Het vinden van manieren om kanker eerder te diagnosticeren, zou de overlevingskansen van veel patiënten aanzienlijk kunnen verbeteren. Een manier om dit te doen is door te zoeken naar specifieke eiwitten die worden uitgescheiden door kankercellen, die in de bloedbaan circuleren. Echter, de hoeveelheid van deze biomarkers is zo laag dat de detectie ervan moeilijk is gebleken.

Een nieuwe technologie die aan het MIT is ontwikkeld, kan helpen om de detectie van biomarkers veel gemakkelijker te maken. De onderzoekers, onder leiding van Sangeeta Bhatia, hebben nanodeeltjes ontwikkeld die een tumor kunnen huisvesten en een interactie aangaan met kankereiwitten om duizenden biomarkers te produceren, die dan gemakkelijk kan worden gedetecteerd in de urine van de patiënt.

Dit biomarker-amplificatiesysteem kan ook worden gebruikt om ziekteprogressie te volgen en te volgen hoe tumoren op behandeling reageren, zegt Bhatia, de John en Dorothy Wilson hoogleraar gezondheidswetenschappen en technologie en elektrotechniek en computerwetenschappen aan het MIT.

"Er is een wanhopige zoektocht naar biomarkers, voor vroege opsporing of ziekteprognose, of kijken naar hoe het lichaam reageert op therapie, " zegt Bhatia, die ook lid is van het David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research van het MIT. Ze voegt eraan toe dat de zoektocht ingewikkeld was omdat genomische studies hebben aangetoond dat veel kankers, zoals borstkanker, zijn eigenlijk groepen van verschillende ziekten met verschillende genetische handtekeningen.

Het MIT-team, in samenwerking met onderzoekers van het Beth Israel Deaconess Medical Center, beschreef de nieuwe technologie in een paper dat verscheen in Natuur Biotechnologie op 16 december. Hoofdauteur van het artikel is Gabriel Kwong, een postdoc in MIT's Institute for Medical Engineering and Science en het Koch Institute.

Kankersignalen versterken

Kankercellen produceren veel eiwitten die niet in gezonde cellen voorkomen. Echter, deze eiwitten zijn vaak zo verdund in de bloedbaan dat ze bijna niet te identificeren zijn. Een recente studie van onderzoekers van de Stanford University ontdekte dat zelfs het gebruik van de beste bestaande biomarkers voor eierstokkanker, en de beste technologie om ze te detecteren, een ovariumtumor zou pas acht tot tien jaar na de vorming worden gevonden.

"De cel maakt biomarkers, maar het heeft een beperkte productiecapaciteit, "zegt Bhatia. "Toen hadden we dit 'aha'-moment:wat als je iets zou kunnen leveren dat dat signaal zou kunnen versterken?"

Toevallig, Het laboratorium van Bhatia werkte al aan nanodeeltjes die kunnen worden gebruikt voor het detecteren van biomarkers voor kanker. Oorspronkelijk bedoeld als beeldvormende middelen voor tumoren, de deeltjes interageren met enzymen die bekend staan ​​​​als proteasen, die eiwitten in kleinere fragmenten splitsen.

Kankercellen produceren vaak grote hoeveelheden proteasen die bekend staan ​​als MMP's. Deze proteasen helpen kankercellen te ontsnappen aan hun oorspronkelijke locatie en ongecontroleerd te verspreiden door eiwitten van de extracellulaire matrix door te snijden, die normaal cellen op hun plaats houdt.

De onderzoekers bedekten hun nanodeeltjes met peptiden (korte eiwitfragmenten) die het doelwit waren van verschillende MMP-proteasen. De behandelde nanodeeltjes hopen zich op op tumorplaatsen, zich een weg banen door de lekkende bloedvaten die meestal tumoren omringen. Daar, de proteasen klieven honderden peptiden van de nanodeeltjes, ze vrijgeven in de bloedbaan.

De peptiden hopen zich snel op in de nieren en worden uitgescheiden in de urine, waar ze kunnen worden gedetecteerd met behulp van massaspectrometrie.

Dit nieuwe systeem is een opwindende benadering om het probleem van biomarkerschaarste in het lichaam te overwinnen, zegt Sanjiv Gambhir, voorzitter van de afdeling Radiologie aan de Stanford University School of Medicine. "In plaats van afhankelijk te zijn van het lichaam om op natuurlijke wijze biomarkers af te werpen, je bemonstert de interessante site en zorgt ervoor dat biomarkers die je hebt ontworpen, worden vrijgegeven, " zegt Gambhir, die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam.

Onderscheidende handtekeningen

Om de biomarkermetingen zo nauwkeurig mogelijk te maken, de onderzoekers ontwierpen hun deeltjes om 10 verschillende peptiden tot expressie te brengen, die elk worden gesplitst door een andere van de tientallen MMP-proteasen. Elk van deze peptiden heeft een andere grootte, waardoor het mogelijk is om ze te onderscheiden met massaspectrometrie. Dit zou onderzoekers in staat moeten stellen om verschillende handtekeningen te identificeren die verband houden met verschillende soorten tumoren.

In dit onderzoek, de onderzoekers testten het vermogen van hun nanodeeltjes om de vroege stadia van colorectale kanker bij muizen te detecteren, en om de progressie van leverfibrose te volgen.

Leverfibrose is een opeenhoping van littekens als reactie op leverbeschadiging of chronische leverziekte. Patiënten met deze aandoening moeten regelmatig worden gecontroleerd door middel van biopsie, die duur en invasief is, om er zeker van te zijn dat ze de juiste behandeling krijgen. In muizen, de onderzoekers ontdekten dat de nanodeeltjes veel snellere feedback konden bieden dan biopsieën.

Ze ontdekten ook dat de nanodeeltjes de vroege vorming van colorectale tumoren nauwkeurig konden onthullen. In lopende onderzoeken, het team bestudeert het vermogen van de deeltjes om de tumorrespons op chemotherapie te meten en om metastase te detecteren.

Het onderzoek werd gefinancierd door de National Institutes of Health en het Kathy and Curt Marble Cancer Research Fund.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.