Früherkennung zum Inhalieren: Nanopartikel weisen Lungenkrebs nach

Etwa jeder dreißigste Raucher erkrankt im Laufe seines Lebens an Lungenkrebs, das Risiko ist umso größer, je mehr man raucht. Viele Ärzte in Deutschland fordern daher, schwere Raucher regelmäßig mittels Computertomografie (CT) mit niedriger Dosis auf Lungenkrebs zu untersuchen. Bislang wird ein allgemeines Screening zur Früherkennung aber noch nicht von den gesetzlichen Krankenkassen erstattet.

Forschende am MIT in den USA verfolgt derweil einen anderen Ansatz: Sie haben Nanopartikel entwickelt, die Lungenkrebs im Frühstadium anzeigen können. Diese haben sie erfolgreich an Mäusen getestet, wie sie in „Science Advances“ berichten. Das neue Diagnostikum basiert auf Nanosensoren, die über einen Inhalator oder einen Vernebler verabreicht werden können. Wenn die Sensoren in der Lunge auf mit Krebs in Verbindung stehende Proteine stoßen, erzeugen sie ein Signal, das sich im Urin anreichert, wo es mit einem einfachen Papierteststreifen nachgewiesen werden kann.

Der Ansatz könnte möglicherweise einmal die CT, den derzeitigen Goldstandard für die Diagnose von Lungenkrebs, ersetzen oder ergänzen. Er könnte sich besonders in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen auswirken, in denen CT-Scanner nicht überall verfügbar sind, so die Forscher in einer Pressemitteilung.

Wie Barcodes im Supermarkt

Diese Sensoren bestehen aus Polymer-Nanopartikeln, die mit speziellen DNA-Molekülen beschichtet sind. Man kann sie aufgrund ihrer spezifischen Sequenz leicht identifizieren. Die Technik erinnert an Barcodes im Supermarkt, man nennt die Moleküle daher DNA-Barcodes. Sie werden vom Partikel abgespalten, wenn der Sensor auf Enzyme, sogenannte Proteasen, trifft, die in Tumoren oft überaktiv sind. Diese Reporter reichern sich schließlich im Urin an und werden aus dem Körper ausgeschieden.

Sangeeta Bhatia, Professorin für Gesundheitswissenschaften und Technologie sowie für Elektrotechnik und Informatik am MIT, entwickelt bereits seit einem Jahrzehnt Nanosensoren, um Krebs und andere Krankheiten zu diagnostizieren. Mit ihrem Team hat sie Papierstreifen entwickelt, mit denen man die DNA-Barcodes leicht nachweisen kann. Die Streifen sind konzipiert, dass er bis zu vier verschiedene DNA-Barcodes erkennt, von denen jeder das Vorhandensein einer anderen Protease anzeigt.

Vier Sensoren genügen

In ihrer ersten Versuchsreihe an Mäusen maßen die Forscher die Werte von 20 verschiedenen Sensoren, die verschiedene Proteasen erkennen sollen. Mithilfe eines Algorithmus für maschinelles Lernen analysierten die Forscher diese Ergebnisse und ermittelten eine Kombination von nur vier Sensoren, für die genaue diagnostische Ergebnisse vorhergesagt wurden. Anschließend testeten sie diese Kombination im Mausmodell und stellten fest, dass sie Lungentumore im Frühstadium genau erkennen kann. Für den Einsatz beim Menschen sind möglicherweise mehr Sensoren erforderlich, um eine genaue Diagnose zu stellen.

Die Forscher planen nun, menschliche Biopsieproben zu analysieren, um festzustellen, ob die von ihnen verwendeten Sensorpaneele auch zur Erkennung menschlicher Krebserkrankungen geeignet sind. Längerfristig hoffen sie, klinische Versuche an menschlichen Patienten durchführen zu können. Das Unternehmen Sunbird Bio hat bereits Phase-1-Studien mit einem ähnlichen Sensor, der ebenfalls von Bhatias Labor entwickelt wurde, durchgeführt. Er soll zur Diagnose von Leberkrebs und einer bestimmten Form von Hepatitis eingesetzt werden.