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Biopsie-Alternative: Gerät holt Krebszellen aus Blut

Künstlerische Darstellung von Blutkörperchen und einer Krebszelle im Blutstrom. (Bild: 4X-image/iStock)

Welche Merkmale hat die Krebserkrankung? Drohen Metastasen? Antworten auf diese Fragen liefern bisher die Untersuchung von Zellen, die einem Tumor durch eine Biopsie entnommen werden. Zu dieser invasiven Methode könnte es nun allerdings bald eine schonendere und möglicherweise sogar aufschlussreichere Alternative geben, berichten Forscher. Sie haben den Prototyp eines tragbaren Geräts entwickelt, das kontinuierlich Krebszellen direkt aus dem Blut eines Patienten sammeln und für Untersuchungen bereitstellen kann. Die ersten Tests an Hunden haben zu vielversprechenden Resultaten geführt.

Sie haben bösartige Merkmale, die sie außer Kontrolle geraten lassen – so beginnen Krebszellen schließlich zu wuchern und bilden einen Tumor in einem bestimmten Gewebe des Körpers. Doch das problematische Geschehen ist oft nicht auf den Entstehungsort beschränkt: Krebszellen lösen sich von dem Tumor und gelangen in den Blutstrom. Die meisten überleben zwar nicht, aber diejenigen, die es doch schaffen, können zum Saatgut neuer Krebstumore avancieren: Aus ihnen bilden sich die gefürchteten Metastasen, die oft gefährlicher sind als der Primärtumor. Dies bedeutet, dass aus Blut gewonnene Krebszellen bessere Informationen für die Planung von Behandlungen liefern könnten als solche aus einer herkömmlichen Biopsie, sagen die Forscher um Sunitha Nagrath von der University of Michigan in Ann Arbor.

Wie sie erklären, ist die Freisetzungsrate von Tumoren teils beachtlich hoch: In nur einer Minute können mehr als 1000 Krebszellen in den Blutkreislauf gelangen. Nagrath und ihr Team haben in den vergangenen Jahren bereits Techniken entwickelt, um diese zirkulierenden Zellen mithilfe von spezifischen Antikörpern aus Blutproben zu fischen. Doch bisher war die Ausbeute dabei häufig gering. Selbst bei Patienten mit fortgeschrittenem Krebs gelingt es manchmal nicht, Krebszellen aus Blutproben herauzufiltern.

Wie lässt sich die Ausbeute erhöhen?

So entstand die Idee, Blut kontinuierlich in das Nachweisgerät laufen zu lassen, um mehr Ausbeute zu ermöglichen. Konkret heißt das: Im Rahmen von ein paar Stunden wird einem Patienten über einen Venenzugang fortlaufend Blut entnommen, das in das Analysegerät läuft und anschließend wieder zurück in die Vene. Das Kernstück ist eine Art Chip, der in Nagraths Labor bereits zuvor entwickelt wurde. Er besteht aus dem Nanomaterial Graphenoxid in Kombination mit Molekülketten, die mit Krebs-spezifischen Antikörpern bestückt sind. Sie reagieren gezielt auf die vorbeiwandernden Krebszellen im Blut und halten sie fest. Wie die Forscher erklären, kann der Chip anschließend auch zum Züchten der gefangenen Krebszellen verwendet werden, um größere Proben für weitere Analysen der Krebs-Merkmale zu erzeugen.

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Blut kontinuierlich durch das System laufen zu lassen, scheint eine naheliegende Lösung zu sein – doch wie die Forscher berichten, steckte der Teufel im Detail. „Es war schwierig alle Komponenten in ein einziges Gerät zu integrieren und vor allem sicherzustellen, dass das Blut nicht gerinnt, die Zellen den Chip nicht verstopfen und dass das gesamte Gerät vollständig steril ist“, sagt Co-Autor Tae Hyun Kim. So entwickelten sie Verfahren zum Mischen des Blutes mit Heparin in dem Gerät – einem Medikament, das die Gerinnung verhindert. Außerdem entwickelten sie Sterilisationsmethoden, die Bakterien abtöten, ohne aber die Antikörper auf dem Chip zu beschädigen. Abgerundet wird das Konzept von Elektronik und kleinen Pumpen, die das Blut befördern. So ist ein Gerät entstanden, das am Handgelenk getragen werden könnte, während es mit einer Vene im Arm verbunden ist.

Vielversprechende Testergebnisse

Ob das Verfahren halten kann, was es verspricht, haben die Forscher bereits an Hunden getestet. Ihnen wurden dazu menschliche Krebszellen in die Blutbahn gespritzt – was für die Tiere nicht bedrohlich ist: Das Immunsystem kann die fremden Zellen später problemlos beseitigen. Nach der Injektion erhielten die Hunde ein mildes Beruhigungsmittel und wurden an das Gerät angeschlossen. Es scannte dann innerhalb von zwei Stunden ein bis zwei Prozent des Blutes der tierischen Probanden. So zeigte sich, dass das neue Verfahren tatsächlich deutlich mehr Krebszellen aus dem Blut holen kann, als es bisher möglich war.

DDie Forscher planen das Gerät nun auch weiterhin mithilfe von Hunden zu optimieren: Sie wollen das System verwenden, um Krebszellen von an Krebs erkrankten Hunden zu erfassen. Die Wissenschaftler entwickeln dazu momentan Chips mit Antikörpern, die auf Proteine an der Oberfläche von Brustkrebszellen von Hunden reagieren. Nach ihrer Einschätzung können vermutlich in drei bis fünf Jahren dann auch Versuche am Menschen beginnen. Co-Autor Studie Daniel F. Hayes sagt dazu abschließend: „Niemand mag Biopsien. Wenn wir allerdings genügend Krebszellen aus dem Blut bekommen können, könnten auch sie dazu dienen, etwas über die Tumorbiologie zu erfahren und die Patienten gezielt zu behandeln“, so der Brustkrebsexperte.

Quelle: University of Michigan, Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-019-09439-9

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