30.09.2022 - American Chemical Society (ACS)

Biosensor erkennt Hirntumore mit weniger als einem Tropfen Blut

Trotz bedeutender Fortschritte ist die Sterblichkeit bei Hirntumoren nach Angaben des National Cancer Institute mit einer Fünfjahresüberlebensrate von 36% nach wie vor hoch. Genauere Diagnosen könnten die Situation verbessern, aber Gewebebiopsien sind invasiv und können wichtige Informationen über die Beschaffenheit eines Tumors übersehen. Bildgebende Verfahren bieten dagegen keine ausreichende Empfindlichkeit und Auflösung. Jetzt haben Forscher, die in ACS Nano berichten, einen Biosensor entwickelt, der Ärzten helfen könnte, Hirnkrebs anhand einer winzigen Blutprobe präzise zu diagnostizieren.

Um Hirnkrebs wirksam behandeln zu können, müssen Ärzte nicht nur das Vorhandensein eines bösartigen Tumors bestätigen, sondern auch feststellen, ob er dort entstanden ist (Primärtumor) oder von anderen Organen ins Gehirn gewandert ist (Sekundärtumor). Außerdem müssen die Ärzte wissen, wo sich der Tumor im Organ befindet. Da kein bestehendes Diagnoseverfahren diese Aufgabe ohne Operation oder schmerzhafte Lumbalpunktion bewältigen kann, wollten Bo Tan und seine Kollegen einen nicht-invasiven Test entwickeln, der eine winzige Menge Serum verwendet.

Die Forscher benutzten hochintensive Laserstrahlen, um 3D-Nickel-Nickeloxid-Nanoschichten auf einem Nickelchip zu bilden. Dieser Prozess führte zu einem ultrasensiblen Biosensor, mit dem sie winzige Mengen von Tumormaterialien wie Nukleinsäuren, Proteine und Lipide nachweisen konnten, die durch die Blut-Hirn-Schranke in den Blutkreislauf gelangt sind. Der Sensor detektierte diese Komponenten mit einer Methode, die als oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie bekannt ist und molekulare Profile oder Fingerabdrücke für jede Probe erstellt. Die Forscher analysierten diese Profile dann mit einem neuronalen DEEP-Netz, um Hinweise auf einen Hirntumor zu finden und dessen Typ zu definieren sowie seine Lage im Gehirn vorherzusagen.

Mit Hilfe der Flüssigbiopsie-Plattform konnten die Forscher Hirntumore aus nur fünf Mikrolitern Blutserum erkennen und sie mit 100%iger Spezifität und Sensitivität von Brust-, Lungen- und Darmkrebs unterscheiden. Ähnlich erfolgreich waren sie bei der Unterscheidung zwischen primären Hirntumoren und sekundären Tumoren, die von der Lunge oder der Brust ins Gehirn metastasiert hatten. Die Profilanalyse ermöglichte es den Forschern außerdem, mit 96%iger Genauigkeit zu bestimmen, in welchem von neun Hirnkompartimenten sich der Tumor befand. Da der Test nicht invasiv ist, sollten Fachleute im Gesundheitswesen die Krebsentwicklung im Laufe der Zeit überwachen können, um bessere Behandlungsentscheidungen treffen zu können, so die Forscher.

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