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Selbstschnelltest auf Brustkrebs

Bis zur gesicherten Diagnose von Brustkrebs ist es für eine wirksame Behandlung meist zu spät. Das Projekt SHINE demonstrierte nun die Machbarkeit eines tragbaren, kostengünstigen Diagnosesystems zur Erkennung von DNA-Mutationen im Blut, das auch ohne medizinisches Fachwissen oder in Regionen mit begrenzter medizinischer Versorgung eingesetzt werden kann.

Gesundheit

Die Mammographie gilt allgemein als „Goldstandard“ in der Brustkrebsvorsorge und ist die bislang einzig bewährte Testmethode zur Senkung der Sterblichkeitsrate. Für dichteres Brustgewebe und entsprechend höheres Erkrankungsrisiko ist Mammographie allerdings nicht immer aussagefähig genug und kommt in der Regel auch erst ab einem Alter von 40 Jahren in Betracht. Andere diagnostische Verfahren wie Magnetresonanztomographie (MRT), Biopsie und Szintigraphie sind aufwendig und erfordern Laboranalysen, was sie für Routineuntersuchungen ungeeignet macht. Hinzu kommt, dass diese Optionen in einkommensschwachen Ländern mit knappen medizinischen Ressourcen und begrenzter Zahl an spezialisierten Fachkräften weniger in Frage kommen. Das über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierte Projekt SHINE führte eine Machbarkeitsstudie für einen Schnelltest durch, der mittels elektrochemischer Sensoren und Mikrofluidik Brustkrebs erkennt, indem ein Bluttropfen auf einen Teststreifen aus Papier gegeben wird. „Die Flüssigbiopsie wurde 2017 vom Weltwirtschaftsforum unter den ersten 10 aufstrebenden neuen Technologien gelistet. Um dieses Potenzial auszuschöpfen, ist unser PoC-Schnelltest (Point-of-Care) SHINE ohne medizinisches Fachwissen anwendbar, da sein Funktionsprinzip so einfach ist wie beim Glukosesensor eines Diabetesschnelltests. Auf dieser Basis können sich Frauen dann zügiger ärztlich untersuchen lassen“, erklärt Projektleiter Arben Merkoçi vom koordinierenden Katalanischen Institut für Nanowissenschaften und Nanotechnologie.

Vorteile einer Flüssigbiopsie

Mit Flüssigbiopsien, die DNA- und RNA-Mutationen in Blutproben nachweisen, eröffnen sich neue diagnostische Möglichkeiten. Seine elektrochemische Diagnoseplattform entwickelte SHINE durch Kombination von Molekularbiologie, Nanomaterialien, DNA-Nanotechnologie und im Druckverfahren hergestellten Bauelementen. Dabei wurden für den Prototypen mit einem Wachsdrucker Wachsschablonen auf Filterpapier gedruckt. Im Siebdruckverfahren wurde anschließend ein Dreielektrodensystem gedruckt, wobei für die Referenzelektrode Ag/AgCl-Tinte und für die Arbeits- und Gegenelektroden Graphittinte verwendet wurde. Damit die Elektroden auch geringe Konzentrationen von DNA/RNA nachweisen können, wurden auf den Nachweisbereich der Elektroden mittels Tropfenguss Goldnanopartikel aufgebracht. Die DNA-Sonden für die Detektion der Sequenzmutation wurden auf einem Papierstreifen fixiert. Der Test der Plattform erfolgte mit einer Blutprobe, die eine einzelne DNA-Sequenz der Brustkrebs-assoziierten Mutation H1047R enthielt. Dabei wurden zwei Varianten bewertet: Signal AUS und Signal EIN. Bei Signal AUS wird die Sonde mit elektrochemischen Substanzen markiert, sogenannten Redoxmediatoren, und bei Erkennung der Sequenzmutation nimmt das elektrochemische Signal ab. Bei der Variante Signal EIN wird der Redoxmediator erst hinzugegeben, wenn die Mutation von der Sonde erkannt wird und die Elektrode daraufhin eine größere Menge des Redoxmediators adsorbiert, was das Signal verstärkt. „Die Sensitivität der Plattform gegenüber den Zielsubstanzen wurde auf eine Nachweisgrenze von sechs Nanomol festgelegt. Damit entspricht sie der Sensitivität eines ELISA-Tests, ist aber weniger empfindlich als die zeitaufwendigen PCR-Methoden“, erklärt Studienleiter Stefano Cinti. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse im Fachblatt „Analytical Chemistry“.

Personalisierte patientennahe Versorgung

Laut der Weltgesundheitsorganisation erhielten im Jahr 2020 23 Millionen Frauen die Diagnose Brustkrebs, von denen 685 000 Frauen starben. Mit 7,8 Millionen Frauen, bei denen in den letzten fünf Jahren Brustkrebs diagnostiziert wurde und die bis mindestens Ende 2020 überlebten, ist dies die häufigste Krebserkrankung der Welt. Um dieser Entwicklung zu begegnen, muss die Erkrankung frühestmöglich erkannt werden. „Mit SHINE könnte es eines Tages gelingen, dass jeder überall auf der Welt einen häuslichen Selbsttest durchführen kann, um bösartige Tumore zu erkennen, was insbesondere Menschen in abgelegenen Regionen zugutekommen wird. Diese Technologie könnte neue Möglichkeiten für die personalisierte Versorgung bieten“, fügt Merkoçi hinzu. Im nächsten Schritt will das Projekt nun weitere Fördermittel für klinische Studien beantragen.

Schlüsselbegriffe

SHINE, Diagnose, Brustkrebs, Vorsorgeuntersuchungen, personalisierte Versorgung, Redoxmediator, DNA, RNA, Sonde, Elektrode, Nano

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