„Worm-on-a-Chip“-Gerät könnte eines Tages bei der Diagnose von Lungenkrebs helfen

Hunde können ihren unglaublichen Geruchssinn nutzen, um verschiedene Formen von Krebs in menschlichen Atem-, Blut- und Urinproben zu erschnüffeln. Ebenso im Labor ein viel einfacherer Organismus, der Spulwurm C. elegans, schlängelt sich in Richtung Krebszellen, indem es einer Geruchsspur folgt. Heute berichten Wissenschaftler über ein Gerät, das die winzigen Würmer verwendet, um Lungenkrebszellen zu erkennen. Dieser „Wurm auf einem Chip“ könnte Ärzten eines Tages helfen, Krebs nichtinvasiv in einem früheren Stadium zu diagnostizieren.

Die Forscher stellen ihre Ergebnisse heute auf der Frühjahrstagung der American Chemical Society (ACS) vor.

Die Früherkennung von Krebs ist entscheidend für eine wirksame Behandlung und das Überleben, sagt Nari Jang, ein Doktorand, der die Arbeit auf dem Treffen vorstellt. Daher sollten Krebsfrüherkennungsverfahren schnell, einfach, wirtschaftlich und nicht-invasiv sein. Derzeit diagnostizieren Ärzte Lungenkrebs durch bildgebende Verfahren oder Biopsien, aber diese Methoden können Tumore oft nicht in ihren frühesten Stadien erkennen. Obwohl Hunde darauf trainiert werden können, menschlichen Krebs zu erschnüffeln, sind sie nicht praktisch, um sie in Labors zu halten. Also beschlossen Jang und Shin Sik Choi, Ph.D., die Hauptforscher des Projekts, Würmer namens Nematoden zu verwenden, die winzig (ca. 1 mm lang), im Labor leicht zu züchten und einen außergewöhnlichen Geruchssinn haben Entwicklung eines nichtinvasiven Krebsdiagnostiktests.

„Lungenkrebszellen produzieren einen anderen Satz von Geruchsmolekülen als normale Zellen“, sagt Choi, der an der Myongji-Universität in Korea arbeitet. „Es ist bekannt, dass der bodenbewohnende Nematode, C. eleganswird von bestimmten Gerüchen angezogen oder abgestoßen, also kamen wir auf die Idee, dass der Spulwurm zur Erkennung von Lungenkrebs verwendet werden könnte.“ Andere Forscher haben Nematoden in Petrischalen platziert und Tropfen menschlichen Urins hinzugefügt, wobei sie beobachteten, dass die Würmer bevorzugt darauf zu krochen Urinproben von Krebspatienten Jang und Choi wollten eine genaue, einfach zu messende Form des Tests entwickeln.

Also stellte das Team einen Chip aus Polydimethylsiloxan-Elastomer her, der an jedem Ende eine Vertiefung hatte, die durch Kanäle mit einer zentralen Kammer verbunden war. Die Forscher platzierten den Chip auf einer Agarplatte. An einem Ende des Chips fügten sie einen Tropfen Kulturmedien von Lungenkrebszellen hinzu, und am anderen Ende fügten sie Medien von normalen Lungenfibroblasten hinzu. Sie platzierten Würmer in der zentralen Kammer und stellten nach einer Stunde fest, dass mehr Würmer in Richtung der Lungenkrebsmedien gekrochen waren als in die normalen Medien. Im Gegensatz dazu werden Würmer, die ein mutiertes Geruchsrezeptor-Gen aufwiesen, genannt odr-3 zeigte dieses bevorzugte Verhalten nicht.

Basierend auf diesen Tests schätzten die Forscher, dass das Gerät beim Nachweis von Krebszellen in verdünnten Zellkulturmedien zu etwa 70 % wirksam war. Sie hoffen, sowohl die Genauigkeit als auch die Empfindlichkeit der Methode zu erhöhen, indem sie Würmer verwenden, die zuvor Krebszellmedien ausgesetzt waren und daher ein „Gedächtnis“ an krebsspezifische Geruchsmoleküle haben. Sobald das Team den Wurm auf einem Chip für den Nachweis kultivierter Lungenkrebszellen optimiert hat, wollen sie Urin, Speichel oder sogar die ausgeatmete Luft von Menschen testen. „Wir werden mit Ärzten zusammenarbeiten, um herauszufinden, ob unsere Methoden Lungenkrebs bei Patienten in einem frühen Stadium erkennen können“, sagt Choi. Sie planen auch, das Gerät an mehreren Krebsarten zu testen.

In anderen Studien mit dem Wurm-on-a-Chip identifizierten die Forscher die spezifischen Geruchsmoleküle, die sich anziehen C. elegans zu Lungenkrebszellen, einschließlich einer flüchtigen organischen Verbindung namens 2-Ethyl-1-Hexanol, die einen blumigen Duft hat. „Wir wissen nicht warum C. elegans werden von Lungenkrebsgewebe oder 2-Ethyl-1-Hexanol angezogen, aber wir vermuten, dass die Gerüche denen ihrer Lieblingsspeisen ähneln“, sagt Jang.