FRÜHERKENNUNG HPV-bedingter Kopf-Hals-Tumoren durch einen Speicheltest

Wang und Kollegen berichteten in einer im Journal of Molecular Diagnostics veröffentlichten Untersuchung über die Verwendung einer Methode zur Speichelanalyse auf das Vorliegen des humanen Papillomavirus Typ 16 (HPV-16) , einer Unterart oropharyngealer, also Mund- und Rachenkrebserkrankungen, mithilfe der Akustofluidik, acoustofluidics . Diese neue Technik erkannte oropharyngealen Krebs im Speichel bei % 40 der getesteten Patienten und bei % 80 der Patienten mit bestätigtem oropharyngealem Krebs. Weltweit treten jährlich etwa 115 Tausend neue Fälle oropharyngealer Krebserkrankungen auf. Insbesondere durch die Zunahme HPV-bedingter Tumoren bei jungen Patienten gehören sie in westlichen Ländern zu den am schnellsten zunehmenden Krebsarten . Die Entwicklung von Screeningverfahren zur Verbesserung der Früherkennung und der Ergebnisse ist sehr wichtig. Der leitende Forscher aus dem Fachbereich Maschinenbau und Materialwissenschaften der Duke University, Tony Jun Huang, sagte: „Angesichts dieser Faktoren bietet der erfolgreiche HPV-Nachweis aus Speichelexosomen, die mit unserer Akkordeon-Flüssigkeitsplattform isoliert wurden, verschiedene Vorteile, darunter Früherkennung, Risikobewertung und Screening.“ Diese Technik könnte Ärzten auch helfen vorherzusagen, welche Patienten mit Kopf-Hals-Krebs gut auf eine Strahlentherapie ansprechen oder bei wem der Krebs einen milderen Verlauf nehmen wird.

Acoustofluidics / Akustofluidik

Exosomensind von Zellen stammende Mikropartikel, die in Körperflüssigkeiten abgegeben werden, also kleine Teilchen mit DNA, RNA und Proteinen. Man nimmt an, dass sie an der Kommunikation zwischen Zellen beteiligt sind; ihre Zahl steigt im Zusammenhang mit verschiedenen Krebsarten an. Akustofluidik ist eine fortschrittliche Technologie, die Akustik, also Schallwellen, und Mikrofluidik verbindet. Flüssigkeitsproben werden mithilfe eines kleinen akustofluidischen Chips analysiert, der zur Isolierung von Speichelexosomen entwickelt wurde. Er entfernt unerwünschte Partikel abhängig von ihrer Größe und hinterlässt konzentrierte, exosomenreiche Proben, die den Nachweis tumorspezifischer Biomarker erleichtern.

Erläuterung der Abbildung: Schema und Mechanismus des Geräts.

A: Schema des akustofluidischen Geräts zur Trennung von Speichelexosomen. Das Gerät besitzt zwei Module, die akustische Oberflächenwellen, also Schallwellen, mit 20 MHz und 40 MHz zur Trennung von Mikrometer- und Mikrometerpartikeln nutzen.

B: Optische Aufnahme des integrierten akustofluidischen Geräts, mit einer Münze zum Größenvergleich.

C: In jedem Modul erfolgt eine größenabhängige Trennung. Durch die von einem akustischen Oberflächenwellenfeld ausgelöste akustische Strahlungskraft, Fr, und die von der Flüssigkeit ausgelöste Widerstandskraft, Fd, werden große Partikel in einen Hüllstrom abgetrennt, während kleinere im primären Probenstrom verbleiben. PBS: phosphatgepufferte Kochsalzlösung.

Ergebnisse

In dieser Untersuchung analysierten die Forscher Speichelproben von 10 Patienten mit diagnostiziertem HPV-bedingtem oropharyngealem Krebs mit herkömmlichen Verfahren. In Kombination mit einer tröpfchenbasierten Kaskaden-Polymerase-Kettenreaktion erkannte die Technik in % 80 der Fälle den Tumor- Biomarker HPV-16-DNA. Da das Verfahren unabhängig von Veränderungen der Speichelviskosität und von Schwankungen der Proben durch unterschiedliche Entnahmemethoden ist, könnte es ideal für den klinischen Einsatz sein. Dr. Huang hob Eigenschaften wie die automatisierte und schnelle Exosomenisolierung hervor: Gegenüber einer Bearbeitungszeit von etwa 8 Stunden mit Vergleichstechnologien benötigt es eine Bearbeitungszeit von weniger als 5 Minuten . Die Analysen lassen sich relativ kostengünstig im klinischen Umfeld durchführen. Außerdem eignet sich die Methode anders als eine herkömmliche Biopsie zur wiederholten und kontinuierlichen Überwachung des Tumorfortschreitens und des Therapieansprechens. In dieser Form übertrifft die akustofluidische Technologie die derzeitigen Industriestandards erheblich, verkürzt die Testdauer deutlich und geht auf bisher ungedeckte Bedürfnisse ein. Außerdem kann sie die exosomenbezogene biomedizinische Forschung beschleunigen und bei der Entdeckung neuer exosomaler Biomarker helfen. Zusammenfassend ist eine auf Speichelexosomen beruhende Flüssigbiopsie / Liquid Biopsyein wirksamer Ansatz zur Früherkennung und Risikobewertung oropharyngealer Krebserkrankungen. Die akustofluidische Trenntechnik bietet eine schnelle, biokompatible, hochergiebige, hochreine und markierungsfreie Methode zur Isolierung von Exosomen aus Speichel. Den Forschern zufolge lässt sich diese Technologie auch zur Analyse anderer biologischer Flüssigkeiten wie Blut und Urin einsetzen.

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