Onderzoekers in de VS hebben een draagbare spanningssensor ontwikkeld die minuscule veranderingen in de grootte van tumoren bij muizen kan meten. Het team zegt dat het apparaat de validatie van potentiële kankermedicijnen drastisch zou kunnen versnellen. In onderzoeken kon het binnen een paar uur na aanvang van de behandeling met kankermedicijnen veranderingen in de tumorgrootte van ongeveer 10 µm detecteren.
Muizen met tumoren net onder de huid worden regelmatig gebruikt om potentiële kankermedicijnen te testen, omdat is aangetoond dat ze resultaten opleveren die dicht bij de klinische uitkomsten liggen. De werkzaamheid van een prospectieve behandeling wordt doorgaans bepaald door te observeren hoe deze subcutane tumoren in grootte en volume veranderen, vergeleken met onbehandelde controles. Maar de technologie voor het meten van de regressie van deze tumoren is niet bijzonder geavanceerd. Ze worden normaal gesproken met de hand gemeten met remklauwen. Dit zorgt niet alleen voor problemen met de nauwkeurigheid, maar maakt het proces ook tijdrovend en arbeidsintensief, waardoor het aantal medicijnen dat kan worden getest en de omvang van de onderzoeken kleiner worden.
Nu Alex Abramson, een chemisch ingenieur die was gevestigd in Stanford University toen hij dit onderzoek uitvoerde, maar sindsdien is verhuisd naar het Georgia Institute of Technology, en zijn collega's hebben een elastomere-elektronische spanningssensor ontwikkeld die de snelheid en het volume van het testen van medicijnen zou kunnen verbeteren door continue metingen van de tumorgrootte te leveren. Zij merken op dat de real-time, autonome en nauwkeurige tumormonitoring die door hun apparaat wordt aangeboden, nieuwe wegen zou kunnen openen in de high-throughput geneesmiddelenscreening en fundamenteel kankeronderzoek.
De sensor – genaamd FAST (flexibele autonome sensoren die tumoren meten) – bestaat uit een goudlaag van 50 nm bovenop een styreen-ethyleen-butyleen-styreen-elastomeer. Wanneer er spanning op de sensor wordt uitgeoefend, verschijnen er microscheurtjes in de goudlaag, waardoor de elektrische weerstand toeneemt. De weerstand in de sensor neemt exponentieel toe naarmate de spanning toeneemt, en de onderzoekers zeggen dat ze bij het uitrekken van de sensor veranderingen van slechts 10 µm konden detecteren.
De onderzoekers gebruikten twee kankermodellen om de sensoren te testen: bioluminescente menselijke longkankercellen en een A20 B-cellymfoomcellijn. Nadat ze kankercellen onder de huid van muizen hadden geïmplanteerd, maten ze hoe de tumoren groeiden en beoordeelden vervolgens de tumorrespons op bekende therapeutische middelen. De spanningssensor, een printplaat die gegevens naar een smartphone-app stuurt en een batterijpakket werden ondergebracht in een 3D-geprinte rugzak, die met filmverband en weefsellijm aan de muizen werd bevestigd. De sensoren waren voorgerekt tot 50% spanning, zodat zowel de groei als de regressie konden worden gemeten.
Toen het team de tumorgroei een week lang observeerde, ontdekte het team dat de metingen van de spanningssensoren vergelijkbaar waren met die van schuifmaat en een luminescentiebeeldvormingssysteem.
Binnen 5 uur na aanvang van de behandeling kon de spanningssensor veranderingen in de tumorgrootte detecteren vergeleken met onbehandelde muizen. Deze tumorregressie werd niet opgepikt door bioluminescentiebeeldvorming of schuifmaatmetingen – met deze hulpmiddelen was er geen statistisch verschil tussen de behandelde en onbehandelde groepen in tumormetingen op het tijdstip van 5 uur. Gedurende behandelingsperioden van een week waren de metingen van de sensor vergelijkbaar met die van schuifmaat en bioluminescente beeldvorming.
'Heart-on-a-chip'-proces zou het testen van medicijnen kunnen versnellen
Volgens de onderzoekers biedt FAST drie voordelen ten opzichte van andere veel voorkomende tumormeetopties, zoals schuifmaten, implanteerbare druksensoren en beeldvorming: het maakt continue tumormonitoring mogelijk; het kan veranderingen in grootte en vorm meten die met andere technieken moeilijk te detecteren zijn; en omdat het autonoom is, zou het snellere, goedkopere en grootschaligere preklinische geneesmiddelentests mogelijk moeten maken.
“Het is een bedrieglijk eenvoudig ontwerp”, zegt Abramson, “maar deze inherente voordelen zouden zeer interessant moeten zijn voor de farmaceutische en oncologische gemeenschappen. FAST zou de kosten van het screenen van kankertherapieën aanzienlijk kunnen versnellen, automatiseren en verlagen.”
De onderzoekers rapporteren hun resultaten in Wetenschap Advances.
