Der Nanosensor besteht aus acht je 500 Mikrometer langen, mit DNA-Molekülen beschichteten Federbalken.
Schematische Darstellung der Methode: Binden die mutierten RNA-Moleküle (grün) an die DNA-Moleküle (rot), verbiegt sich der Federbalken, was mithilfe eines Lasers gemessen werden kann.
Das maligne Melanom gilt als die aggressivste Form von Hautkrebs. Etwa die Hälfte der Erkrankten besitzen eine spezielle Genmutation, die sie für eine medikamentöse Behandlung empfänglich macht und damit ihr Leben signifikant verlängern kann. Daher sind Wissenschafter bemüht, Patienten mit dieser Mutation zuverlässig zu identifizieren. Einen neuen Ansatz dafür haben nun Forscher der Universität Basel und des Ludwig Institute for Cancer Research in Lausanne entwickelt: sie setzen nanomechanische Sensoren ein, die die Ribonukleinsäure (RNA) von Krebszellen direkt analysiert.
Jährlich erkranken in Österreich etwa 1.500 Menschen an einem malignen Melanom, womit der schwarze Hautkrebs zu den häufigsten Tumorerkrankungen gehört. Während bei einer frühen Erkennung die Heilungsaussichten sehr gut sind, sinken die Überlebenschancen in späteren Stadien drastisch.
Basel/Lausanne - In den letzten Jahren wurden neuartige Medikamente entwickelt, die gezielt bei Genmutationen wirken, welche maßgeblich an der schnellen Vermehrung von Gewebe beteiligt sind. Im Fall des schwarzen Hauptkrebses ist dies das sogenannte BRAF-Gen, das in seiner mutierten Form zu einem unkontrollierten Zellwachstum führt. Da aber nur etwa die Hälfte der Patienten mit malignem Melanom diese Mutation aufweist, ist es wichtig, die Patienten zu ermitteln, denen diese Therapie auch hilft. Angesichts der Nebenwirkungen wäre es nicht angebracht, allen Patienten das Medikament zu verabreichen.
Mikroskopisch kleine Federbalken
Die Teams um Christoph Gerber vom Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel und Donata Rimoldi vom Lausanner Ludwig Institute for Cancer Research haben nun eine neuartige diagnostische Methode entwickelt, die mit nanomechanischen Sensoren in Form von mikroskopisch kleinen Federbalken die Ribonukleinsäure (RNA) von Krebszellen analysiert und somit gesunde Zellen von Krebszellen unterscheiden kann. Im Gegensatz zu anderen Verfahren ist die Methode so empfindlich, dass die Erbsubstanz weder vervielfältigt noch markiert werden muss.
Die Methode beruht auf einer Bindung von Molekülen an der Oberseite von Federbalken und der dabei verursachten Veränderung der Oberflächenspannung. Dazu werden die Federbalken (Cantilever) zuerst mit einer Lage von DNA-Molekülen beschichtet, welche die Mutation in der RNA aus Zellen binden kann. Diese Bindung verbiegt den Cantilever, was sich mithilfe eines Lasers messen lässt. Die molekulare Wechselwirkung muss dabei sehr nahe an der Oberfläche stattfinden, um das Signal zu erzeugen.
Test mit unterschiedlichen Zelllinien
In Experimenten konnten die Forscher zeigen, dass sie verschiedene Zellen mit dieser Genmutation von solchen ohne Mutation unterscheiden können. Dabei wurde die RNA von Zellkulturen getestet, die mit denen von Gewebeproben vergleichbar ist. Da die Forscher die Mutation in der RNA aus unterschiedlichen Zelllinien nachweisen konnten, funktioniert die Methode unabhängig vom Ursprung der Proben.
François Huber, Erstautor der im Fachmagazin "Nature Nanotechnology" erschienen Studie, erklärt: "Die Technik lässt sich auch auf andere Krebsarten anwenden, die von Mutationen in einzelnen Genen abhängig sind, wie zum Beispiel gastrointestinaler Stromatumor und Lungenkrebs. Dies zeigt das breite Anwendungspotential in der Krebsdiagnostik und der personalisierten Gesundheitsfürsorge." Mitautorin Donata Rimoldi fügt hinzu: "Erst die Interdisziplinarität von Medizin, Biologie und Physik bewirkt, dass neue Methoden aus der Nanotechnologie in der Medizin zum Wohl des Patienten angewendet werden können." (red, derStandard.at, 17.2.2013)