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Diese winzigen Sensoren können Krebs frühzeitig erkennen

Neue Forschung verwendet Nanosensoren, um Protein-zu-Protein-Wechselwirkungen zu erkennen, die Krebs signalisieren können. Die Ergebnisse können sich als sehr nützlich erweisen, um eine lymphozytische Leukämie frühzeitig zu erkennen.


Die Nanosensoren können helfen, Leukämieblutzellen (hier abgebildet) zu erkennen.

Krebs ist eine der häufigsten Todesursachen in den USA und weltweit. Laut dem National Cancer Institute gab es 2012 weltweit mehr als 8 Millionen Todesfälle im Zusammenhang mit Krebs, und in den USA könnten mehr als 600.000 Menschen 2018 an der Krankheit sterben.

Das frühzeitige Erkennen dieser lebensbedrohlichen Krankheit ist von entscheidender Bedeutung, und Mediziner sind bemüht, neue und effektivere Wege zu finden, um Krebs so schnell wie möglich zu diagnostizieren.

Neue Forschung verwendet nun winzige Sensoren, um kleinste molekulare Veränderungen zu erkennen, die auf Krebs hindeuten können.

Liviu Movileanu, Professor für Physik am College of Arts and Sciences der Syracuse University in New York, und Avinash Kumar Thakur, Doktorand für Physik in Syracuse, erläutern die Rolle dieser Nanosensoren in einer Zeitschrift Nature Biotechnology.

Wie Prof. Movileanu erklärt, können die Nanosensoren besonders hilfreich sein, um die lymphozytäre Leukämie zu erkennen, eine Krebsform, die im Knochenmark beginnt und sich im Blut ausbreitet.

In den USA treten voraussichtlich 2018 fast 21.000 neue Fälle von lymphozytärer Leukämie auf und mehr als 4.500 Menschen können als Folge sterben.

Wie arbeiten die Nanosensoren?

Die aus dem Labor von Prof. Movileanu stammenden Nanosensoren können sogenannte Protein-zu-Protein-Wechselwirkungen (PPIs), also Prozesse, die für die Entwicklung von Zellen wesentlich sind, nachweisen.

Das sogenannte Interaktom bezieht sich auf die "vollständige Karte der Proteininteraktionen, die in einem lebenden Organismus auftreten können". Die Interaktomik - oder das Abbilden des Interaktoms mithilfe modernster Technologie- und Computertechniken - ist ein blühendes Teilfeld der Biophysik, das die Folgen dieser Interaktionen untersucht.

PPIs hängen von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie dem Zelltyp, seinem Entwicklungsstadium und den Umweltbedingungen. Einige PPIs sind stabil, andere jedoch vorübergehend.

Zum Beispiel sind die zur Aktivierung der Genexpression erforderlichen Wechselwirkungen oder solche, die die Signalübertragung von Zellen und die Entwicklung von Krebszellen beeinflussen, vorübergehend, was bedeutet, dass sie nur etwa eine Millisekunde dauern.

Der flüchtige Charakter dieser PPIs macht es schwierig, sie mit den derzeit verfügbaren Methoden zu erkennen.

Die aus dem Labor von Prof. Movileanu stammenden Nanosensoren umgehen dieses Hindernis jedoch, indem sie eine kleine Öffnung in der Zellmembran schaffen, durch die elektrischer Strom fließt.

Wenn Proteine ​​diese kleinen Öffnungen oder Nanoporen passieren, verändern sie die Intensität des elektrischen Stroms. Diese Änderungen zeigen die Identität und Eigenschaften jedes Proteins.

"Die Daten, die aus einer einzigen Proteinprobe gewonnen wurden, sind immens", sagt Prof. Movileanu, der seinen Doktortitel erwarb. in Experimentalphysik von der Universität Bukarest in Rumänien und ist derzeit Mitglied der Forschungsgruppe für Biophysik und Biomaterialien in der Abteilung für Physik von Syrakus.

"Mit unseren Nanostrukturen können wir biochemische Ereignisse empfindlich, spezifisch und quantitativ beobachten", fährt der Forscher fort. "Danach können wir eine genaue Einschätzung einer einzelnen Proteinprobe machen."

"Die detaillierte Kenntnis des menschlichen Genoms hat eine neue Grenze für die Identifizierung vieler funktioneller Proteine ​​eröffnet, die an kurzen physikalischen Assoziationen mit anderen Proteinen beteiligt sind", so der Forscher weiter.

"Große Störungen in der Stärke dieser PPIs führen zu Krankheitszuständen. Aufgrund der vorübergehenden Natur dieser Wechselwirkungen sind neue Methoden erforderlich, um sie zu bewerten."

Der Physiker erklärt auch, wie die fein abgestimmten Erkennungsmechanismen seiner Nanosensoren dazu beitragen können, Krebs zu bekämpfen.

"Wenn wir wissen, wie einzelne Teile einer Zelle funktionieren, können wir herausfinden, warum eine Zelle von der normalen Funktionalität zu einem tumorähnlichen Zustand abweicht [...]. Unsere kleinen Sensoren können große Anstrengungen für das Biomarker-Screening, das Protein-Profiling und den Untersuchung von Proteinen im großen Maßstab [Proteomics]. "

Prof. Liviu Movileanu

Prof. Movileanu hofft, dass seine Nanosensoren besonders nützlich sein werden, um lymphozytische Leukämie zu erkennen, eine Erkrankung, bei der die Blutzellen nicht reifen und als normal sterben, sondern "sich im Knochenmark aufbauen und normale, gesunde Zellen verdrängen".

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