Die von Wissenschaftlern der University of Leeds entwickelte und auf die globale medizinische Herausforderung Krebs angewandte High-Tech-Doppelrohr-Nanopipette hat es Forschern erstmals ermöglicht, zu sehen, wie einzelne lebende Krebszellen auf die Behandlung reagieren und sich im Laufe der Zeit verändern – Bereitstellung wichtiger Erkenntnisse, die Ärzten bei der Entwicklung wirksamerer Krebsmedikamente helfen könnten. 

Das Werkzeug verfügt über zwei nanoskopische Nadeln, was bedeutet, dass es gleichzeitig eine Probe aus derselben Zelle injizieren und extrahieren kann, was seine Einsatzmöglichkeiten erweitert. Und der hohe Grad der Halbautomatisierung der Plattform hat den Prozess erheblich beschleunigt und es Wissenschaftlern ermöglicht, Daten aus viel mehr einzelnen Zellen zu extrahieren, und zwar mit weitaus größerer Genauigkeit und Effizienz als bisher möglich, wie die Studie zeigt. 

Derzeit zerstören Techniken zur Untersuchung einzelner Zellen diese normalerweise, sodass eine Zelle entweder vor oder nach der Behandlung untersucht werden kann. 

Dieses Gerät kann während einer Krebsbehandlung wiederholt eine „Biopsie“ einer lebenden Zelle durchführen und dabei winzige Extrakte ihres Inhalts entnehmen, ohne sie abzutöten, sodass Wissenschaftler ihre Reaktion im Laufe der Zeit beobachten können. 

Während der Studie testete das multidisziplinäre Team aus Biologen und Ingenieuren die Resistenz von Krebszellen gegenüber Chemotherapie und Strahlentherapie anhand des Glioblastoms (GBM) – der tödlichsten Form von Hirntumor – als Testfall, da es sich an die Behandlung anpassen kann und überleben. 

Ihre Ergebnisse werden heute (Mittwoch, 7. März, 2 Uhr GMT/6 Uhr ET) in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft Fortschritte. 

Bedeutender Durchbruch 

Eine der korrespondierenden Autoren des Papiers, Dr. Lucy Stead, außerordentliche Professorin für Hirntumorbiologie an der School of Medicine der University of Leeds, sagte: „Dies ist ein bedeutender Durchbruch. Es ist das erste Mal, dass wir über eine Technologie verfügen, mit der wir die Veränderungen nach der Behandlung tatsächlich überwachen können, anstatt sie nur anzunehmen. 

„Diese Art von Technologie wird eine Ebene des Verständnisses liefern, die wir einfach noch nie zuvor hatten. Und dieses neue Verständnis und diese neuen Erkenntnisse werden zu neuen Waffen in unserem Arsenal gegen alle Arten von Krebs führen.“ 

GBM ist der Krebs, der diese neuen Waffen am meisten benötigt, da es bei dieser Krankheit in den letzten 20 Jahren keine Verbesserung der Überlebenschancen gegeben hat. 

Sie hinkt so weit hinterher, und wir glauben, dass das an der äußerst „plastischen“ Natur dieser Tumoren liegt – ihrer Fähigkeit, sich an die Behandlung anzupassen und diese zu überleben. 

Deshalb ist es so wichtig, dass wir diese Zellen dynamisch beobachten und charakterisieren können, während sie sich verändern, damit wir den Weg, den diese Zellen nehmen können, abbilden und anschließend Wege finden können, sie auf Schritt und Tritt zu stoppen. Mit den uns zur Verfügung stehenden Technologien konnten wir das einfach nicht erreichen.“ 

Dr. Lucy Stead, außerordentliche Professorin für Hirntumorbiologie, School of Medicine der University of Leeds

Transformative 

Dr. Stead leitet die Forschungsgruppe Glioma Genomics am Leeds Institute of Medical Research am St. James's Hospital, die sich auf die Heilung von GBM-Hirntumoren konzentriert. Sie fügte hinzu: „Diese Technologie könnte bei dieser speziellen Krebsart einen Wandel bewirken und uns dabei helfen, endlich wirksame Behandlungen für diese schreckliche, unheilbare Krankheit zu finden.“ 

Die Forschung wurde hauptsächlich von der Brain Tumor Charity finanziert, zu deren prominenten Unterstützern der ehemalige Leeds-Fußballer Dominic Matteo zählt. Matteo hatte kein GBM, unterzog sich jedoch 2019 einer Operation zur Entfernung eines Gehirntumors. 

Dr. Simon Newman, wissenschaftlicher Leiter der Brain Tumor Charity, sagte: „Wir wissen, dass Glioblastomzellen unterschiedlich auf die Behandlung reagieren und häufig eine Behandlungsresistenz entwickeln, die zu einem erneuten Auftreten führt.“ Die Entwicklung dieser neuartigen Technologie, mit der Proben aus im Labor gezüchteten Tumorzellen vor und nach der Behandlung entnommen werden können, wird einen einzigartigen Einblick in die Entwicklung von Arzneimittelresistenzen und das erneute Wachstum von Tumoren geben. 

„Wir hoffen, dass diese wichtige, von der Brain Tumor Charity finanzierte Arbeit unser Wissen über diese komplexen Hirntumoren verbessern und es uns ermöglichen wird, neue, wirksamere Behandlungen zu finden – etwas, das für diejenigen, die mit dieser verheerenden Krankheit konfrontiert sind, so dringend benötigt wird.“ 

Kollaborativ 

Die Studie war eine Zusammenarbeit zwischen Forschern des Bragg Centre for Materials Research in Leeds; Leeds‘ School of Electronic and Electrical Engineering; Leeds Institute of Medical Research und das Earlham Institute, Norwich, die einzelne GBM-Zellen über einen Zeitraum von 72 Stunden untersuchten. 

Sie nutzten die nanochirurgische Plattform, die viel zu klein ist, um von Hand manipuliert zu werden. Die winzigen Nadeln werden von einer Robotersoftware präzise gesteuert, um sie in die Zellen der Petrischale zu manövrieren. Die zweite Nadel der Nanopipette spielt eine grundlegende Rolle bei der Steuerung des Geräts. 

Das Gerät ermöglicht es Wissenschaftlern, wiederholt Proben zu entnehmen, um den Krankheitsverlauf in einer einzelnen Zelle zu untersuchen. Viele molekularbiologische Untersuchungen werden an Zellpopulationen durchgeführt, wobei ein durchschnittliches Ergebnis erzielt wird, das die Tatsache außer Acht lässt, dass jede Zelle anders ist. 

Einige Zellen sterben während der Behandlung ab, andere überleben jedoch. Der Schlüssel zur Heilung liegt darin, zu verstehen, was einer Zelle das Überleben ermöglicht und was mit den absterbenden Zellen passiert. 

Beispiellose Präzision 

Hauptautor Dr. Fabio Marcuccio, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der medizinischen Fakultät der Universität Imperial College London, der die Forschung während seiner Zeit in Leeds durchführte, sagte: „Unser Gerät ermöglicht die Untersuchung der Art und Weise, wie sich Hirntumorzellen im Laufe der Zeit an die Behandlung anpassen, und zwar mit beispielloser Präzision.“ Dieses Tool wird Daten liefern, die zu erheblichen Verbesserungen bei der Krebsbehandlung und -prognose führen könnten.“ 

Er fügte hinzu: „Diese Arbeit ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit mit meinen Kollegen und Co-Leitern Dr. Chalmers Chau, wissenschaftlicher Mitarbeiter für Bionanotechnologie an der School of Electronic and Electrical Engineering in Leeds, und Dr. Georgette Tanner, früher aus Leeds, jetzt Bioinformatikerin an der School of Electronic and Electrical Engineering in Leeds Oxford Nanopore Technologies, dessen Beiträge für das experimentelle Design und die Datenanalyse von grundlegender Bedeutung waren. Dies zeigt, wie wichtig es ist, ein interdisziplinäres Team zusammenzustellen, um die größten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen.“ 

Die Plastizität von Krebszellen – die Fähigkeit von Zellen, ihr Verhalten zu ändern – ist eine der größten Herausforderungen bei der Krebsbehandlung, da sie noch immer kaum verstanden wird. GBM-Krebszellen sind besonders „plastisch“: Sie können sich sehr schnell anpassen und dadurch vermutlich Resistenzen gegen Strahlen- und Chemotherapie entwickeln. Zu lernen, wie sich diese Zellen anpassen und wie wir sie anschließend blockieren können, könnte das Wiederauftreten von Krebs verhindern, was bei GBM fast immer der Fall ist. 

Bei Camilla Hawkins, einer Ergotherapeutin aus London, wurde im August 2022 GBM diagnostiziert. Die 55-Jährige sagte: „Alle Erkenntnisse wie diese, die als Grundlage für neue Behandlungsmethoden dienen könnten, müssen begrüßt werden.“ Eine anhaltend gute Lebensqualität ist lebenswert, auch wenn die Prognose unheilbar ist.“ 

Von entscheidender Bedeutung 

 Der andere korrespondierende Autor und Co-Leiter Dr. Paolo Actis, außerordentlicher Professor für Bio-Nanotechnologie an der School of Electronic and Electrical Engineering in Leeds, arbeitet seit etwa 15 Jahren an dem Nanobiopsie-Tool und sagte, dass es im Vergleich zu seinem ursprünglichen Anwendungsbereich neue Möglichkeiten bietet , brachte „bemerkenswerte Vorteile“. 

Er fügte hinzu: „Krebszellen, die durch eine Chemotherapie nicht abgetötet werden, sind diejenigen, die den Krebs nachwachsen lassen und zum Tod führen.“ 

„Unser Tool kann diese Zellen lokalisieren und wir können jetzt Biopsien an ihnen durchführen, um gezielt zu untersuchen, wie sich diejenigen verändert haben, die die Behandlung überleben.“ 

„Das ist von entscheidender Bedeutung, denn je besser wir verstehen, wie sich die Zellen verändern, desto mehr Medikamente können wir entwickeln, um sie an der Anpassung zu hindern.“ 

Dr. Stead sagte, dass weitere Forschungen durchgeführt werden müssten und diese Technologie an viel mehr Proben im Labor und am Menschen eingesetzt werden müsse, sie jedoch bereits äußerst wertvolle Informationen geliefert habe. 

Zusätzliche Mittel wurden von UK Research and Innovation und der Europäischen Kommission bereitgestellt. 

Fallstudie

Camillas Geschichte 

Bei Camilla Hawkins wurde im August 2022 ein multifokaler Hirntumor Glioblastoma multiforme diagnostiziert. 

Die Ergotherapeutin aus London rief ihren Hausarzt um Rat, nachdem sie bei einem Arbeitstreffen Schwierigkeiten hatte, die richtigen Worte zu finden. 

Zuerst dachten die Ärzte, dass sie möglicherweise einen Schlaganfall erlitten hatte, und nachdem sie mit einem angehenden Hausarzt gesprochen hatten, der ihr riet, die örtliche Notaufnahme aufzusuchen, wurde sie in eine Schlaganfallstation eingeliefert. Es folgten dreiwöchige Untersuchungen, bevor sie von ihrer Diagnose erfuhr. Verständlicherweise war die Nachricht ein großer Schock.  

Der 55-jährige Parkrun-Enthusiast und Freiwillige, der letztes Jahr den London-Marathon zur Unterstützung der Brain Tumor Charity lief, sagt: „Über Nacht wurde ich von einem fitten und aktiven Ergotherapeuten zu einem stationären Patienten, bei dem schließlich ein unheilbares Gehirn diagnostiziert wurde.“ Tumor mit begrenzter Lebenserwartung. 

„Ich habe vor vielen Jahren in der Onkologie und über 25 Jahre lang in der HIV-Therapie gearbeitet, daher war mir die Statistik bekannt, dass bei jedem zweiten Menschen im Laufe seines Lebens Krebs diagnostiziert wird. 

„Die Möglichkeit, dass ich einen Gehirntumor haben könnte, war mir jedoch im wahrsten Sinne des Wortes nicht in den Sinn gekommen (kein Wortspiel beabsichtigt!). Ich hatte dem Schlaganfallberater sogar gesagt: ‚Wenigstens ist es kein Gehirntumor!‘ 

„Diese Art von Tumor befindet sich immer im Stadium 4 und es gibt keine Heilung. 

„Es gibt so wenig Forschung zu dieser Erkrankung, und der Mangel an Forschung führt dazu, dass viele Menschen – mich eingeschlossen – nach anderen Möglichkeiten suchen, wie wir unseren Krebs kontrollieren könnten. In Patientenforen und im Internet werden alle möglichen Möglichkeiten als Möglichkeiten vorgeschlagen, aber nichts davon wird durch Beweise gestützt, sodass Mediziner keine Kommentare dazu abgeben können. 

„Ich verstehe, dass die Forschung bei einer Patientenkohorte, die alle im Endstadium sein werden, eine Herausforderung sein wird, aber alle Erkenntnisse wie diese, die als Grundlage für neue Behandlungen dienen könnten, müssen begrüßt werden.“ Eine anhaltend gute Lebensqualität ist lebenswert, auch wenn die Prognose unheilbar ist.“ 

• SEO-gestützte Content- und PR-Distribution. Holen Sie sich noch heute Verstärkung.
• PlatoData.Network Vertikale generative KI. Motiviere dich selbst. Hier zugreifen.
• PlatoAiStream. Web3-Intelligenz. Wissen verstärkt. Hier zugreifen.
• PlatoESG. Kohlenstoff, CleanTech, Energie, Umwelt, Solar, Abfallwirtschaft. Hier zugreifen.
• PlatoHealth. Informationen zu Biotechnologie und klinischen Studien. Hier zugreifen.
• Quelle: https://www.news-medical.net/news/20240306/Breakthrough-nanopipette-enables-real-time-observation-of-cancer-cell-reactions-to-treatment.aspx