Point-of-Care-Gerät zeigt vielversprechende Ergebnisse bei der Früherkennung von Brustkrebs
Patientennahe Flüssigbiopsie-Assays könnten die herkömmlichen Diagnostikmethoden erheblich verbessern, indem sie bei einem einzigen Besuch schnelle Diagnostikergebnisse (innerhalb von Minuten bis Stunden) liefern und damit die Erfolgsaussichten von Behandlungen deutlich erhöhen. Niedrige Biomarkerkonzentrationen können jedoch die Krebserkennung beeinträchtigen und eine geringe Spezifität kann die Unterscheidung zwischen Tumormaterial und nicht-kanzerösen Anomalien erschweren. Darüber hinaus führt der Mangel an standardisierten Protokollen und Validierungsverfahren zu einer Variabilität der Methoden und Ergebnisse, wobei die Befundung auch von multidisziplinärem Fachwissen abhängt. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts SERENA wurde eine Diagnostikplattform entwickelt, die vielversprechend für die Überwachung von Biomarkern des dreifach negativen Brustkrebses (TNBC) ist, da sie kleine und lange RNA-Sequenzen innerhalb von Minuten mit hoher Sensitivität und Spezifität nachweist. „Die Schnelligkeit, Tragbarkeit und Benutzungsfreundlichkeit unseres Geräts machen es zu einem idealen Gerät für Point-of-Care-Anwendungen, die eine Vor-Ort-Diagnose und sofortige Entscheidungsfindung durch Fachkräfte im Gesundheitswesen ermöglichen. Das Modul für die Nahfeldkommunikation ermöglicht die Überwachung von Biomarkern in Echtzeit für personalisierte Behandlungen“, sagt SERENA-Koordinator Arben Merkoçi.
Überwachung von Biomarkern für dreifach-negativen Brustkrebs
SERENA zielt speziell auf dreifach-negativen Brustkrebs ab, eine besonders aggressive Form von Krebs, die schwieriger zu behandeln ist, da ihr die drei häufigsten Rezeptoren fehlen, die bei anderen Krebsarten vorkommen. Angesichts des erhöhten Risikos für Betroffene mit dreifach-negativem Brustkrebs, innerhalb von fünf Jahren nach der Diagnose zu sterben, ist die Früherkennung von entscheidender Bedeutung. „Indem wir Frauen ein kosteneffizientes, nicht-invasives Früherkennungsinstrument anbieten, wollen wir die Überlebensraten verbessern und die Kluft zwischen den Geschlechtern in der Medizin überbrücken“, erklärt Marianna Rossetti, Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiatin und leitende Forscherin. Die SERENA-Plattform überwacht mehrere Biomarker des dreifach-negativen Brustkrebses aus nicht-kodierenden RNAs: Mikro-RNAs (miRNAs) mit etwa 20-25 Nukleotiden und längere nicht-kodierende RNAs (lncRNAs), die typischerweise über 200 Nukleotide aufweisen. Heute ist bekannt, dass RNA-Moleküle wichtige Regulatoren verschiedener biologischer Prozesse sind, darunter auch Krebs, wobei miRNAs und lncRNAs aufgrund ihrer dysregulierten Expressionsmuster in Tumorzellen als vielversprechende Krebs-Biomarker gelten. Jüngste Studien weisen auch auf ihren Einfluss auf den Tumorbildungsprozess hin. „Diese Moleküle können in Blut, Serum, Plasma, Urin und Speichel nachgewiesen werden, was ideal für die nicht-invasive Krebsdiagnostik und -überwachung auf der Grundlage von Flüssigbiopsien ist“, so Merkoçi.
Verknüpfung modernster DNA- und Nanotechnologietechniken
Im Rahmen von SERENA wurden die einzigartigen Eigenschaften von Graphen-Nanopartikel-Hybrid-Verbundwerkstoffen genutzt, um miniaturisierte siebgedruckte Elektroden (SPE) zu schaffen, die auf einem elektrochemischen Gerät für den Point-of-Care-Einsatz montiert sind. Mithilfe der Infrarot-Lasertechnologie wurden Elektroden mit reduziertem Graphenoxid hergestellt, um die Sensitivität und Selektivität der Biosensoren zu verbessern; sie sind mit Gold-Nanopartikeln beschichtet, um eine bessere elektrochemische Leistung zu erzielen. Diese Anordnung wurde dann an flexiblen Trägern befestigt. An die Graphen-Nanopartikel-Hybrid-Verbundwerkstoffe wurden DNA-Sonden angebracht, die wie ein Puzzleteil perfekt zu Teilen der Ziel-miRNAs oder -lncRNAs passen. Wenn Zielmoleküle vorhanden sind, binden sie sich an die komplementären Sonden und bilden Hybride, wodurch sich das elektrische Signal verändert, was die Präsenz der Zielmoleküle anzeigt. In Tests zur Sensitivität, Selektivität und Reproduzierbarkeit wurde die elektrochemische Reaktion der Elektroden in Anwesenheit von Zielnukleinsäuren und zur Festlegung von Nachweisgrenzen bewertet, wobei gleichzeitig experimentelle Parameter wie Hybridisierungszeiträume und -temperatur optimiert wurden. Das Team bewertete zudem die Spezifität der Plattform, indem es ihre Reaktion auf Nicht-Ziel-Nukleinsäuren oder potenziell störende Substanzen, die häufig in biologischen Proben vorkommen, testete.
Universeller Zugang zu hochwertiger Gesundheitsversorgung
Brustkrebs ist die am häufigsten diagnostizierte Krebserkrankung in der EU, mit fast 380 000 Fällen im Jahr 2022, was den dringenden Bedarf an innovativen Ansätzen wie dem von SERENA verdeutlicht. Das tragbare Gerät von SERENA unterstützt zudem die Bestrebungen der EU, den universellen Zugang zu einer qualitativ hochwertigen Gesundheitsversorgung zu gewährleisten, um die gesundheitliche Ungleichheit abzubauen. Um das Gerät für die praktische Anwendung vorzubereiten, müssen zunächst groß angelegte Validierungsstudien in klinischen Umgebungen und bei unterschiedlichen Patientengruppen durchgeführt werden. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts 2D-BioPAD trägt Rossetti nun zur Entwicklung einer „weichen Graphen-Bio-Plattform zur Früherkennung und Überwachung der Alzheimer-Krankheit am Point-of-Care“ bei.
Schlüsselbegriffe
SERENA, Brustkrebs, Flüssigbiopsie, Assay, Biomarker, Diagnostik, RNA, Elektroden, Nanopartikel, Graphen
