22.01.2021 - Chinese Academy of Sciences

Einzelzelltest kann genau zeigen, wie Medikamente Krebszellen töten

Neue Methode zeigt, wie Pharmazeutika den Tod von Krebszellen auslösen und wie sich Krebszellen anpassen

Krebszellen sind schlau, wenn es um Krebsmedikamente geht. Sie entwickeln sich weiter und werden mit der Zeit selbst gegen die stärksten Chemotherapien resistent. Um dieses ausweichende Verhalten zu bekämpfen, haben Forscher eine Methode namens D2O-probed CANcer Susceptibility Test Ramanometry (D2O-CANST-R) entwickelt, um auf Einzelzell-/Organellebene zu sehen, wie Pharmazeutika den Tod von Krebszellen induzieren und wie sich Krebszellen anpassen.

Die Forschung, die vom Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) durchgeführt wurde, wurde am 12. Januar in Analytical Chemistry, einer Zeitschrift der American Chemical Society, veröffentlicht.

"Das Verständnis des Mechanismus der zellulären Reaktion auf Medikamente und pharmazeutische Therapien ist entscheidend für die Verbesserung der Krebsbehandlung", sagte der Autor der Studie, XU Jian, Direktor des Einzelzellzentrums am QIBEBT. Er erklärte, dass Krebszellen einer Chemotherapie widerstehen können, indem sie ihre Stoffwechselaktivität verändern, um sich an den Medikamentenstress anzupassen, aber wie genau das geschieht, ist nur unzureichend verstanden. "Es werden Ansätze benötigt, um die besonderen Auswirkungen eines Medikaments auf die Stoffwechselaktivität von Krebszellen schnell zu beleuchten. Dies ist klinisch wichtig, da eine präzise und individuelle Verabreichung von Krebs-Chemotherapie entscheidend ist, um das Leben von Krebspatienten zu retten."

Maryam Hekmatara, eine Doktorandin der XU, und ihre Mitarbeiter koppelten einen leistungsfähigen Algorithmus mit der Raman-Spektroskopie, bei der mit Hilfe eines Lasers Photonen in einer Probe angeregt werden, um strukturelle Informationen, einschließlich Wechselwirkungen, aufzudecken. Sie untersuchten, wie Rapamycin, ein Krebsmedikament, die Stoffwechselaktivität in einer menschlichen Krebszelllinie und in Hefe verändert.

Ihre Methode enthüllte die Veränderungen, die kleine Organellen im Inneren der Zellen bei der Energienutzung und dem Energieverbrauch machten. Mit einem Auflösungsvermögen von weniger als einem Mikrometer - die Breite eines menschlichen Haares beträgt zum Vergleich typischerweise 80 bis 100 Mikrometer - hat der Ansatz das Potenzial, den Stoffwechsel in einer Krebszelle mit sehr feinen Details aufzudecken.

"Die Methode ist in der Lage, Veränderungen im Lipid- und Protein-Stoffwechsel schnell und präzise zu verfolgen und zu unterscheiden - die hemmende Wirkung von Rapamycin", sagte Hekmatara und merkte an, dass die Methode nur wenige Tage benötigt, verglichen mit traditionellen Tests, die viel länger dauern können, um zu sehen, ob die Zellen eines einzelnen Patienten positiv auf ein Medikament reagieren. "Es ist auch sehr präzise, da es die Reaktionen von Krebszellen auf Medikamente in der Auflösung einer einzelnen Zelle und einer einzelnen Organelle unterscheiden kann, was entscheidend für das Verständnis ist, warum das Medikament wirksam ist - oder nicht."

Die Forscher planen, weiter zu untersuchen, wie Zellen resistent werden, sowie ihre Methode als personalisierten Ansatz weiter zu entwickeln, um das wirksamste Krebsmedikament für einen Patienten zu bestimmen.

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