Neue Biosensoren erleichtern Krebsdiagnose per Blutprobe

Eine einfache Blutprobe erkennt Krebszellen, bevor ein Tumor sichtbar wird – ohne schmerzhafte Gewebeentnahmen oder lange Wartezeiten. Das ermöglicht die sogenannte „Liquid Biopsy“: eine Methode, die Krebs und andere schwere Erkrankungen nicht-invasiv aufspürt, indem sie winzige Spuren von Tumor-DNA oder Krebszellen im Blut nachweist.

Da solche genetischen Veränderungen oft nur in geringen Mengen vorliegen, erfordern Analyseverfahren eine hohe Empfindlichkeit. Bisherige Methoden der Liquid Biopsy, wie das PCR-Verfahren, sind präzise, aber aufwendig und materialintensiv. Das erschwert häufige Testungen und schränkt ihren routinemäßigen Einsatz ein.

Sensoren per Siebdruck

Für eine nachhaltigere und breiter zugängliche Diagnostik entwickelt ein europäisches Forschungsteam unter der Leitung des AIT Austrian Institute of Technology im Projekt SmartSens siebdruckbasierte Biosensoren, die Nukleinsäuren wie DNA oder RNA erkennen. Laut Projektleiterin Eva Melnik von der Abteilung Molekulare Diagnostik sei der vorrangige Vorteil des Siebdrucks seine hohe Skalierbarkeit. Gleichzeitig setzt das Projekt verstärkt auf erneuerbare Materialien wie Zellulose und Biopolymere, um elektronische Bauteile nachhaltiger zu gestalten. 

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Ein wesentliches Ziel besteht darin, den Einsatz von Silber zu vermeiden, da dessen Nutzung mit sozioökonomischen Herausforderungen verbunden ist. „Kupfer stellt in diesem Zusammenhang eine vielversprechende Alternative dar, insbesondere aufgrund seiner guten Rezyklierbarkeit“, sagt Melnik der futurezone. Außerdem gelten Kupfermaterialien im internationalen Handel als weniger kritisch: „Die entsprechenden Rohstoffe können aus Europa geliefert werden – ein Hauptanbieter von Kupfermaterialien in Europa ist Schweden“, sagt die Expertin.

Hohe Kosten

Die herkömmliche PCR-basierte Diagnostik hat im Vergleich zu den neuartigen Biosensoren einige Nachteile, wie den finanziellen Aufwand: „Die PCR-Diagnostik geht in Richtung der Mutationsanalytik. Die Kosten pro Test sind in diesem Bereich sehr hoch. Ein Kit mit 24 Tests kann mehr als 5.000 Euro kosten. Damit entstehen bereits auf Materialebene erhebliche Kosten – Personalkosten des Klinikums sowie weitere betriebliche Aufwendungen sind dabei noch nicht berücksichtigt“, sagt die Forscherin. 

In der klinischen Routine könne daher nur eine begrenzte Anzahl von PCR-basierten Mutationsanalysen durchgeführt werden. Die entsprechenden Untersuchungen werden meist zentralisiert in Krankenhäusern durchgeführt, die über die notwendige technische Ausstattung und entsprechend geschultes Personal verfügen.

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Lab-on-a-Chip

Aus Versorgungssicht sei es der Wissenschafterin zufolge jedoch wünschenswert, diese Testverfahren zu dezentralisieren und häufiger verfügbar zu machen, zumal ein Großteil der Bevölkerung nicht in urbanen Zentren lebt. „Ziel ist es, sämtliche externen Prozessschritte, die üblicherweise in einem konventionellen Labor durchgeführt werden, in Form eines Lab-on-a-Chip-Systems zu integrieren“, ergänzt sie.

Insbesondere für Therapieentscheidungen oder -anpassungen sollten ihr zufolge entsprechende Testmöglichkeiten auch bei niedergelassenen Kassenärzten und Gynäkologen zur Verfügung stehen. Gleichzeitig müssten die Verfahren so kosteneffizient sein, dass eine Kostenübernahme durch die Krankenkassen möglich ist oder die Untersuchungen für Patienten finanziell leistbar bleiben.

Fokus auf Brustkrebs

Im Forschungsprojekt SmartSens liegt der Fokus zunächst auf dem Nachweis sogenannter PIK3CA-Mutationen bei Brustkrebs. Darüber hinaus sehen die Forschenden weiteres Potenzial – etwa die Diagnostik von Endometriose, die ebenfalls auf nukleinsäurebasierten Analysen beruht. „Derzeit werden entsprechende Untersuchungen nur von wenigen spezialisierten Labors in Europa angeboten und sind mit hohen Kosten verbunden, die häufig von den Patientinnen selbst getragen werden müssen“, betont die Fachfrau. 

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Darüber hinaus könnten die neuartigen Biosensoren künftig für die Diagnostik von Infektionskrankheiten wie SARS-CoV-2, Schweinegrippe, Maul- und Klauenseuche oder Vogelgrippe eingesetzt werden. „Die entwickelten Materialien und Verfahren müssen möglichst eng an etablierte Produktions- und Anwendungsprozesse anschließen, um eine spätere industrielle Nutzung zu ermöglichen“, sagt die Forscherin. Dies stelle insbesondere bei neuartigen Materialien eine wesentliche Herausforderung dar.