Laserbasiertes Gerät erkennt und tötet Melanomzellen im Blut, Studienergebnisse

Das Cytophone-Gerät scannt mithilfe von Laserstrahlen und Schallwellen zirkulierendes Blut nach Melanomzellen.

Kredit: Universität von Arkansas für medizinische Wissenschaften

Wissenschaftler haben ein nicht-invasives Gerät entwickelt, mit dem Melanomzellen , die durch die Blutbahn wandern, nicht nur erkannt, sondern auch abgetötet werden können.

Das Gerät, das die Forscher als Zytophon bezeichnen, hat bei 27 von 28 Menschen mit Melanom Krebszellen genau erkannt. Es reduzierte auch die Menge an Krebszellen im Blut der Teilnehmer, was darauf hindeutet, dass es die Zellen töten könnte.

Das Gerät scannt mit Laserstrahlen und Schallwellen zirkulierendes Blut nach Melanomzellen . Es erfordert keine Nadeln oder Blutabnahmen und kann das gesamte Blutvolumen einer Person – etwa 5 Liter – in wenigen Stunden scannen.

Die NCI-finanzierte Studie hat gezeigt, dass es machbar ist, mit dem Gerät Krebszellen im Blut von Menschen mit Melanom zu erkennen, sagte der leitende Forscher der Studie, Vladimir Zharov, Ph.D., D.Sc., Direktor des Arkansas Nanomedicine Center am die Universität von Arkansas für medizinische Wissenschaften.

"Ein Problem beim Nachweis zirkulierender Tumorzellen besteht darin, dass sie in sehr geringen Mengen im Blut gefunden werden", sagte Miguel Ossandon, Ph.D., von der Abteilung für Krebstherapie und -diagnose des NCI, der die Finanzierung der Studie beaufsichtigte.

Laut den Ergebnissen, die am 12. Juni in Science Translational Medicine veröffentlicht wurden , konnte das Cytophone-Gerät eine einzelne Krebszelle in einem Liter Blut nachweisen, was es ungefähr tausendmal empfindlicher macht als die vorhandenen Technologien zur Suche nach zirkulierenden Krebszellen .

Dr. Zharov und sein Team hoffen, mehr Geräte bauen zu können, um mehr Patienten mit Melanomen untersuchen zu können.

Und obwohl dieser Ansatz nur Zellen detektieren kann , die haben Pigment , mit einigen Modifikationen , um es zu Krebserkrankungen andere als Melanom auch anwendbar ist, bemerkt der Hauptautor Ekaterina Galanzha, MD, Ph.D., von der University of Arkansas for Medical Sciences. Unter Verwendung ungiftiger Goldnanopartikel untersuchte das Team beispielsweise zirkulierende Brustkrebszellen in Mäusen und in Blutproben von Patientinnen mit Brustkrebs, erklärte sie.

Suche nach zirkulierenden Tumorzellen

Krebszellen sind nicht immer an einem Tumor verankert – einige brechen ab und schweben frei durch den Blutkreislauf und das Lymphsystem . Forscher haben Tests entwickelt, die als flüssige Biopsien bezeichnet werden und zirkulierende Tumorzellen erkennen und analysieren, um Ärzten bei der Versorgung von Krebspatienten zu helfen .

Bei den meisten Flüssigkeitsbiopsietests wird ein Fläschchen Blut von einem Patienten entnommen und anschließend in einem Labor mithilfe hoch entwickelter Technologien aufbereitet und auf das Vorhandensein von Krebszellen analysiert.

Es gibt Einschränkungen für diese Art von Ansatz, schrieben die Autoren. Wenn Sie beispielsweise Zellen aus dem Körper entnehmen und in ein Labor bringen, können diese auf eine Weise verändert werden, die die Genauigkeit der Analysen beeinträchtigen kann.

Im Gegensatz dazu erkennt Cytophone Krebszellen im Körper des Patienten. Das Gerät sendet kurze Laserpulse an die Blutgefäße unter der Haut der Hand der Person, während die Hand in einem maßgeschneiderten Halter sanft fixiert ist. Während zirkulierende Melanomzellen die Laserstrahlen passieren, erwärmt sich das Pigment in ihnen und es entstehen Schallwellen, die von einem Ultraschallwandler erfasst werden können .

Ein weiterer Vorteil des Cytophone-Ansatzes besteht darin, dass Melanomzellen nicht anhand spezifischer molekularer Merkmale identifiziert werden, die von Patient zu Patient stark variieren können, sagte Dr. Kelly Nelson, Associate Professor für Dermatologie am Anderson Cancer Center der Universität von Texas war nicht an der Studie beteiligt. Cytophone "könnte möglicherweise auf einen breiteren Kontext des Melanoms angewendet werden als auf molekularere Ansätze", sagte sie.

Stoppen des Krebses in seinen Spuren

Nachdem das Gerät viele Jahre lang entwickelt und an Tieren getestet worden war, erhielt Dr. Zharovs Team eine NCI-Finanzierung, um es in einer klinischen Umgebung zu untersuchen.

Zunächst nutzten die Wissenschaftler Cytophone auf 18 Freiwilligen , die Melanomen und 10 hatten , die nicht zu definieren , Baseline – Maßnahmen und einen Computer – Algorithmus trainieren Krebszellen von gesunden Zellen zu unterscheiden.

Bei den gesunden Probanden wurden keine Signale von Krebszellen festgestellt, obwohl einige Signale unbekannter Herkunft aufgenommen wurden. Die Forscher schätzten, dass das Gerät diejenigen, die in 95% der Fälle keinen Krebs hatten (dh die Spezifität ), korrekt identifizierte. Die Teilnehmer berichteten über keine Schmerzen oder Hautveränderungen.

Als nächstes testete das Team den Ansatz an 10 weiteren Personen mit Melanom, um zu bestätigen, dass es zirkulierende Melanomzellen finden konnte. Insgesamt hat das Tool Krebszellen bei allen bis auf eine Person mit Melanom erfasst und dabei eine hohe Sensitivität (die Fähigkeit, Krebskranke korrekt zu identifizieren) nachgewiesen.

Bei Freiwilligen mit einer Konzentration an zirkulierenden Tumorzellen, die hoch genug war, um mit herkömmlichen Methoden nachgewiesen werden zu können, überprüften die Forscher die Anzahl der zirkulierenden Tumorzellen in ihren Blutproben mithilfe verschiedener Labortests und stellten sicher, dass die Ergebnisse mit dem Cytophone-Gerät erhalten wurden genau.

Als die Wissenschaftler das Gerät bei Menschen mit Melanomen verwendeten, bemerkten sie ein interessantes und unerwartetes Muster: Das Signal von zirkulierenden Tumorzellen fiel mit der Zeit ab. Sie fragten sich, ob Cytophone gleichzeitig Krebszellen aufspüren und zerstören könnte.

„Obwohl wir bereits die Abtötung von zirkulierenden Tumorzellen durch Laser bei Tieren nachgewiesen hatten, war dies nicht unser ursprüngliches Ziel beim Menschen. Wir haben für diagnostische Zwecke relativ wenig Laserenergie verwendet “, sagte Dr. Zharov.

Wenn Melanomzellen durch Laserstrahlen erwärmt werden, winzige Bläschen bilden sich um das Pigment Proteine der Zellen im Innern. Wenn sich diese Blasen schnell ausdehnen, können sie die Zellen physisch zerstören. Obwohl Laserstrahlen auch Pigmente in roten Blutkörperchen erhitzen können , bilden sich keine Blasen und es besteht keine Gefahr, dass gesunde Zellen geschädigt werden.

In Labortests stellten die Wissenschaftler fest, dass eine Stunde Laserbestrahlung die Menge der Tumorzellen in den von Patienten entnommenen Blutproben deutlich reduzierte, obwohl das Ausmaß der Reduktion von Patient zu Patient unterschiedlich war. In einem Fall reduzierte das Gerät die Anzahl der Krebszellen um das 11-fache. Das zelltötende Merkmal könnte von der Pigmentmenge in Melanomzellen abhängen, stellten die Forscher fest.

Da einige zirkulierende Krebszellen den Blutkreislauf verlassen und in anderen Teilen des Körpers neue Tumore bilden können ( Metastasen ), könnte die Zerstörung von Zellen im Blut das Risiko einer Ausbreitung des Krebses verringern, schrieben die Wissenschaftler.

Melanom früh fangen

Obwohl der Cytophone-Ansatz weit davon entfernt ist, routinemäßig in einer klinischen Umgebung eingesetzt zu werden, könnte er mehrere potenzielle Anwendungen haben, sagten die Forscher.

Das Team plant für den Test des Geräts als Potential zu konzentrieren Screening – Tool für Früh- Stadium Melanom, bemerkte Dr. Zharov. Die Behandlung sei viel effektiver, wenn Melanome frühzeitig erkannt werden, als wenn sie sich auf andere Stellen im Körper ausgebreitet hätten, erklärte er. In der aktuellen Studie wurden mit dem Cytophone-Gerät zirkulierende Tumorzellen bei allen drei Teilnehmern nachgewiesen, bei denen ein Stadium-II-Melanom bekannt war .

Die Verwendung des Geräts als Screening-Tool könnte dazu beitragen, Personen zu identifizieren, die von einem ausgebildeten Dermatologen einer Ganzkörper-Hautuntersuchung unterzogen werden sollten, so Dr. Nelson. "Um die Beweise zu erhalten, die zur Unterstützung dieses Ansatzes benötigt werden, ist jedoch viel mehr Forschung erforderlich", fügte sie hinzu.

Die Überwachung auf Metastasen bei Menschen mit Melanomen im Frühstadium könnte eine weitere potenzielle Anwendung des Geräts sein, stellte Dr. Nelson fest. Menschen mit einer Krankheit im Frühstadium befürchten oft, dass sich ihr Krebs ausbreitet, und die Möglichkeit, „eine nicht-invasive Technik zu haben, um das Fortschreiten der Krankheit im Frühstadium zu erkennen , gibt den Patienten bereits viel Hoffnung.“

Weitere Validierungen und Tests seien jedoch noch erforderlich, bevor dies überhaupt möglich werde, betonte sie.

Quelle: National Cancer Institute

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