Zur Früherkennung von Prostatakrebs, einer der häufigsten Krebsarten bei Männern, wird nach wie vor oft ein PSA-Test herangezogen. Dieser Bluttest auf Prostata-spezifische Antigene liefert jedoch auch falsch positive Ergebnisse und kann entsprechend überflüssige Biopsien und Übertherapien nach sich ziehen. Der nun vorgestellte „thermophoretische AND-Gate-Operation“-Test, kurz Tango, soll Prostatakrebs direkt in Blutproben rasch und verlässlich nachweisen können.
Analyse zirkulierender extrazellulärer Vesikel
Der Tango-Test basiert auf der Analyse zirkulierender extrazellulärer Vesikel, membranumhüllter „Nano-Bläschen“. Sie stammen von allen möglichen Körperzellen, zirkulieren im Blut und enthalten eine Vielzahl für ihre jeweilige Herkunft typischer Biomarker. Zur Isolierung und Anreicherung der heterogenen Vesikel aus komplexen Proben sind jedoch aufwändige, teure Vorbehandlungen nötig. Der neue Ansatz des Teams um Fei Tian, Bo Dai und Jiashu Sun fasst die Anreicherung mit einer logischen AND-Gate-Operation zur Identifizierung der gesuchten Tumor-Vesikel in einem einzigen Schritt ohne Probenvorbereitung zusammen.
2.800-fache Anreicherung gelungen
Die Anreicherung basiert auf der Thermophorese, einer Teilchenbewegung aufgrund eines Temperaturgradienten. Die Probe wird in eine speziell entworfene Mikrokammer gegeben, die lokal mit einem IR-Laser erwärmt wird. Die Vesikel wandern in Richtung des erwärmten Punktes. Zusätzlich zugegebenes Polyethylenglykol bildet zudem einen Konzentrationsgradienten, der diesen Effekt verstärkt. So sei eine etwa 2.800-fache Anreicherung um den Laser-Spot herum gelungen.
Einsatz von zwei Sonden
Um die gesuchten Vesikel eindeutig und hochspezifisch zu identifizieren, sollten diese zwei Proteine tragen, die in Prostatatumoren in hoher Konzentration vorkommen: das Prostata-spezifische Antigen (PSMA) sowie das epitheliale Zelladhäsionsmolekül (EpCAM). Das Team stellte zwei Sonden auf der Basis von Aptameren her, kurzen DNA-Einzelsträngen mit einer „einprogrammierten“ 3-D-Struktur, die spezifisch an ein Zielmolekül bindet – PSMA bzw. EpCAM. Beiden Sonden tragen je einen Fluoreszenzfarbstoff.
Nutzung der Intensität von FRET-Fluoreszenz
Damit nur Vesikel nachgewiesen werden, die beide Tumormarker tragen, wurde eine logische AND-Operation entworfen. Beide Sondentypen haben dazu einen kleinen molekularen „Anker“, der jeweils spezifisch an ein Ende eines DNA-Verbindungsstücks bindet. Befinden sich beide Zielproteine auf einer Vesikelmembran, werden beide Sondentypen über ein Verbindungsstück verknüpft und die beiden Farbstoffe kommen sich nah genug für einen Energietransfer: Der eine Typ Farbstoff absorbiert Licht und gibt einen Teil der Energie strahlungslos (Förster-Resonanzenergie-Transfer, FRET) an den anderen weiter, der dann wieder Licht abstrahlt. Die Intensität dieser FRET-Fluoreszenz ist ein Maß für die Menge an Vesikeln mit beiden Tumormarkern.
Auch für andere Krebsarten geeignet?
Mit dem Tango-Test ließen sich innerhalb von 15 min Patienten mit Prostatakrebs aus einer Gruppe mit uneindeutigen PSA-Befunden mit 91% Genauigkeit identifizieren. Auch für andere Krebsarten könnten sich spezifische Tango-Tests entwickeln lassen, hofft nun das Team vom National Center for Nanoscience and Technology (Beijing) und der Fudan University (Shanghai).
Quelle: idw/Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.
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