Amerikanische Forscher haben eine neue chipbasierte Methode entwickelt, mit der sich selbst winzige Konzentrationen seltener Tumorzellen im Blut bestimmen und isolieren lassen. Das neue Verfahren eröffnet interessante Potenziale für die Therapieüberwachung, Nachsorge und Früherkennung von Krebserkrankungen, schreiben die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“.
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Bereits im Frühstadium einer Krebserkrankung befinden sich einzelne Krebszellen im Blut. Bestimmte Untergruppen dieser zirkulierenden Tumorzellen können Auslöser für die Bildung von Metastasen sein. Bei Brustkrebs ist bekannt, dass diese sich von den ursprünglichen Tumorzellen unterscheiden können, eine Therapie überleben und später zu einem Rückfall führen können.
Entsprechend aufschlussreich kann es sein, sie im Blut nachzuweisen und genauer zu untersuchen. Doch der Nachweis zirkulierender Tumorzellen ist eine große Herausforderung, denn es gilt, eine so geringe Menge wie ein bis zehn Zellen pro Milliliter Blut zu finden – in Anwesenheit großer Mengen roter Blutkörperchen und anderer Zellen. Konventionelle Methoden können dies nicht leisten.
Analyse in 20 Minuten
Die Wissenschaftler um Daniel T. Chiu von der University of Washington haben nun ein mikrofluidisches System entwickelt, mit dem ein Milliliter Blut innerhalb von nur 20 Minuten untersucht werden kann. Erfolgsgeheimnis ist die Idee, die Probe virtuell in Aliquots oder Untervolumina zu unterteilen und diese auf die An- oder Abwesenheit der gesuchten Zelltypen zu untersuchen.
Dazu markieren die Forscher das Blut zunächst mit fluoreszierenden Antikörpern, die charakteristisch an die gesuchten Tumorzellen binden. Anschließend wird die Probe durch ein System von Mikrokanälchen geleitet. Dabei passiert sie eine Zone, die von einem Laser beleuchtet ist. Die Ausdehnung dieser Zone bestimmt das Volumen des virtuellen Aliquots, zwei Nanoliter erwiesen sich nach Angaben der Chemiker als günstig.
Laser bringt Marker zum Fluoreszieren
Der Laser bringt den Marker nach Angaben der Wissenschaftler zum Fluoreszieren, falls markierte Zellen anwesend sind. So kann man unterscheiden, ob das Aliquot eine (oder mehrere) der gesuchten Zellen enthält oder nicht. Fluoresziert das Aliquot, wird es automatisch in ein anderes Kanälchen weitergepumpt als die nichtfluoreszierenden Volumina.
Die positiven Aliquots gelangen den Chemikern zufolge in eine Kammer, wo sie filtriert werden. Rote Blutkörperchen und der Hauptteil der Blutzellen gehen durch den Filter durch. Tumorzellen sind größer und werden zurückgehalten. Sie können gezählt, mikroskopiert oder mit einer Mikropipette lebend zur weiteren Untersuchung abgenommen werden. Mithilfe eines weiteren Markers lassen sich zudem bestimmte Subpopulationen identifizieren, beispielsweise Tumorstammzellen.
Keine falsch-positiven Anzeigen
Experimente mit Blut, das mit einer bekannten Zahl von Brustkrebszellen versetzt war, ergaben den Forschern zufolge eine Wiederfindungsrate von 93 Prozent und keine falsch-positiven Anzeigen. Auch reale Blutproben von Patientinnen wurden untersucht und die Resultate mit denen eines klinisch etablierten Systems verglichen. Dabei erwies sich das neue mikrofluidische System als wesentlich empfindlicher. (Angewandte Chemie, 2012; http://dx.doi.org/10.1002/ange.201108695)
(Gesellschaft Deutscher Chemiker, 05.03.2012 – DLO)
