Bepaling van de aanwezigheid van kanker, evenals het type en de maligniteit, is een stressvol proces voor patiënten dat tot twee weken kan duren om een ​​diagnose te krijgen. Met een nieuw stukje technologie - een suikertransporterende biosensor - hopen onderzoekers van de Michigan Technological University dat tijdsbestek terug te brengen tot minuten.

Een samenwerkend team van chemici en ingenieurs van Michigan Tech legt de basis voor deze visie in twee nieuwe papers. In het tijdschrift van de Royal Society of Chemistry Chemische communicatie , het team legt de basiswetenschap uit achter veelkleurige sondes die het mogelijk maken om kankerrelevante fructosetransporters te targeten, zich verdiepen in de beeldgebaseerde detectie van kankercellen. In het journaal Biosensoren , het team behandelt toepassingen voor het opsporen van borstkanker en het onderscheiden van niet-kwaadaardige, premaligne en kwaadaardige kankercellen.

Twee onderzoekers van Michigan Tech werkten mee aan de onderzoeken. Marina Tanasova, assistent-professor scheikunde, en Smitha Rao, universitair docent biomedische technologie, veranderde een kantoorvergadering van 10 minuten in een samenwerking van twee jaar gebouwd op een kleine fluorescerende sonde die de fructosetransporter genaamd GLUT5 zoekt.

Cellen hebben koolhydraten nodig; faciliterende glucosetransporters (GLUT's) brengen voedingsstoffen in en uit cellen. Wanneer metabolische schommelingen beginnen, zeg, van kankerontwikkeling - de algehele samenstelling van GLUT's verandert zodat er meer of minder GLUT's actief zijn. Fructosetransporters zoals GLUT5 zijn van bijzonder belang vanwege het directe verband tussen de opname van fructose en de ontwikkeling van kanker, die ook verandert naarmate de kanker vordert en kwaadaardig wordt.

in hun Chemische communicatie papier, Tanasova en Rao's team rapporteren over het ontwerp en de validatie van de fluorescerende sondes, genaamd ManCous, om GLUT5-activiteit in een cel te observeren; ze documenteren ook de veelkleurige fluorescentie die GLUT5-rijke cellen onderscheidt van die met een tekort aan GLUT5. Het vervolg Biosensoren papier, biedt een proof-of-principle gebruik van deze sondes als hulpmiddelen om GLUT5 en metabole activiteit van verschillende celtypen te beoordelen en te vergelijken, inclusief normale cellen en verschillende kankersubtypes.

"We kwamen dichter bij een basisscreening van de GLUT-samenstelling van cellen - een die zowel kanker detecteert als type onderscheidt, " zegt Tanasova; eraan toevoegend dat hoewel het concept elegant is, het ontwikkelen van de technologie is niet eenvoudig. "Van fundamentele wetenschap tot toepassing, er is veel transformatie die moet gebeuren."

Door de wetenschap achter suikertransporters beter te begrijpen, het team is beter toegerust om technologie te bouwen die een nauwkeurige en nauwkeurige GLUT-vingerafdruk van kankercellen vastlegt.

"Deze sonde is als een Zwitsers zakmes, "Rao zegt, uitleggen dat kankerdetectie niet het enige gebruik voor de sonde is. "Hoe meer we leren over kanker door deze sondes, hoe meer mogelijkheden we hebben om ze toe te passen, wat meer kansen betekent om verschillende vormen van kanker te behandelen, hopelijk genees ze, en op zijn minst de verspreiding ervan te voorkomen en de medicijnafgifte te maximaliseren."

Wat de sonde zo veelzijdig maakt, is het vermogen om niet alleen kankercellen op te sporen en te markeren, maar ook om de metabole nuances van verschillende stadia van kankerontwikkeling te onthullen. Terwijl kanker over het algemeen fructose opslokt, de GLUT5 en metabole activiteit van niet-kwaadaardige, premaligne en kwaadaardige borstkankercellen variëren, dat is wat Rao, Tanasova en hun team verkenden in de Biosensoren papier. Ze ontdekten dat ManCou-probes parallelle analyse en kwantificering van GLUT5 en metabolische activiteit van cellen mogelijk maken net na een incubatieperiode van 10 minuten. De opmerkelijke verschillen in fluorescentie-intensiteit die worden waargenomen tussen normale cellen en kankercellen, evenals verschillende soorten kanker, zorgen voor belangrijke differentiatiepunten tussen verschillende celtypen en maken deze sondes veelbelovende hulpmiddelen voor kankerdetectie en -diagnostiek.

Het onderzoek staat nog in de kinderschoenen, maar Tanasova en Rao hebben een duidelijke visie voor de volgende stappen van het project. Het werk is zeer collaboratief en gebouwd naast de inspanningen van hun co-auteurs, waaronder promovendi Srinivas Kannan en Vagarshak Begoyan, onderzoeker ?ukasz J. Weseli?ski, samen met afgestudeerde studenten Joseph Fedie, Shuai Xia en student Alexis Ferrier.

De samenwerking gaat door. Het team van chemici - Tanasova, Begoyan en Weseli?ski - zijn van plan om dieper in de wereld van fructosetransporters te duiken om uit te breiden wat ze hebben vastgesteld over GLUT5 en om toegang te bieden tot sondes die gericht zijn op andere GLUT's. Er is genoeg materiaal om elke GLUT-transporter in het celmembraan te visualiseren en te kwantificeren. Het team van biomedische ingenieurs - Rao en Kannan - richt zich op het beoordelen van talloze toepassingen van deze sondes, inclusief standaard biopsie-analyse en het pushen van de technologie naar de klinische praktijk door de ontwikkeling van een point-of-care-apparaat voor kankerdetectie.

Zoals Rao het zegt, het team vormt hun Lego-blokken zodat ze onderweg kunnen bouwen. Het verfijnen van ziektedetectie en -behandeling blijft de drijvende kracht achter deze interdisciplinaire samenwerking. Het overkoepelende idee blijft zich richten op het nemen van suikertransporters en deze te gebruiken als een toegangspoort om de aard van kanker beter te begrijpen.