Bereits heute ist Krebs mit rund 40% die zweithäufigste Todesursache weltweit. Laut einer Statistik der European Commission von starben 2018 rund 9,6 Millionen Menschen an einer Form von Krebs. Das entspricht einem von sechs Todesfällen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass diese Zahl bis zum Jahr 2040 auf 70% ansteigen wird. Trotz aller Vorsorgeuntersuchungen werden Tumorerkrankungen häufig erst spät erkannt, was die Heilungschancen verringert.
Die traditionelle Diagnose und Überwachung von Krebs geschieht im Allgemeinen mittels Festgewebebiopsien, Ultraschalluntersuchungen und Magnetresonanztomographie (MRT). Eine neue, nicht-invasive Technik, die als Flüssigkeitsbiopsie bekannt ist, könnte diese Standardmethoden in Zukunft vielleicht ablösen. Bei einer Flüssigkeitsbiopsie wird aus Krebszellen freigesetzte DNA anhand eines einfachen Bluttests identifiziert, um verschiedene Informationen über den Tumor zu erhalten. Aktuell ist dieses Verfahren jedoch noch umständlich, relativ teuer und ineffizient, weshalb es nur selten zur Diagnose angewendet wird.
Ein internationales Forscherteam hat nun im Rahmen des EU-finanzierten CATCH-U-DNA-Projekt eine Technik zur Flüssigkeitsbiopsie entwickelt, die dank eines neuartigen Biosensors akustische Wellen zum Nachweis von Tumor-DNA verwendet. Laut Aussagen der Forscher könnte diese neuartige und hochempfindliche Technologieplattform künftig auch dazu verwendet werden, Patienten zuverlässiger und kostengünstiger zu überwachen und damit den Weg zu einer personalisierteren Behandlung zu ebnen.
Schneller und kosteneffizienter
„Wir haben uns auf den Nachweis der BRAF-V600E-Punktmutation konzentriert, die bei verschiedenen Krebsarten auftritt und eine hohe klinische Bedeutung für eine personalisierte Therapie hat”, sagt Projektkoordinatorin Electra Gizeli vom Institut für Molekularbiologie und Biotechnologie der FORTH in Griechenland. „Unser Ansatz weist erfolgreich und zuverlässig ein einziges Molekül genomischer DNA, das diese Mutation trägt, in 10.000 normalen DNA-Molekülen nach – und das alles in etwa zwei Stunden von der Probe bis zum Ergebnis.“
Die CATCH-U-DNA-Plattform würde ctDNA mit Hilfe des hochempfindlichen Allel-spezifischen Polymerase-Kettenreaktions-Assays (AS-PCR) identifizieren, bei dem nur DNA-Fragmente amplifiziert würden, die die Zielmutation enthalten, erklären die Wissenschaftler. Bisher muss das gewonnene Blutserum eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR) durchlaufen, um einen Nachweis von Tumor-DNA zu ermöglichen.
Erste Ergebnisse sehr vielversprechend
Bei der neuen Methode kombinieren die Forscher den Assay mit ihrem neuen Biosensor für akustische Wellen, „der winzige Mengen von ctDNA nachweisen kann und in der Lage ist, bei jedem Durchlauf mehrere Proben zu analysieren“. Die amplifizierte ctDNA werde auf dem Biosensor immobilisiert, was anschließend zur Bindung von Liposomen auf der Oberfläche des Geräts führe. Liposome werden zum Transport von Medikamenten oder anderen Substanzen in das Körpergewebe verwendet. Die Bindung dieser Liposome auf der Oberfläche verändert das akustische Signal und meldet so den Nachweis der Ziel-DNA.
Diese Methode zur Erfassung der Ziel-DNA, bei der keine teuren optischen Geräte für die Standarddetektion mittels Fluoreszenz nötig sind, gilt als zentrale Innovation des CATCH-U-DNA-Projekts. „Wir sind derzeit dabei, die Technologie anhand von Gewebe- und Plasmaproben von Melanom-, Darm- und Lungenkrebspatienten zu validieren, die von unserem klinischen Partner, der Universität von Kreta, gewonnen wurden”, sagt Gizeli. „Die bisherigen Ergebnisse sind sehr vielversprechend. In den kommenden Monaten werden wir unsere Validierungsstudien zum Nachweis von ctDNA aus Patientenproben und im Rahmen einer Flüssigkeitsbiopsie abschließen.“
Das Projekt ist Teil des FET Open Horizon 2020 Programms, das die wissenschaftliche und technologische Forschung im Frühstadium für radikal neue Zukunftstechnologien unterstützt.