die elektrischen Eigenschaften jeder einzelnen Zelle zu erfassen.

Frühphase

In den Experimenten wurde Blut gesunder Menschen mit Krebszellen gemischt. „Im Labormaßstab haben wir die Wirksamkeit nachgewiesen“, sagt Sukas. „Wir befinden uns immer noch in der Frühphase und haben bisher nur mit Krebszelllinien gearbeitet. Später können die elektrischen Eigenschaften jedoch an die Eigenschaften der Zellen angepasst werden“, so Sukas weiter. „Bisher konnten wir nicht mit Proben von Patientinnen und Patienten aus Krankenhäusern arbeiten, wir müssen also zum nächsten Schritt übergehen und unsere Methode klinisch beweisen.“ „Wir werden versuchen, einige Krebsarten zu erkennen und eine Datenbank zu erstellen. Die Daten haben wir jedoch noch nicht – dazu benötigen wir erst einen optimierten Sensor, an dem wir noch arbeiten.“ Sukas weiter: „Schließlich entwickelten wir ein empfindliches elektrisches Erkennungssystem, das das Potenzial aufweist, zirkulierende Tumorzellen von den übrigen Blutzellen unterscheiden zu können. Außerdem kann es potenziell als Hämatologie-Analysegerät verwendet werden, um beispielsweise Aufschluss über den Inhalt von weißen Blutkörperchen zu geben.“ „Mithilfe eines markierungsfreien Systems können wir weitere Analysen durchführen“, fügt Sukas hinzu und merkt an, dass dieses System empfindlicher ist als das übliche Markierungssystem mit Biomarkern. Bald soll auch ein Patent für das Gerät angemeldet werden.

Schlüsselbegriffe

pureCTC, Blutzellen, Krebs, Krebszellen, Tumor, Biomarker, Akustophorese, mikrofluidisch, Impedanzerfassung

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