Pancreaskanker zal naar verwachting in 2030 de op één na dodelijkste kanker in de Verenigde Staten worden. Het is moeilijk te genezen omdat het meestal pas wordt ontdekt als het een vergevorderd stadium heeft bereikt. Maar een nieuwe diagnostische test ontwikkeld door onderzoekers van UC San Diego toont veelbelovend voor het eerder opsporen van de ziekte.

De test, die zich in de proof-of-concept-fase bevindt, kan snel een druppel bloed screenen op biomarkers van alvleesklierkanker. Het kan resultaten opleveren in minder dan een uur. De bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano .

"Een belangrijke stap om ziektes te kunnen genezen die uit het niets komen, zoals alvleesklierkanker, is vroege opsporing, " zei eerste auteur Jean Lewis, een assistent-projectwetenschapper bij de afdeling Nanoengineering van UC San Diego. “We voorzien dat in de toekomst, artsen kunnen dit type test uitvoeren met een snelle vingerprik om patiënten te diagnosticeren die misschien nog niet weten dat ze de ziekte hebben."

Bloedonderzoek voor vroege opsporing van kanker, bekend als vloeibare biopsieën, zijn een hot topic in onderzoek. Ze hebben het potentieel om kanker vroeg op te sporen zonder invasieve chirurgische procedures zoals tumorbiopten te hoeven uitvoeren. Om te screenen op alvleesklierkanker in het bloed, onderzoekers ontwikkelen nieuwe methoden voor het verzamelen en analyseren van biologische structuren van nanoformaat, exosomen genaamd, die vrijkomen uit alle cellen in het lichaam, waaronder kankercellen. Exosomen bevatten eiwitten en genetisch materiaal die kunnen dienen als biomarkers voor het opsporen van kankers.

Maar omdat exosomen zo klein en kwetsbaar zijn, ze zijn moeilijk te isoleren uit bloed. De huidige methoden om exosomen te extraheren zijn tijdrovend en vereisen dat bloedmonsters voor gebruik worden voorbehandeld of verdund.

De door UC San Diego-onderzoekers ontwikkelde test maakt gebruik van een op elektronische chips gebaseerd systeem om exosomen binnen enkele minuten rechtstreeks uit bloed te extraheren. "We kunnen gewoon een druppel bloed gebruiken zoals het is - geen extra verwerking vereist, " zei Lewis. "We kunnen ook de exosomen ter plaatse analyseren en laten zien of ze een van de kankerbiomarkers bevatten waarnaar we op zoek zijn."

Lewis werkte aan dit project als onderdeel van een interdisciplinaire samenwerking tussen nanotechnologie-onderzoekers van de UC San Diego Jacobs School of Engineering en clinici van het Moores Cancer Center van UC San Diego Health. De samenwerking wordt geleid door Michael Heller, emeritus hoogleraar nano-engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering, die nu aan het Knight Cancer Institute van Oregon Health &Science University werkt.

"De innovatie van dit werk is dat het in wezen alle complexe, lange stappen van monstervoorbereiding, exosoomisolatie en definitieve analyse-interpretatie vereist door andere platforms in één naadloos 'sample-to-answer'-apparaat, " zei Heller. "We hebben een prototypeplatform ontwikkeld dat de potentie heeft om te vertalen naar een handheld, snel en relatief goedkoop point-of-care-testapparaat voor alvleesklierkanker."

Er is maar een druppel voor nodig

De test is eenvoudig. Breng een druppel bloed aan op een kleine elektronische chip, zet de stroom aan, wacht enkele minuten, voeg fluorescerende labels toe en bekijk de resultaten onder een microscoop. Als een bloedmonster positief test op alvleesklierkanker, heldere fluorescerende cirkels verschijnen.

"Deze test kan worden gebruikt als een primaire screeningstrategie om patiënten te identificeren die vervolgens duurdere en invasievere diagnostische methoden moeten ondergaan, zoals een CT-scan, MRI of endoscopie, " zei Dr. Rebekah White, chirurgisch oncoloog en universitair hoofddocent chirurgie aan het Moores Cancer Center.

De chip die in deze test wordt gebruikt, werkt door het aanleggen van een elektrische wisselstroom, die selectief nanodeeltjes zoals exosomen uit het bloed trekt en ze op kleine elektroden op het oppervlak van de chip neerzet. Grotere bloeddeeltjes worden weggespoeld, terwijl kleinere, zoals exosomen, achterblijven. Onderzoekers passen vervolgens fluorescent gelabelde antilichamen toe die specifiek gericht zijn op twee eiwitbiomarkers voor alvleesklierkanker:glypican-1 en CD63. Als deze biomarkers aanwezig zijn, felgekleurde cirkels waar de antilichamen binden zijn te zien onder een microscoop, wijst op een positief resultaat. Dit hele proces kan in minder dan een uur worden gedaan.

Tot dusver, het team heeft dit systeem alleen getest op een kleine steekproef van patiënten. In een eerste validatiestudie bij een groep van 31 patiënten, de chip was in staat om de bloedmonsters van 20 patiënten met alvleesklierkanker te markeren van die van 11 patiënten zonder kanker.

Werken aan vroege detectie

Het team waarschuwt dat de biomarkerniveaus die in deze studie zijn gescreend, mogelijk niet overeenkomen met die in een vroeg stadium van kanker. "Hoe klein zijn deze biomarkerniveaus tussen stadium 0 en stadium 1 kanker? En hoe kunnen we onze technologie gevoelig genoeg maken om deze hoeveelheden te detecteren? We doen meer onderzoek om deze vragen goed te kunnen beantwoorden, ' zei Heller.

De volgende stappen omvatten ook studies over een grotere steekproefomvang, meer monsters screenen van patiënten in verschillende stadia van kanker, en het optimaliseren en valideren van deze technologie voor vroege opsporing van kanker. "Een uitdaging bij het doen van deze onderzoeken is het verkrijgen van bloedmonsters in een vroeg stadium, als patiënten nog niet eens weten dat ze de ziekte hebben, " zei Lewis.

"Toekomstig werk zou inhouden dat bloedmonsters worden afgenomen van patiënten met hoge risicofactoren voor alvleesklierkanker - nieuwe diabetes of een familiegeschiedenis ervan, roken of zwaarlijvigheid - en hun bloed gedurende een langere periode blijven afnemen. Van de patiënten die vervolgens worden gediagnosticeerd, we kunnen teruggaan en hun pre-diagnostische bloedmonsters analyseren om te zien hoe vroeg we kankerbiomarkers kunnen detecteren, " zei Wit.

De onderzoekers onderzoeken ook andere op bloed gebaseerde biomarkers - naast glypican-1 en CD63 - om de nauwkeurigheid en gevoeligheid van dit systeem voor de detectie van alvleesklierkanker te verbeteren.

De technologie voor het op chips gebaseerde systeem werd in eerste instantie ontwikkeld door Raj Krishnan, alumnus van de UC San Diego Jacobs School of Engineering, tijdens zijn doctoraatsonderzoek op het gebied van bio-engineering in Heller's laboratorium naar het identificeren van kankerbiomarkers uit bloed met behulp van wisselende elektrische stromen. Krishnan was medeoprichter en CEO van het in San Diego gevestigde bedrijf Biological Dynamics, een spin-out van Heller's lab dat de technologie in 2010 in licentie heeft gegeven. Biological Dynamics heeft sindsdien nieuwe diagnostische systemen ontwikkeld op basis van chips die wisselstroom gebruiken om nanodeeltjes te isoleren, DNA en andere moleculen rechtstreeks uit bloed en andere biovloeistoffen. In de stroom ACS Nano papier, Onderzoekers van UC San Diego gebruikten het exosoom-isolerende vermogen van Biological Dynamics-technologie om een ​​aangepaste test te ontwikkelen voor de detectie van alvleesklierkanker.