Jülich, 9. März 2016 – Ein deutsch-australisches Forscherteam hat ein neues Verfahren entwickelt, das Krebs-Schnelltests mit Biosensoren ermöglichen soll. In Laborversuchen ist das bioelektrochemische Sensorverfahren schneller und sensibler als herkömmliche Tests. Die Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich und der University of South Australia wollen die Zuverlässigkeit nun mithilfe von Studien am Menschen belegen. Forscher vom Jülicher Peter Grünberg Institut lieferten das technische Know-how: Sie entwickelten und bauten die hochempfindlichen Silizium-Nanodraht-Transistoren. Ihre Entwicklung stellt das Forscherteam in der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift "ACS Nano" vor.
Jülicher Wissenschaftler haben gemeinsam mit Forschern der University of South Australia ein bioelektronisches Sensorverfahren zur schnellen Entdeckung von Krebszellen, beispielsweise bei Brust- und Darmkrebs entwickelt: Von der Aufbereitung der Probe bis zum Ergebnis braucht es keine 30 Minuten. Damit könnte das Verfahren dem Chirurgen künftig noch im Operationssaal Ergebnisse über weitere Tumorzellen in den Lymphknoten liefern. Das Sensorsystem ist so empfindlich, dass es unter Versuchsbedingungen sogar eine einzelne Krebszelle in einem Lymphknoten anzeigt. Und auch im Blut zirkulierende Tumorzellen von Darmkrebspatienten spürt es auf.
"Wir haben einen hochempfindlichen Test entwickelt, der bisherigen klinischen Standards überlegen sein könnte. Aber das müssen wir noch in klinischen Studien belegen", sagt Prof. Andreas Offenhäusser vom Jülicher Peter Grünberg Institut - Bioelectronics und Mitautor der deutsch-australischen Studie. Er leitet auch die Helmholtz Nanoelectronic Facility, in dem die Silizium-Nanodraht-Transistoren entstanden sind. Dass die mikroelektronischen Bauelemente aufgrund ihres Oberflächen-Volumen-Verhältnisses sehr sensitiv sind, ist in der Wissenschaft allgemein bekannt. "Dass wir damit sogar einzelne Krebszellen nachweisen können, hat uns dann doch sehr überrascht", sagt Offenhäusser.
Um die Tumorzellen zu diagnostizieren, haben die Bioelektroniker die Silizium-Nanodraht-Transistoren mit Antikörpern bestückt. Die Gewebe- oder Blutprobe mit den Tumorzellen von Darmkrebspatienten oder humanisierten Mäusen wird als Zelllösung aufbereitet, die die Forscher langsam und gezielt über den Mikrochip mit den Sensoren fließen lassen. Die Antigene der Krebszellen binden nun an die Antikörper: "Die Krebszelle bleibt sozusagen hängen", erklärt Offenhäusser. Dadurch verändert sich das Oberflächenpotenzial am Gate des Transistors, was zu einer veränderten Stromstärke im Nanodraht-Transistor führt. "Und genau diese Veränderung lässt sich messen", so der Forscher.
"Mit dieser Methode könnte sich die Zahl der Krebsfolge-Operationen von Brust- und Darmkrebspatienten deutlich reduzieren lassen", sagt Dr. Duy P. Tran, Erstautor der Studie. Der Vietnamese hat während seiner Promotion in Australien an dem Thema gearbeitet und war in dieser Zeit zweimal für je sechs Monate als Gastwissenschaftler am Forschungszentrum Jülich. Mittlerweile arbeitet er bei einem Startup-Unternehmen in Deutschland.
Auch als Schnelltest für Darmkrebs könnte sich das Verfahren in einigen Jahren eignen. "Bis die Nanodraht-Transistoren als Schnelltest in der Arztpraxis oder im OP eingesetzt werden, müssen wir die Technologie noch robuster und sensibler machen, doch die bisherigen Testergebnisse sind sehr vielversprechend", so Offenhäusser. Läuft alles nach Plan, starten die klinischen Studien in zwölf bis 24 Monaten.
Originalveröffentlichung:
Towards Intraoperative Detection of Disseminated Tumour Cells in Lymph Nodes with Silicon Nanowire Field Effect Transistors.
Duy P. Tran, Marnie A. Winter, Bernhard Wolfrum, Regina Stockmann, Chih-Tsung Yang, Mohammad P. Moghaddam, Andreas Offenhäusser, and Benjamin Thierry.
ACS Nano 2016, 10, 2357−2364. DOI: 10.1021/acsnano.5b07136.
Duy P. Tran, Marnie A. Winter, Bernhard Wolfrum, Regina Stockmann, Chih-Tsung Yang, Mohammad P. Moghaddam, Andreas Offenhäusser, and Benjamin Thierry.
ACS Nano 2016, 10, 2357−2364. DOI: 10.1021/acsnano.5b07136.
Weitere Informationen:
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Andreas Offenhäusser
Bioelectronics (PGI-8/ICS-8)
Tel: 02461 61-2330
E-Mail: a.offenhaeusser@fz-juelich.de
Bioelectronics (PGI-8/ICS-8)
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