En bärbar stamsensor som kan mäta små förändringar i storleken på tumörer hos möss har utvecklats av forskare i USA. Teamet säger att enheten drastiskt kan påskynda valideringen av potentiella cancerläkemedel. I försök kunde den upptäcka förändringar i tumörstorlek på cirka 10 µm inom några timmar efter påbörjad behandling med cancerläkemedel.
Möss med tumörer strax under huden används regelbundet för att testa potentiella cancerläkemedel, eftersom de har visat sig ge resultat som ligger nära kliniska resultat. Effekten av en prospektiv behandling bestäms i allmänhet genom att observera hur dessa subkutana tumörer förändras i storlek och volym, jämfört med obehandlade kontroller. Men tekniken för att mäta dessa tumörers regression är inte särskilt avancerad. De mäts normalt för hand med bromsok. Förutom att skapa problem med noggrannhet, gör detta också processen tidskrävande och arbetsintensiv, vilket minskar mängden läkemedel som kan testas och storleken på försök.
Nu Alex Abramson, en kemiingenjör som var baserad på Stanford University när han utförde denna forskning men har sedan dess flyttat till Georgia Institute of Technology, och hans kollegor har utvecklat en elastomer-elektronisk töjningssensor som kan förbättra hastigheten och volymen av läkemedelstestning genom att tillhandahålla kontinuerliga mätningar av tumörstorlek. De noterar att den autonoma och exakta tumörövervakningen i realtid som erbjuds av deras enhet kan öppna upp nya vägar inom screening av läkemedel med hög genomströmning och grundläggande cancerforskning.
Sensorn – som heter FAST (flexibla autonoma sensorer som mäter tumörer) – består av ett 50 nm lager av guld ovanpå en styren-etylen-butylen-styrenelastomer. När spänningen appliceras på sensorn uppstår mikrosprickor i guldskiktet, vilket ökar det elektriska motståndet. Motståndet i sensorn ökar exponentiellt med påkänning, och forskarna säger att när de sträckte ut sensorn kunde de upptäcka förändringar på bara 10 µm.
Forskarna använde två cancermodeller för att testa sensorerna: bioluminescenta humana lungcancerceller och en A20 B-cellslymfomcellinje. Efter att ha implanterat cancerceller under huden på möss, mätte de hur tumörerna växte och bedömde sedan tumörsvaret på kända terapeutiska medel. Töjningssensorn, ett kretskort som skickar data till en smartphone-app och ett batteripaket inrymdes i en 3D-printad ryggsäck, fäst på mössen med hjälp av en filmförband och vävnadslim. Sensorerna var försträckta till 50 % töjning, för att både tillväxt och regression skulle kunna mätas.
När man observerade tumörtillväxt under en vecka fann teamet att mätningar från töjningssensorerna var jämförbara med mätningarna från skjutmått och ett luminescensavbildningssystem.
Inom 5 timmar efter behandlingsstart kunde stamsensorn detektera förändringar i tumörstorlek jämfört med obehandlade möss. Denna tumörregression togs inte upp av bioluminescensavbildning eller mätningar av bromsok - med dessa verktyg fanns det ingen statistisk skillnad mellan de behandlade och obehandlade grupperna i tumörmätningar vid 5-timmars tidpunkten. Under veckolånga behandlingsperioder liknade mätningarna från sensorn de från bromsok och bioluminiscerande avbildning.
'Hjärta-på-ett-chip'-processen kan påskynda drogtester
Enligt forskarna erbjuder FAST tre fördelar jämfört med andra vanliga tumörmätningsalternativ, såsom bromsok, implanterbara trycksensorer och avbildning: det möjliggör kontinuerlig tumörövervakning; den kan mäta förändringar i storlek och form som är svåra att upptäcka med andra tekniker; och eftersom det är autonomt bör det möjliggöra snabbare, billigare och större prekliniska drogtester.
"Det är en bedrägligt enkel design," säger Abramson, "men dessa inneboende fördelar borde vara mycket intressanta för de farmaceutiska och onkologiska samfunden. FAST kan avsevärt påskynda, automatisera och sänka kostnaderna för processen för screening av cancerterapier."
Forskarna redovisar sina resultat i Vetenskap Förskott.
