PDF Basket
Bei der Krebsbehandlung ist eine frühzeitige Erkennung entscheidend, um eine Metastasierung zu verhindern, doch herkömmliche Biopsien können sowohl invasiv als auch unzuverlässig sein. Das SCALPEL-Projektteam des Interuniversitären Zentrums für Mikroelektronik (IMEC) in Belgien hat sich zum Ziel gesetzt, diesen Prozess mit einem einfachen Bluttest (also einer „Flüssigbiopsie“) zu revolutionieren, um umfassende Einblicke in die Krebsart und das Fortschreiten der Erkrankung einer Person geben zu können, was Hoffnung auf ein früheres und präziseres Eingreifen gibt.
Liesbet Lagae, Projektkoordinatorin und Direktorin für Forschung und Entwicklung im Bereich Biowissenschaften beim IMEC, erläutert: „Metastasierende Krebszellen im Blut zu finden, ist wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Wir wollten einen Chip erstellen, der sie finden und analysieren kann, um den Subtyp der Krebserkrankung auszuwerten und zu verstehen. Anstelle einer Biopsie würde uns eine ‚Flüssigbiopsie‘ oder ein Bluttest alle nötigen Informationen zur Verfügung stellen.“
Bahnbrechende Vision
Das Ziel von SCALPEL war durchaus ehrgeizig: Es sollte eine miniaturisierte Plattform geschaffen werden, mit der metastatische Krebszellen in Blutproben mit minimalem manuellem Aufwand isoliert und analysiert werden können. Durch die Entwicklung eines kompakten Mikrochips, mit dem jede einzelne Zelle schnell erkannt und durchleuchtet werden kann, hofft das Team, die Krebserkennung zu beschleunigen und die Behandlung zu personalisieren, um bessere Ergebnisse zu erzielen. Damit würden die Überwachung und Behandlung von Krebserkrankten revolutioniert und eine Vor-Ort-Diagnose direkt im Krankenhaus unterstützt.
Zu diesem Zweck integrierte das Team zwei fortgeschrittene Verfahren in einen Mikrofluidik-Chip. Beim ersten handelt es sich um die sanfte mikrofluidische Sortierung, bei der ein blasenbasierter Schalter, der thermisch aktiviert wird, die Zellen sanft zu verschiedenen mikrofluidischen Auslässen leitet und so die Zellschädigung minimiert und gleichzeitig eine schnelle Sortierung gewährleistet. Das zweite ist der linsenfreie Nachweis, eine nicht-invasive Methode, die die Zellform mithilfe eines Lichtleiters und eines digitalen Sensors analysiert, um zwischen Krebs- und Immunzellen zu unterscheiden.
Vom Konzept bis zum klinischen Erfolg
In Labortests sortierte das Gerät erfolgreich Zellen in hohem Tempo und erkannte zuverlässig sowohl metastatische Krebszelllinien als auch Immunzelllinien. Der nächste Schritt bestand darin, ihre Methodik an Blutproben von Erkrankten zu testen. In Zusammenarbeit mit den Fachleuten An Coosemans und Dirk Timmerman von der Universitätsklinik KU Leuven erprobte das Team seine Technologie an Biopsien von Eierstockkrebspatientinnen.
SCALPEL übertraf die Erwartungen und entdeckte, dass der Chip auch mehr als nur metastatische Krebszellen erkennen kann.
„Wir haben entdeckt, dass das Gerät auch Immunsignaturen von Eierstockkrebspatientinnen erkennt“, bemerkt Lagae. Anhand dieser Messungen lässt sich feststellen, wie gut jemand auf die Therapie anspricht.
Die SCALPEL-Initiative hat einen weiteren Meilenstein erreicht, indem sie zu einer Studie zum Konzeptnachweis des Europäischen Forschungsrats beigetragen hat, in der nachgewiesen wurde, dass derselbe Chip Immunzellen erkennen und sortieren kann, die dann in potente T-Zellen umprogrammiert werden können, um Krebs zu bekämpfen.
Diese Entdeckung ebnet den Weg zu personalisierten Behandlungen, bei denen Immunzellen erkrankter Personen auf die Behandlung bestimmter Krebsarten zugeschnitten werden könnten, um die jeweils einzigartige Immunantwort zu stärken.
Prototyp und Potenzial
Das Projektteam musste eine Reihe von technischen und klinischen Herausforderungen meistern, z. B. musste sichergestellt werden, dass die Technologie nahtlos in die Praxis integriert werden konnte.
Die Überwindung dieser Hindernisse trug nur zum Projekterfolg bei. Die Zusammenarbeit des Teams mit Sarcura, einem neu gegründeten österreichischen Start-up, trägt dazu bei, den Chip-Prototyp in die Produktentwicklung zu überführen, was die Immunzelltherapie verändern könnte. Dieser kompakte Zellsortierer mit hohem Durchsatz könnte die Herstellung künftiger Zelltherapien effizienter und kostengünstiger gestalten.
Mit der Weiterentwicklung von SCALPEL sind dessen Anwendungsmöglichkeiten enorm. Die Technologie wird bereits eingesetzt, um personalisierte, hochmoderne Krebstherapien näher an die Praxis heranzuführen, sie leichter zugänglich zu gestalten und die Art der Krebsbekämpfung zu verändern. Daniela Buchmayr, CEO von Sarcura, rechnet mit der Markteinführung des ersten Mikrochip-Zellsortierers im Jahr 2027.