Nanotechnologie unterstützt die Behandlung von schwarzem Hautkrebs

Mit einer neuartigen nanotechnologischen Methode lassen sich Veränderungen im Erbgut von Gewebeproben schnell und einfach nachweisen.

Dies zeigen Forschende des Swiss Nanoscience Institute, der Universität Basel und des Universitätsspitals Basel in ersten klinischen Tests am Beispiel von Genmutationen bei Patienten mit schwarzem Hautkrebs. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift «Nano Letters» veröffentlicht.

Nach Schätzungen der American Skin Cancer Foundation erkranken heute mehr Menschen an Hautkrebs als an Brust-, Prostata-, Lungen- und Dickdarmkrebs zusammen. Zwar werden nur etwa 5% aller Hautkrebsarten dem schwarzen Hautkrebs (malignes Melanom) zugeordnet, diese Fälle sind jedoch die gefährlichsten und können zum Tod führen. Etwa die Hälfte aller Patienten, die schwarzen Hautkrebs bekommen, weist eine bestimmte Erbgutveränderung auf. Es handelt sich dabei um eine Mutation des Gens BRAF (B Gene for Rapid Acceleration of Fibrosarcoma), die zu einer unkontrollierten Vermehrung der Zellen führt.

Es gibt inzwischen Medikamente, die diese speziellen Mutationen ausnützen, um den Krebs zu bekämpfen und damit die Lebenserwartung der Patienten signifikant verlängern. Sie wirken allerdings nur, wenn die entsprechende Genmutation tatsächlich vorhanden ist. Sonst treten massive Nebenwirkungen auf, ohne dass die gewünschte Wirkung einsetzt. «Es ist daher unerlässlich, die Mutationen zuverlässig in Gewebeproben identifizieren zu können. Nur so können die Patienten richtig und erfolgreich behandeln werden», erläutert Mitautorin Prof. Katharina Glatz vom Institut für Pathologie des Universitätsspitals Basel.

Beschichtete Mikrofederbalken
Das Team um Prof. Ernst Meyer und Prof. Christoph Gerber vom Swiss Nanoscience Institute und vom Departement Physik der Universität Basel hat nun in einer klinischen Pilotstudie erstmals Nanosensoren eingesetzt, um in Gewebeproben von Patienten mit schwarzem Hautkrebs die Mutationen nachzuweisen. Die Forschenden verwendeten dazu winzige Federbalken (Cantilever), die auf unterschiedliche Weise beschichtet wurden. Auf einigen befand sich eine Erkennungssequenz für die gesuchte Mutation.

Aus der Gewebeprobe der Patienten wurde nun Erbgut (RNA) isoliert und auf diese Cantilever aufgebracht. Ist die Erbgutveränderung vorhanden, bindet die RNA des Patienten an die Erkennungssequenz auf dem Cantilever. Aufgrund des entstehenden Oberflächenstresses verbiegt sich der Cantilever, was sich messen lässt. Ist die Mutation nicht in der RNA-Probe enthalten, kommt es nicht zu der Verbiegung – nur eine spezifische Bindung führt also zu einem Signal. Der Einsatz der Nano-Cantilever hat den Vorteil, dass keine zeitaufwändigen Methoden benötigt werden und nicht einmal ein Tag von der Entnahme der Biopsie bis zur Diagnose vergeht.

Vor 30 Jahren nicht denkbar
Mit der vorliegenden Arbeit konnten die Basler Forschungsteams zeigen, dass nanomechanische Mikrocantilever in der Lage sind, Mutationen in komplexen Mischungen totaler RNA zu identifizieren, die aus Gewebeproben isoliert wurde. Ursprünglich wurden Cantilever nur in Rasterkraftmikroskopen verwendet. Prof Christoph Gerber, dem am 6. September in Oslo zusammen mit Gerd Binnig und Cal Quate der Kavli-Preis für die Entwicklung dieses Rasterkraftmikroskops verliehen wird, stellt fest: «Wir haben vor 30 Jahren nicht voraussehen können, dass unsere Technologie einmal in der Klinik für personalisierte Medizin angewendet werden könnte – sozusagen vom Labor ans Krankenbett.»

Quelle:
Universität Basel

Originalbeitrag
François Huber, Hans Peter Lang, Katharina Glatz, Donata Rimoldi, Ernst Meyer, and Christoph Gerber 
 Fast Diagnostics of BRAF Mutations in Biopsies from Malignant Melanoma
 Nano Letters (2016), doi: 10.1021/acs.nanolett.6b01513