Korai diagnózist ígér a mágneses ráksejthalászat

A nanotechnológia a rák elleni küzdelemben is új perspektívákat nyit

A daganatos betegek vérében keringő, csekély számú és nehezen elcsíphető tumorsejtet mágneses dróttal halásszák ki a Stanford Egyetem kutatói. Érzékenysége folytán a módszer a rák nagyon korai kimutatására lehet alkalmas.

Akár nyolcvanszor hatékonyabb a jelenlegi diagnosztikai módszereknél

A Stanford Egyetem orvosi fakultásán végzett kísérletben a mágneses drótot egy vénába vezették, ahol az hatékonyan megkötötte a daganatból a vérkeringésbe szökött, és ott mágneses nanorészecskékkel megjelölt tumorsejteket – adja hírül a Nature Biomedical Engineering július 16-i számában megjelent közlemény.

A ráksejtek bekerülnek a véráramba is, ám korai felismerésük extrém ritkaságuk miatt eddig rendkívül nehéz volt Forrás: Science Photo Library/ALFRED PASIEKA/SCIENCE PHOTO

Azzal, hogy a mágneses nanorészecskék a daganatsejtekhez tapadnak, magukat a sejteket is parányi mágnessé változtatják,

így a szintén mágneses drót ugyanazzal az erővel köti magához a ráksejteket, amivel mi a hűtő ajtajára tapasztjuk családi fotóinkat.

A nanotechnológia a rák elleni küzdelemben is új perspektívákat nyit Forrás: Guido Vrola | Dreamstime.com

A módszer, amelyet egyelőre csak sertésekben próbáltak ki,

legalább 10-szer, de akár 80-szor annyi tumorsejtet gyűjt ki a keringésből,

mint bármelyik most használatos véralapú rákteszt, ezért alkalmas lehet a betegség jóval korábbi felismerésére.

Az új módszert a Stanford Egyetem kutatói fejlesztették ki Forrás: Wikimedia Commons

Az eljárás használható lehet továbbá a betegek daganatellenes kezelésekre adott válaszának értékelésére: ha a terápia működik, a kezeléstől elpusztuló rákos sejtek a daganatról leválva a vérbe kerülnek, így számuk ott eleinte megugrik, míg később, a daganat zsugorodásával visszaesik.

Extrém ritkák a véráramban keringő tumorsejtek

A technika kidolgozója, Sam Gambhir radiológus professzor, aki a Stanford korai rákkimutatással foglalkozó központjának (Canary Center at Stanford for Early Cancer Detection) vezetője,

egyelőre a tumordiagnosztikai felhasználásra fókuszál,

de elmondása szerint az eljárás sokkal szélesebb körben is alkalmazást nyerhet.

Sam Gambhir, a Stanford Egyetem kutató-professzora Forrás: Steve Fisch Photography/Steve Fisch

„Hasznos lehet bármely más olyan betegségben, ahol valamilyen sejtet vagy molekulát kell kimutatnunk a vérből – nyilatkozta. – Vegyük például azt, hogy bakteriális fertőzést, keringő tumor-DNS-t vagy valamilyen ritka, gyulladásért felelős sejtet akarunk észlelni a vérben. A nanorészecskék és a mágneses drót kombinációja segít feldúsítani a jelet, így kimutatni a betegséget vagy fertőzést.”

A kettős spirálú DNS-molekula Forrás: Wallpapers

Régóta ismert, hogy a daganatokról leváló sejtek szabadon cirkulálnak a véráramban.

E keringő tumorsejteket a rák biomarkerének – biológiai indikátorának – is szokás tekinteni. Miért volt akkor szükség egy teljesen új módszer kifejlesztésére, ha e sejtek jelenléte és szerepe már tisztázott? Miért nem lehetséges egy vérvételes csőnyi mintából ugyanezeket a sejteket kimutatni?

A tumorsejtek a véráram segítségével jutnak el a szervezet különböző részeibe Forrás: Science Photo Library/KATERYNA KON/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Kateryna Kon/Science Photo Libra

A válasz a számokban rejlik: a keringő tumorsejtek extrém ritkák,

ezért a mintegy 5 liternyi keringő vérmennyiségből vett néhány milliliteres vérmintában könnyen elsikkadnak. „A keringő tumorsejtek száma olyan csekély, hogyha csak úgy leveszünk egy sima vérmintát, könnyen lehet, hogy a kémcsőben egyetlen darabot se találunk belőlük – tisztázza Gambhir.

A keringő tumorsejtek extrém ritkák, ezért kínál forradalmian új lehetőségeket befogásukra a mágneses módszer Gambhir professzor véleménye szerint Forrás: YouTube

– Olyan ez, mintha egy fürdőkádnyi vízben egyetlen homokszemet keresnénk, de csak néhány pohárnyi vizet mernénk ki mintaképpen. Úgyhogy az orvosok gyakran arra jutnak, hogy rendben, ezek szerint nincs ott semmi.”

Parányi mágnessé teszik a gyilkos sejteket

A mágneses dróttal viszont egészen másképp megy a dolog. A nagyjából kisujjnyi hosszúságú és gemkapocs-vastagságú huzal akkor tudja magára gyűjteni a tumorsejteket,

ha azokat a nanorészecskék segítségével mágnesessé teszik.

A nanorészecskék belül tartalmazzák a mágneses komponenst, míg felszínükön olyan ellenanyagokat hordoznak, amelyek hozzákötődnek a keringő tumorsejtekhez.

Parányi mágnessé teszik a gyilkos ráksejteket Forrás: University of Toronto

Amint létrejön a kapcsolat a tumorsejt és a nanorészecskék között, a sejt a parányi mágnesekkel együtt sodródik tovább, és ahogy ez a sejtmágnesegyüttes elhalad a drót mellett, annak mágneses ereje letéríti az útjáról, és a saját felszínéhez vonzza.

A drót ezért nemcsak egy ezredrésznyi térfogatú vérmintát, hanem a teljes keringő vérmennyiséget átpásztázza,

méghozzá sokszor egymás után.

Vörösvértestek. Az analízishez használt drót a teljes keringő vérmennyiséget átpásztázza Forrás: AFP/SPL

A mintavétel végeztével a drótot eltávolítják a vénából, és a hozzátapadt sejteket elemzés céljából leoldják.

Ahhoz, hogy a módszert Gambhir és munkatársai emberben is kipróbálhassák, még el kell nyerniük az USA gyógyszerhatóságaként működő Food and Drug Administration (FDA) engedélyét, de sertéseken kitűnően bevált az elgondolás.

A jelenlegi használt diagnosztikai módszerekhez képest az új eljárás tízszer, de akár nyolcvanszor nagyobb hatékonysággal képes azonosítani a vérkeringésbe jutott tumorsejteket Forrás: NASA

A drótot a disznók füle közelében futó vénába vezették, ami hasonló az ember karjában futó, vérvételkor és infúziókor rutinszerűen használt vénához.

Egy 5 milliliteres vérmintához viszonyítva a drót 10-80-szor több tumorsejtet gyűjtött ki,

és egy másik, már kereskedelmi forgalomban lévő drótalapú teszthez képest 500-szor – 5000-szer jobban teljesített.

Diagnosztikai eljárásból terápiás módszerré is előléphet

„Becslésünk szerint körülbelül 80 csőnyi vért kellene levenni ahhoz, hogy annyi tumorsejthez jussunk, amennyit a drót 20 perc alatt összegyűjt – kalkulál Gambhir.

Emberi vér vörösvérsejtekkel, T-sejtekkel (narancs) és vérlemezkékkel (zöld) Forrás: Dennis Kunkel, Dennis Kunkel Microscopy, Inc.

– Persze ez gyakorlati szempontból kivitelezhetetlen, hiszen nem vehetünk le egyetlen embertől több mint fél liter vért. Ezért abban bízunk, hogy a drót megnöveli a vizsgálataink érzékenységét, így azt is megmutatja nekünk, pontosan mennyire ritkák a keringő tumorsejtek a vérben, és a rák kialakulásától számítva mennyire korán jelennek meg.”

Sam Gabhir szerint az eljárás nemcsak a korai diagnosztikára, hanem terápiára is alkalmassá tehető Forrás: Axis Imaging News

A professzor hozzátette: a technika arra is alkalmas, hogy genetikai információt szerezzünk a révén olyan daganatokból, amelyek a hagyományos biopsziás mintavétel számára nehezen megközelíthetők. S ami talán még izgalmasabb lehetőség:

a drót diagnosztikus segédeszközből talán terápiás módszerré is előléphet.

„Ha elérjük, hogy a drót csakugyan magához láncoljon minden arra járó tumorsejtet, akkor érdemes elgondolkodnunk egy olyan alkalmazáson, ahol a berendezést hosszabb időre a keringésben hagyjuk – vizionálja Gambhir.

Az új módszerrel genetikai információk is nyerhetők a tumorsejtekről (a kép illusztráció) Forrás: NTU

– Ebben az elrendezésben a drót majdnem úgy működne, mint egy szűrő, amely foglyul ejti a tumorsejteket, s ezzel megakadályozná, hogy a rák a test távoli részeibe átterjedjen.”

Már csak az engedélyre várnak a klinikai tesztekhez

A munkacsoport jelenleg azon dolgozik, hogy a technikát emberen is alkalmazhatóvá tegye, amihez először engedélyeztetniük kell a nanorészecskéket. Laboratóriumukban ezért toxicitási vizsgálatokat végeznek egereken, különös figyelmet szentelve annak,

hogy miként alakul a tumorsejthez nem kötődött maradék nanorészecskék sorsa.

Leukémiában termelődő fehérvérsejtek elektronmikroszkópos képe Forrás: Science Photo Library/STEVE GSCHMEISSNER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Steve Gschmeissner

Eddig nem látták jelét toxicitásnak,

és a fennmaradó nanopartikulumok a jelek szerint néhány hét alatt lebomlanak. Egy másik stratégiát követve Gambhir megpróbál már az FDA által engedélyezett nanorészecskéket a drótos alkalmazás céljára módosítani.

A kutatók a klinikai tesztek engedélyeztetése érdekében most toxicitási vizsgálatokat végeznek egereken (a kép illusztráció) Forrás: dpa Picture-Alliance/AFP/Friso Gentsch

Amint elnyerik az engedélyt az emberi felhasználásra, a kutatók célja egy olyan sokfunkciós eszköz kifejlesztése, amely a daganat diagnózisára, kimutatására, kezelésére és a rákellenes terápia hatásának követésére egyaránt alkalmas.