Lungenkrebsdiagnose im Frühstadium: Möglicherweise in Zukunft mit „Worm-on-a-Chip“?

Hunde können verschiedene Krebserkrankung anhand von menschlichen Atem-, Blut- und Urinproben erschnüffeln – doch der Spulwurm Caenorhabditis elegans kann das auch. Laut Wissenschaftlern könnte ein „Worm-on-a-Chip“-Konzept in Zukunft helfen, Lungenkrebs nichtinvasiv in einem früheren Stadium zu diagnostizieren.

Die Forschenden werden ihre Ergebnisse auf der Frühjahrstagung der American Chemical Society (20. bis 24. März) vorstellen.

Verfahren zur Krebsfrüherkennung sollten schnell, einfach, wirtschaftlich und nichtinvasiv sein, sagt Doktorandin Nari Jang, die die Ergebnisse der neuen Studie auf dem Kongress präsentieren wird. Derzeit diagnostizieren Ärzte Lungenkrebs anhand bildgebender Verfahren oder Biopsien, wobei aber eine Entdeckung von Tumoren in frühesten Stadien häufig nicht gelingt – und Hunde im Labor zu halten sei unpraktisch, erklärt die Studienautorin. Also beschlossen Jang und Dr. Shin Sik Choi, für die Entwicklung eines nichtinvasiven Tests auf Lungenkrebs Nematoden zu verwenden, die winzig (ca. 1 mm lang) und im Labor leicht zu züchten sind sowie einen außergewöhnlichen Geruchssinn haben.

„Lungenkrebszellen produzieren ein anderes Profil von Geruchsmolekülen als normale Zellen“, erklärt Choi von der Myongji-Universität in Korea. „Es ist allgemein bekannt, dass der im Boden lebende Fadenwurm C. elegans von bestimmten Gerüchen angezogen wird oder sie meidet. Also kamen wir auf die Idee, dass der Spulwurm zur Erkennung von Lungenkrebs eingesetzt werden könnte.“ In der Vergangenheit haben andere Forscher Nematoden in Petrischalen Tropfen menschlichen Urins ausgesetzt und dabei beobachtet, dass die Würmer offenbar Proben von Krebspatienten bevorzugten und auf diese zukrochen. Jang und Choi wollten eine genaue, einfach zu messende Form eines solchen Tests erstellen.

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 Forschenden platzierten den Chip auf einer Agarplatte, fügten an einem Ende des Chips einen Tropfen Kulturmedien mit Lungenkrebszellen hinzu und am anderen Ende ein Medium mit normalen Lungenfibroblasten. C. elegans wurde in der zentralen Kammer platziert. Nach einer Stunde war festzustellen, dass mehr C.-elegans-Exemplare in Richtung des Mediums mit Lungenkrebszellen gekrochen waren als in die andere Richtung. Im Gegensatz dazu zeigte C. elegans mit einem mutierten Geruchsrezeptor-Gen namens odr-3 dieses Lungenkrebszellen bevorzugende Verhalten nicht.

Basierend auf diesen Tests schätzten die Forscher, dass das getestete Device beim Nachweis von Krebszellen in verdünnten Zellkulturmedien zu etwa 70 Prozent wirksam war. Sie hoffen, sowohl die Genauigkeit als auch die Empfindlichkeit der Methode zu erhöhen, indem sie C.-elegans-Exemplare verwenden, die zuvor Krebszellmedien ausgesetzt waren und daher ein „Gedächtnis“ für krebsspezifische Geruchsmoleküle haben. Sobald das Team den „Worm-on-a-Chip“ für den Nachweis kultivierter Lungenkrebszellen optimiert hat, wollen sie Urin, Speichel oder sogar das Exhalat von Menschen testen. „Wir werden mit Medizinern 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 „Worm-on-a-Chip“ identifizierten Forschende die spezifischen Geruchsmoleküle, die C. elegans zu Lungenkrebszellen locken. Dazu gehört eine flüchtige organische Verbindung namens 2-Ethyl-1-Hexanol, die einen blumigen Duft hat. „Wir wissen nicht, warum C. elegans von Lungenkrebsgewebe oder 2-Ethyl-1-Hexanol angezogen wird, aber wir vermuten, dass die Gerüche denen ihrer Lieblingsspeisen ähneln“, erklärt Jang.