Forscher in den USA haben einen tragbaren Dehnungssensor entwickelt, der winzige Veränderungen in der Größe von Tumoren bei Mäusen messen kann. Das Team sagt, dass das Gerät die Validierung potenzieller Krebsmedikamente drastisch beschleunigen könnte. In Versuchen konnte es innerhalb weniger Stunden nach Beginn der Behandlung mit Krebsmedikamenten Veränderungen der Tumorgröße von etwa 10 µm feststellen.
Mäuse mit Tumoren direkt unter der Haut werden regelmäßig zum Testen potenzieller Krebsmedikamente eingesetzt, da sich gezeigt hat, dass sie Ergebnisse liefern, die den klinischen Ergebnissen nahe kommen. Die Wirksamkeit einer prospektiven Behandlung wird im Allgemeinen durch die Beobachtung bestimmt, wie sich diese subkutanen Tumoren im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen in Größe und Volumen verändern. Allerdings ist die Technologie zur Messung der Rückbildung dieser Tumoren noch nicht besonders weit fortgeschritten. Sie werden normalerweise von Hand mit Messschiebern gemessen. Dies führt nicht nur zu Problemen mit der Genauigkeit, sondern macht den Prozess auch zeitaufwändig und arbeitsintensiv, wodurch die Menge der zu testenden Medikamente und der Umfang der Studien reduziert werden.
Alex Abrahamson, ein Chemieingenieur mit Sitz in Stanford University Als er diese Forschung durchführte, ist er inzwischen an das Georgia Institute of Technology gewechselt, und seine Kollegen haben einen Elastomer-Elektronen-Dehnungssensor entwickelt, der die Geschwindigkeit und das Volumen von Arzneimitteltests verbessern könnte, indem er kontinuierliche Messungen der Tumorgröße ermöglicht. Sie weisen darauf hin, dass die autonome und genaue Echtzeit-Tumorüberwachung, die ihr Gerät bietet, neue Wege im Hochdurchsatz-Arzneimittelscreening und in der Grundlagenkrebsforschung eröffnen könnte.
Der Sensor mit dem Namen FAST (Flexible Autonomous Sensors Measurement Tumors) besteht aus einer 50 nm dicken Goldschicht auf einem Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Elastomer. Bei Belastung des Sensors entstehen Mikrorisse in der Goldschicht, die den elektrischen Widerstand erhöhen. Der Widerstand im Sensor nimmt mit der Belastung exponentiell zu, und die Forscher sagen, dass sie beim Dehnen des Sensors Änderungen von nur 10 µm feststellen konnten.
Um die Sensoren zu testen, verwendeten die Forscher zwei Krebsmodelle: biolumineszierende menschliche Lungenkrebszellen und eine A20-B-Zell-Lymphom-Zelllinie. Nachdem sie Krebszellen unter die Haut von Mäusen implantiert hatten, maßen sie, wie die Tumore wuchsen, und beurteilten dann die Reaktion des Tumors auf bekannte Therapeutika. Der Dehnungssensor, eine Leiterplatte, die Daten an eine Smartphone-App sendet, und ein Akkupack waren in einem 3D-gedruckten Rucksack untergebracht, der mit einem Folienverband und Gewebekleber an den Mäusen befestigt wurde. Die Sensoren wurden auf 50 % Dehnung vorgedehnt, um sowohl Wachstum als auch Regression messen zu können.
Als das Team das Tumorwachstum eine Woche lang beobachtete, stellte es fest, dass die Messungen der Dehnungssensoren mit denen von Messschiebern und einem Lumineszenz-Bildgebungssystem vergleichbar waren.
Innerhalb von 5 Stunden nach Beginn der Behandlung konnte der Dehnungssensor Veränderungen in der Tumorgröße im Vergleich zu unbehandelten Mäusen erkennen. Diese Tumorregression wurde nicht durch Biolumineszenzbildgebung oder Messschiebermessungen erfasst – mit diesen Instrumenten gab es bei den Tumormessungen zum 5-Stunden-Zeitpunkt keinen statistischen Unterschied zwischen der behandelten und der unbehandelten Gruppe. Über einwöchige Behandlungsperioden hinweg ähnelten die Messungen des Sensors denen von Messschiebern und der Biolumineszenz-Bildgebung.
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Laut den Forschern bietet FAST drei Vorteile gegenüber anderen gängigen Optionen zur Tumormessung, wie etwa Messschiebern, implantierbaren Drucksensoren und Bildgebung: Es ermöglicht eine kontinuierliche Tumorüberwachung; Es kann Größen- und Formänderungen messen, die mit anderen Techniken schwer zu erkennen sind. Und da es autonom ist, sollte es schnellere, kostengünstigere und umfangreichere präklinische Arzneimitteltests ermöglichen.
„Es ist ein täuschend einfaches Design“, sagt Abramson, „aber diese inhärenten Vorteile dürften für die pharmazeutische und onkologische Gemeinschaft sehr interessant sein.“ FAST könnte den Prozess des Screenings von Krebstherapien erheblich beschleunigen, automatisieren und die Kosten senken.“
Die Forscher berichten über ihre Ergebnisse in Wissenschaft Fortschritte.
