Erste Sensoren ihrer Art verfolgen Krebs wie eine Liveübertragung

Die Medizin hat im Kampf gegen Krebs große Fortschritte erzielt. In Ländern mit einem gut entwickelten Gesundheitssystem ist das Risiko von Menschen mit einer Krebsdiagnose, an Krebs zu sterben, in den vergangenen dreißig Jahren um 32% gesunken. Dazu haben viele Entwicklungen beigetragen, etwa Fortschritte bei Früherkennung und medikamentöser Behandlung.

Die höheren Überlebensraten sind ermutigend, doch Krebs bleibt eine häufige Erkrankung. In der Türkei ist Krebs nach Herz-Kreislauf-Erkrankungen die zweithäufigste Todesursache.

Ein in einer neuen Studie vorgestelltes Instrument könnte bessere Informationen darüber liefern, wie Tumoren auf Behandlungen reagieren.

Es kann in Echtzeit anzeigen, wie stark ein Tumor wächst oder schrumpft, und die Ergebnisse drahtlos zur Auswertung an ein Smartphone senden. Das bereits in Tierversuchen erprobte Gerät ist das erste seiner Art.

Dr. Alex Abramson vom Fachbereich Chemie- und Biomolekulartechnik der Georgia Tech, einer der Mitautoren der Studie, erklärt: „Unsere Technologie ist das erste bioelektronische Gerät, das die Tumorregression, also die Schrumpfung, verfolgt, und die erste Technologie, die Tumoren in Echtzeit überwachen kann.“ So beschreibt er das Verfahren.

Der Sensor verwendet eine ähnliche Technologie wie andere flexible, hautähnliche tragbare Geräte, die biometrische Daten unter anderem über Schweiß erfassen können. Einzigartig wird er jedoch durch das chemische Element, mit dessen Hilfe er Tumorveränderungen erkennt: Gold.

Gold ist ein nützliches Material, weil es dehnbar und leitfähig ist. Bei dem neuen Überwachungsgerät wird ein mit Gold versehener Sensor auf die Haut um den zu messenden Tumor geklebt. Wächst der Tumor, dehnt sich die Goldschicht beziehungsweise bekommt Risse und wird weniger leitfähig. Schrumpft der Tumor, schließen sich diese Risse, und das Material wird wieder leitfähiger.

„Wir messen diese Veränderungen der Leitfähigkeit und rechnen sie in Veränderungen des Tumorvolumens um.“

Zu den derzeit am häufigsten verwendeten Methoden zur Messung der Tumorgröße gehören PET-CT-Untersuchungen auf Krebs, Messschieber und die Biolumineszenzbildgebung (BLG). Diese Messungen sind nützlich und genau, werden aber meist nur alle paar Tage oder Wochen durchgeführt. Um das Therapieansprechen mit PET-CT zu messen, müssen nach der letzten Behandlung mindestens 2 Wochen vergangen sein. Der neue Sensor erfasst dagegen alle fünf Minuten eine Aktualisierung und erkennt auch äußerst kleine Veränderungen, die Messschieber und BLI nicht erfassen können.

Dr. Abramson sagt über das neue Gerät:

„Unser Sensor wird es uns ermöglichen, die kurzfristigen Auswirkungen von Medikamenten auf Tumoren besser zu verstehen. Er wird Wissenschaftlern und Gesundheitsfachkräften außerdem eine effizientere Methode bieten, Medikamente zu untersuchen, aus denen künftig Behandlungen werden könnten.“

Die Sensoren werden bereits in Tierstudien eingesetzt. Bis zur Anwendung beim Menschen werden jedoch noch einige Jahre benötigt.

Für ein Produkt, das Gold enthält, kosten diese Sensoren zudem weniger, als man vermuten würde. Zu den Kosten erklärt Dr. Abramson: „Ein Forscher kann den Sensor für weniger als 60 Dollar herstellen.“ Das ist seine Angabe zu den Herstellungskosten.

*

Abbildung: Flexible autonome Sensoren zur Messung des Rückgangs des Tumorvolumens.

( A ) FAST-Technologie (schnell). ( B ) Lichtmikroskopische Aufnahme des gerissenen Gold-Dehnungssensors bei unterschiedlichen Dehnungen. Maßstabsbalken: 20 μm. ( C ) Eine App zeichnet die Widerstandsänderung des Sensors auf. ( D ) FAST umfasst eine Leiterplatte (PCB) und einen Rucksack, der die Dehnungssensoren auf der Maus hält. ( E ) Widerstandsänderungen der Sensoren bei Dehnung in Schritten von 10 μm ausgehend von einer Vordehnung von 50%. ( F ) Widerstandsänderung der gedehnten Sensoren als Vielfaches (einzelne Kurven von 10 Sensoren; dicke Linie: Mittelwert). ( G) Kraft, die zum Dehnen von Sensoren mit unterschiedlichen Dicken des SEBS-Substrats benötigt wird (einzelne Kurven von 12 bis 13 Sensoren; Linie: Mittelwert ± SD).