Die Früherkennung und Diagnose von Krebs im Frühstadium verbessert die Wirksamkeit der Behandlung und die Überlebensrate der Betroffenen erheblich. Wissenschaftler der Universität Fribourg haben bioinspirierte Nanosensoren entwickelt, die einen schnellen und präzisen Nachweis von aus Krebs stammenden Biomarkern ermöglichen. Diese Nanosensoren könnten den Weg zu einer neuen Generation blutbasierter Tests zur Früherkennung und Überwachung von Krebs ebnen.

Bei frühzeitiger Erkennung können heute viele Krebserkrankungen erfolgreich behandelt werden. Aufgrund biologischer und technischer Hürden bleibt die Früherkennung jedoch ein schwieriges Unterfangen. Ein aufkommender Ansatz besteht darin, von Tumoren stammende Nukleinsäuren, DNA und kleine RNA-Moleküle als Krebs-Biomarker zu messen, die auf einen Tumor hinweisen. Diese Messung ist jedoch zeitaufwändig, kostspielig und erfordert spezielle Geräte und spezialisierte Labors.

Von der Natur inspirierte Biosensoren zum Nachweis von Tumorbiomarkern
Im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts Bio-Inspirierte Materialien (NCCR), koordiniert von der Universität Freiburg, arbeiten die Teams von Professor Curzio Rüegg (Medizin) und Professor Guillermo Acuna (Physik) zusammen um DNA-Nanosensoren für den spezifischen und sensitiven Nachweis tumorabgeleiteter Biomarker zu entwickeln.

In einem ersten Projekt hat die Doktorandin Ivana Domljanovic einen DNA-Biosensor entwickelt, der bei der Bindung kleiner RNAs (miRNAs), die für Brustkrebs spezifisch sind, ein intensives Fluoreszenzsignal erzeugt. Der gleichzeitige Nachweis von zwei miRNAs kann innerhalb von 10 Minuten mit einer sehr niedrigen Nachweisgrenze (niedriger pikomolarer Bereich) und zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Techniken erreicht werden. Diese Studie wurde kürzlich im renommierten Journal Nanoscale veröffentlicht.

In einem zweiten Projekt entwickelte Dr. Samet Kocabey, Oberassistent und Marie-Curie-Sklodowska-Stipendiat, einen DNA-Biosensor, der mit einem geometrischen Strichcodierungssystem zum spezifischen Nachweis von bis zu vier verschiedenen miRNAs ausgestattet ist. Die Signaldetektion erfolgt durch superauflösende Mikroskopie (DNA-PAINT) mit extrem hoher Empfindlichkeit (niedriger femtomolarer Bereich). Diese Studie wurde kürzlich im Journal Biosensors and Bioelectronics veröffentlicht.

Auf dem Weg zu einer neuen Generation von Biosensoren
Diese Ergebnisse haben wichtige Implikationen für zukünftige Entwicklungen. Erstens stellen sie eine Grundlage für die Entwicklung anspruchsvollerer Sensoren dar, die den gleichzeitigen Nachweis von Dutzenden bis Hunderten von Nukleinsäuren oder den Nachweis von mutierter DNA oder großen RNA-Molekülen (mRNA) ermöglichen. Zweitens ebnen sie den Weg für die Entwicklung schneller, sicherer, einfacher und kostengünstiger klinisch anwendbarer Tests zur Krebserkennung und -überwachung. Das langfristige Ziel dieser Projekte ist es, die Krebsdiagnostik und Patientenversorgung zu verbessern.