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Billiger Urintest für Krebs tritt näher
Nicht-infektiöse Krankheiten wie Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen nehmen weltweit zu, sind jedoch aufgrund fehlender Biomarker schwer zu diagnostizieren, und in Ländern mit schlechter Infrastruktur sind teure Diagnosen mit Mammogrammen und Koloskopien für viele nicht verfügbar.
Jetzt hat ein Team einen Test entwickelt, bei dem injizierte Nanopartikel verwendet werden, die erkranktes Gewebe finden und einen Biomarker im Urin produzieren, der ähnlich wie ein Schwangerschaftstest innerhalb weniger Minuten mit Papierstreifen erkannt werden kann.
Die Forscher vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, berichten im Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften, PNAS, wie sie die neue Methode bei Mäusen mit einer einzigen Injektion und einer Papierstreifen-Urin-Analyse getestet haben, um so unterschiedliche Krankheiten wie soliden Krebs und Blutgerinnsel erfolgreich zu erkennen.
Sie kommen zu dem Schluss, dass der experimentelle Test die Möglichkeit bietet, ein billiges Diagnosewerkzeug für eine Reihe von Krankheiten zu entwickeln - ohne teure invasive Verfahren oder geschultes medizinisches Personal - die in Ländern mit begrenzten medizinischen Ressourcen oder Infrastrukturen von unschätzbarem Wert sein könnten.
Die Technologie wird vom leitenden Autor Sangeeta Bhatia, Professor am MIT und Howard Hughes Medical Institute entwickelt, der erklärt:
"Als wir diese neue Klasse synthetischer Biomarker erfunden haben, haben wir ein hochspezialisiertes Instrument für die Analyse verwendet. Für die Entwicklungsländer dachten wir, dass es spannend wäre, sie stattdessen an einen Papiertest anzupassen, der an unbearbeiteten Proben in einem ländliche Umgebung, ohne spezielle Ausrüstung zu benötigen. Die einfache Anzeige könnte sogar durch ein Bild auf einem Mobiltelefon an einen entfernten Betreuer übertragen werden. "
Nanopartikel verstärken Tumorsignale, indem sie Hunderte von Biomarkern pro Protein produzieren
Die Technologie nutzt Nanopartikel, die mit Tumorproteinen interagieren, von denen jedes Hunderte von synthetischen Biomarkern produziert, die im Urin leicht nachzuweisen sind.
Die Forscher haben 2012 damit begonnen, an der Idee zu arbeiten, dass Tumore aufgrund von Biomarkern nur schwer zu erkennen sind, weil sie sehr schwache Signale produzieren. Eine Gruppe von Signalen liegt in Form von Proteinen vor, die Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) genannt werden und Krebszellen helfen, von ihren ursprünglichen Stellen abzuwandern.
Die Forscher dachten, wenn sie diese Signale irgendwie verstärken könnten, könnte dies zu einem nachweisbaren Biomarker führen.
Als solche entwickelten sie Nanopartikel, die mit kurzen Proteinfragmenten beschichtet sind, die verschiedene MMP anziehen. Das Ergebnis ist, dass sich die Nanopartikel an Tumorstellen konzentrieren, wo die MMPs die Peptide zerhacken (wobei Hunderte von Peptidfragmenten pro MMP-Molekül freigesetzt werden), die sich dann in den Nieren sammeln und im Urin aus dem Körper austreten.
Die Erkennungsmethode wurde vom Massenspektrometer zum Papierstreifen verschoben
Die einzige Möglichkeit, die Anwesenheit der Peptide im Urin nachzuweisen, war zunächst ein Massenspektrometer, das ihr molekulares Signal abliest. Da es sich um ein sehr teures Gerät handelt, suchten die Forscher nach anderen Möglichkeiten, den Urin zu analysieren, und entwickelten einen papierbasierten Ansatz namens "Lateral Flow Assay", der in Schwangerschaftstests verwendet wird.
Forscher haben einen Urintest entwickelt, ähnlich einem Schwangerschaftstest, bei dem möglicherweise Krebs nachgewiesen werden kann.
Die Papierstreifen sind mit Antikörpern imprägniert, die die Peptide aufnehmen, die dann weiter entlang des Streifens zu unsichtbaren Testlinien fließen, die sichtbar werden, wenn sie bestimmte Peptide treffen.
Die Forscher sagen, dass die Streifen so hergestellt werden können, dass sie verschiedene Stadien oder Arten von Krankheiten erkennen können - es geht darum, die Nanopartikel mit verschiedenen Peptiden zu beschichten und Testlinien zu erstellen, die für sie einzigartig empfindlich sind.
Samuel Sia, ein außerordentlicher Professor für Bioingenieurwesen an der Columbia University, New York, NY, der nicht in die Forschung involviert war, sagt, dass die neue Technologie eine "clevere und inspirierte" Art ist, klinische Zustände mit ungewöhnlich hohen Proteinspiegeln im Körper zu erkennen durch Testen von Verbindungen, die den Körper verlassen.
"Die Erweiterung dieser Technologie auf die Erkennung durch Streifentests ist ein großer Schritt vorwärts, wenn es um die Verwendung in Ambulanzen und dezentralen Gesundheitseinrichtungen geht", fügt er hinzu.
Nachdem Prof. Bhatia erfolgreich nachgewiesen hat, dass die Nanopartikel-Injektionen und Papierstreifen Kolontumore und Blutgerinnsel in Mäusen nachweisen können, besteht der nächste Schritt darin, sie bei menschlichen Patienten zu testen.
Die Mittel für die Studie kamen aus verschiedenen Quellen, darunter die National Institutes of Health, der Burroughs Wellcome Fund, das National Cancer Institute und das Howard Hughes Medical Institute.
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