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Raman spectroscopy for early diagnosis of oral pre-cancer and cancer using minimally invasive samples

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Wegweisende Diagnostik für Vorstufen des Mundhöhlenkarzinoms

Eine innovative nicht-invasive Methode zur Früherkennung präkanzeröser oraler Läsionen soll die Behandlung von Mundhöhlenkarzinomen und die Überlebensraten verbessern.

Gesundheit

Mundhöhlenkarzinome stehen bei den häufigsten Krebserkrankungen weltweit an 18. Stelle. Im Jahr 2018 wurden 354 864 Neuerkrankungen und 177 384 Todesfälle gemeldet. Hauptrisikofaktoren sind Rauchen, Alkoholkonsum und Infektionen mit dem humanen Papillomavirus, HPV. „Prämaligne orale Läsionen wie Leukoplakie und Erythroplakie, d. h. weißliche bzw. dunkelrote Veränderungen der Schleimhaut, können das Krebsrisiko erhöhen“, erklärt Fiona Lyng, Projektkoordinatorin von RAMAN-Dx und Leiterin des Strahlen- und Umweltforschungszentrums (Radiation and Environmental Science Center, RESC) der Technologischen Universität Dublin, Irland. „Die einzelnen Stadien der Krebsvorstufen werden abhängig vom Schweregrad der zellulären und geweblichen Veränderung als leichte, mittelschwere oder schwere Dysplasie klassifiziert.“ Trotz Behandlungsfortschritten konnte die 5-Jahres-Überlebensrate bei Mundhöhlenkarzinomen bislang nicht signifikant verbessert werden und beträgt noch immer nur etwa 50 %. Problematisch ist hier vor allem, dass die Diagnose von Krebsvorstufen wesentlich von der visuellen und damit subjektiven Beurteilung abhängt. „So besteht dringender Bedarf an neuen objektiveren Techniken zur Erkennung prämaligner Läsionen“, wie Lyng betont. Vielversprechende Fortschritte wurden allerdings bereits bei optischen Spektroskopietechniken zur Charakterisierung von Geweben, Zellen und Biofluiden erzielt. So könnte sich insbesondere die Raman-Spektroskopie – ein gängiges Verfahren zur Identifizierung spezifischer Moleküle – zur Diagnose von Mundhöhlenkrebs eignen.

Höhere Genauigkeit bei Gewebsanalysen

Das Projekt RAMAN-Dx, unterstützt durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen, baute nun darauf auf. Es entwickelte auf Basis zeitgesteuerter Raman-Spektroskopie und oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie (SERS) zwei neue Nachweismethoden für prämaligne orale Läsionen. Zunächst wurde eine Bibliothek mit Speichel- und exfolierten Zellproben sowohl gesunder spendender Personen als auch von Patientinnen und Patienten des Dublin Dental Hospitals mit leichter, mittelschwerer und hochgradiger Dysplasie und Tumorerkrankung erstellt. Dann erfolgten zeitgesteuerte Raman-Messungen an exfolierten Zellen der Mundschleimhaut und SERS-Analysen der Speichelproben. Das Team erstellte eine umfassende Raman-Spektraldatenbank mit Proben von gesunden spendenden Personen sowie leichten, mittelschweren und schweren Dysplasieproben. „Unser Klassifizierungsmodell zeichnete sich durch hervorragende Sensitivität und Spezifität aus“, erklärt Lyng, „sodass wir Dysplasien anhand der Spektralanalyse der exfolierten Zellen und Speichelproben identifizieren konnten.“ Die Marie Skłodowska-Curie-Stipendiatin Amuthachelvi Daniel forschte hierfür sowohl an der Technologischen Universität Dublin als auch am Forschungszentrum VTT in Finnland. „Damit hatte Daniel die Möglichkeit, ihre berufliche Entwicklung in einem nicht-akademischen Umfeld außerordentlich zu fördern“, sagt Lyng. „Am Ende ihrer dortigen Forschungstätigkeit wurde ihr eine feste Position für spezialisierte Anwendungen bei Timegate Instruments angeboten, einer Unternehmensausgründung des VTT.“

Effektive Frühdiagnostik

Die im Rahmen des Projekts RAMAN-Dx entwickelten Methoden könnten nun zu effektiven Tests für eine Frühdiagnostik von Mundhöhlenkarzinomen weiterentwickelt werden. „Unsere Ergebnisse zeigten mögliche Anwendungen der Raman-Spektroskopie für nicht-invasive Probenanalysen auf, um zwischen gesundem Mund-Rachen-Raum und oraler Dysplasie zu unterscheiden“, fügt Lyng hinzu. „Durch Früherkennung von Krebsvorstufen und Überwachung oraler Läsionen anhand exfolierter Zellen und Speichelproben könnte der Bedarf an invasiven Gewebebiopsien deutlich reduziert werden. Zudem könnten diese Tests bei großflächigen oralen Läsionen die für eine Biopsie am besten geeignete Entnahmestelle aufzeigen.“ Der größte Vorteil für die Betroffenen besteht darin, dass Präkanzerosen früher erkannt werden und sich damit das Behandlungsergebnis und auch die Lebensqualität verbessern. Im nächsten Schritt sollen aus diesen wegweisenden Methoden neuartige kostengünstige Lösungen für die Frühdiagnose von Mundhöhlenkarzinomen und verdächtigen oralen Läsionen entwickelt werden.

Schlüsselbegriffe

RAMAN-Dx, Mundkrebs, Raman-Spektroskopie, Präkanzerose, Läsionen, Dysplasie

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