Detektion von Hautkrebs vor seinem klinischen Erscheinungsbild

Kanadische Forschende haben ein System entwickelt, das Melanome bereits vor ihrer klinischen Sichtbarkeit erkennen könnte. Im Mausmodell detektierte es minimale Temperaturveränderungen der Haut und identifizierte Tumoren in sehr frühen Stadien.

Die Detektion von Melanomen vor ihrer klinischen Sichtbarkeit stellt eine wesentliche Herausforderung in der Dermatologie dar. In Zusammenarbeit mit Forschenden der Université de Montréal (Kanada) haben Wissenschaftler des Institut national de la recherche scientifique (INRS) der Université du Québec (Kanada) eine vielversprechende, im Mausmodell getestete Lösung entwickelt.

Das als SMEAR-ULM bezeichnete System ist eine Hochtechnologieplattform, die Hautmalignome in ihren frühesten Stadien durch Messung minimaler Temperaturvariationen an der Hautoberfläche detektieren kann. Unter der Leitung von Prof. Jinyang Liang wurden die Ergebnisse in „Nature Sensors“ publiziert. Nach Angaben der Autoren ist das potenzielle Anwendungsspektrum erheblich.

Beurteilung suspekter Hautläsionen

Die Inzidenz des Melanoms nimmt weiterhin zu, und die frühzeitige Diagnosestellung ist entscheidend für die Prognose. Derzeitige diagnostische Verfahren basieren auf visueller Inspektion mit anschließender Biopsie. Das neue System ermöglicht eine schnelle, direkte Beurteilung suspekter Hautläsionen und könnte unnötige Biopsien reduzieren sowie die diagnostische Treffsicherheit im Frühstadium verbessern und klinische Entscheidungsprozesse unterstützen.

„Unser Ziel ist es, ein minimalinvasives Instrument zur Detektion sehr kleiner, jedoch aggressiver Melanome bereitzustellen“, erklärt Liang. „Aufgrund ihrer geringen Größe werden diese Melanome üblicherweise von der klinischen visuellen Inspektion ausgeschlossen, wodurch das Risiko unerkannt bleibt. Wir möchten sie detektieren, um eine möglichst frühzeitige Intervention zu ermöglichen.“

„Obwohl diese Studie im Mausmodell durchgeführt wurde, bildet dieses Modell die genetischen Veränderungen humaner Melanome nach und könnte daher potenziell Patienten zugutekommen“, ergänzt Prof. Sylvain Meloche von der Université de Montréal.

Im Zentrum steht ein Mikronadelpflaster, das Nanopartikel intradermal appliziert und eine temporäre „intelligente Tätowierung“ bildet, die als Matrix mikroskopischer Thermometer fungiert. Bei Bestrahlung mit kurzwelligem Infrarot-Licht emittieren die Nanopartikel sichtbares Licht, dessen Lumineszenzlebensdauer direkt temperaturabhängig ist. Da Tumorzellen aufgrund ihres gesteigerten Metabolismus mehr Sauerstoff und Nährstoffe verbrauchen, erzeugen sie zusätzliche Wärme, die über dieses optische Signal detektiert werden kann. Ein ultraschnelles Bildgebungssystem erzeugt daraus in einer Einzelaufnahme eine Temperaturverteilungskarte mit submillimetrischer Auflösung und Subgrad-Sensitivität.

„Wir erfassen alle notwendigen Informationen für eine sofortige Temperaturkarte in einer einzigen Aufnahme, was die Methode schnell und robust macht, um abnorme thermische Reaktionen kleiner Melanome kontinuierlich zu überwachen – selbst unter komplexen In-vivo-Bedingungen“, erklärt Erstautor Yingming Lai vom INRS.

Echtzeit-Temperaturkartierung in vivo

Subklinische Melanome konnten bereits vier Tage nach Entstehung detektiert werden, während konventionelle Infrarotverfahren typischerweise nur Läsionen > 5 mm erfassen. Diese Verfahren sind zudem durch eine begrenzte räumliche Auflösung und ein hohes Signalrauschen eingeschränkt. Auch bestehende mikronadelbasierte Sensortechnologien erfordern wiederholte Messungen und sind dadurch für den In-vivo-Einsatz limitiert.

Die Kombination aus Mikronadelkodierung, mit seltenen Erden dotierten Nanopartikeln und ultraschneller optischer Bildgebung ermöglicht eine Echtzeit-Temperaturkartierung in vivo. Damit kann die Hauttemperatur als diagnostischer Biomarker für Melanome im Frühstadium fungieren. Darüber hinaus könnte die Plattform zur Kartierung weiterer physiologischer Parameter wie pH-Wert oder Ionenkonzentrationen adaptiert werden und neue Möglichkeiten in der biomedizinischen Bildgebung und Diagnostik eröffnen. (ins)