Die Früherkennung von Prostatakrebs, einer der häufigsten Krebsarten bei Männern, wird häufig mit PSA-Tests erreicht. Dieser Bluttest für prostataspezifische Antigene liefert jedoch viele falsch positive Ergebnisse, was zu unnötigen Biopsien und Überbehandlungen führt. Im Tagebuch Internationale Ausgabe der Angewandten Chemiestellt ein chinesisches Forscherteam nun eine hochspezifische, nicht-invasive Alternative zur Biopsie vor: Der „thermophoretic AND gate operation“-Assay, kurz Tango, weist Prostatakrebs schnell und zuverlässig direkt in Blutproben nach.
Der Tango-Assay basiert auf der Analyse zirkulierender extrazellulärer Vesikel, bei denen es sich um membrangebundene „Nanobläschen“ handelt. Diese stammen aus allen Körperzellen, zirkulieren im Blutkreislauf und enthalten zahlreiche Biomarker, die typisch für die Zellen sind, aus denen sie stammen. Die Isolierung und Akkumulation der heterogenen Vesikel in komplexen Proben erfordert komplexe und teure Vorbehandlungen. Die neue Methode, die von einem Team um Fei Tian, Bo Dai und Jiashu Sun entwickelt wurde, kombiniert Akkumulation mit einer logischen UND-Verknüpfung in einem Schritt zur Identifizierung der gewünschten Tumorbläschen.
Der Konzentrationsprozess basiert auf Thermophorese, der Bewegung von Partikeln aufgrund eines Temperaturgradienten. Die Probe wird in eine speziell entwickelte Mikrokammer gegeben, die lokal mit einem IR-Laser erhitzt wird. Die Vesikel bewegen sich bevorzugt in Richtung der erhitzten Stelle. Polyethylenglykol wird ebenfalls hinzugefügt, um einen Konzentrationsgradienten zu bilden, der die Wirkung verstärkt. Dadurch ergibt sich eine 2800-fache Häufung um den Laserspot.
Um die gewünschten Vesikel eindeutig und spezifisch identifizieren zu können, müssen sie zwei Proteine enthalten, die in Prostatatumoren in hohen Konzentrationen vorkommen: Prostata-spezifisches Antigen (PSMA) und Epithelzellen-Adhäsionsmolekül (EpCAM). Das Team führte zwei Sonden auf der Basis von Aptameren ein, bei denen es sich um kurze DNA-Einzelstränge mit einer „programmierten“ 3D-Struktur handelt, die spezifisch an ein Zielmolekül binden. In diesem Fall sind die beiden Ziele PSMA und EpCAM. Jede der Sonden hat einen Fluoreszenzfarbstoff.
Um nur Vesikel zu erkennen, die beide Tumormarker enthalten, entwickelte das Team eine logische UND-Verknüpfung. Beide Sonden haben einen kleinen molekularen „Anker“, der spezifisch an das Ende eines DNA-Konnektors bindet. Befinden sich beide Zielproteine auf einer Vesikelmembran, werden beide Sondentypen durch den DNA-Konnektor verbunden und die beiden Fluoreszenzfarbstoffe kommen sich für einen Energietransfer nahe genug. Der eine Farbstoff absorbiert Licht und überträgt einen Teil der Energie ohne Strahlung auf den anderen (Förster-Resonanz-Energietransfer, FRET), der zweite Farbstoff emittiert dann Licht. Die Intensität dieser FRET-Fluoreszenz ist ein Maß für die Anzahl der Vesikel, die beide Tumormarker enthalten.
Der Tango-Assay war in der Lage, Patienten mit Prostatakrebs aus einer Gruppe mit nicht schlüssigen PSA-Ergebnissen mit einer Genauigkeit von 91 % in 15 Minuten zu identifizieren. Auch für andere Krebsarten soll es möglich sein, Tango-Tests zu entwickeln, so das Team vom National Center for Nanoscience and Technology (Peking) und der Fudan University (Shanghai).
Jinqi Deng et al, Einstufige thermophoretische UND-Gate-Operation an extrazellulären Vesikeln verbessert die Diagnose von Prostatakrebs, Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie (2022). DOI: 10.1002/ange.202207037
Zur Verfügung gestellt von Angewandte Chemie International Edition