Krebsforschung Elastischer Hautsensor erkennt Größenveränderungen von Tumoren

Eine neue Erfindung soll die Erforschung von Medikamenten gegen Krebs beschleunigen und vereinfachen. Ein tragbarer Sensor auf der Haut misst in Echtzeit, ob sich ein Medikament auf die Tumorgröße auswirkt.

Biotechnoligisches Labor. Maus für Versuchszwecke
Mäuse sind wichtige Versuchstiere in der Krebsforschung. Bildrechte: imago/Jochen Tack

Zuallererst: Es geht um die Haut von Mäusen. Sie, die Mäuse, tragen den neu entwickelten Sensor, durch den die Medikamentenforschung gegen Krebs einiges an Fahrt aufnehmen könnte. Schlägt ein Medikament bei den Versuchstieren an oder nicht? Wird der Tumor kleiner? Diese Fragen sollen nun viel schneller und unkomplizierter beantwortet werden können, denn der Sensor liefert seine Daten in Echtzeit.

Forscher nutzen gern sprechende Namen für ihre Erfindungen, so auch die Ingenieure des Georgia Institute of Technology und der Stanford University. Ihr neues Gerät tauften sie "FAST", was eine Abkürzung für "Flexible Autonomous Sensor Measuring Tumors" (flexibler autonomer Sensor, der Tumore misst) ist und gleichzeitig natürlich "schnell" bedeutet. Der Sensor ist aber nicht nur schnell, sondern nach Angaben seiner Entwickler auch extrem genau. Größenveränderungen von Tumoren bis auf den hundertsten Teil eines Millimeters soll das kleine Gerät erkennen können.

Risse in der Goldschicht

Möglich wurde das, weil sich auf dem elastischen hautähnlichen Polymerstreifen eine eingebettete Schicht aus kleinen Goldschaltkreisen befindet. Bei Dehnung des Streifens bilden sich kleine Risse im Gold, wodurch sich auch der elektrische Widerstand im Sensor erhöht. Wenn sich der Streifen dagegen zusammenzieht, kommt das Material um die Risse herum wieder stärker in Kontakt und die Leitfähigkeit verbessert sich. Die Änderungen der Leitfähigkeit können dann laut Studie mathematisch mit Änderungen des Tumor-Volumens ins Verhältnis gesetzt werden.

Der FAST-Sensor besteht aus einem flexiblen und dehnbaren, hautähnlichen Polymer, das eine eingebettete Schicht aus Goldschaltkreisen enthält.
Der FAST-Sensor besteht aus einem flexiblen und dehnbaren, hautähnlichen Polymer, das eine eingebettete Schicht aus Goldschaltkreisen enthält. Bildrechte: Alex Abramson, Bao Group, Stanford University

Eine Hürde, die die Forscher nach eigenen Angaben überwinden mussten, war die Befürchtung, dass der Sensor selbst die Messungen beeinträchtigen könnte, weil er vielleicht Druck auf den Tumor ausübt und ihn sozusagen quetscht. Um dieses Risiko zu umgehen, wurden die mechanischen Eigenschaften des flexiblen Materials sorgfältig abgestimmt, wodurch der Sensor so biegsam und geschmeidig wie echte Haut sein soll.

Der sogenannte Rucksack, die Sendeeinheit des FAST-Systems.
Der sogenannte Rucksack, die Sendeeinheit des FAST-Systems. Bildrechte: Alex Abramson, Bao Group, Stanford University

Der Sensorstreifen ist dann wiederum mit einem kleinen batteriebetriebenen elektronischen "Rucksack" verbunden, einer Sendeeinheit, die die Daten an ein Smartphone weiterleitet. Den Forschern zufolge bietet ihre Erfindung mehrere bedeutende Fortschritte. Denn bislang sei die Tumor-Überwachung bei Mäusen sehr kompliziert und langwierig, vor allem wegen der biologischen Unterschiede von Tumoren und wegen Unzulänglichkeiten in Messverfahren. "In einigen Fällen müssen die zu untersuchenden Tumore von Hand mit einem Messschieber vermessen werden", sagt Alex Abramson, Erstautor der Studie. Und auch radiologische Messmethoden könnten nicht kontinuierlich eingesetzt werden, wodurch eine Echtzeitüberwachung ausscheidet.

Schnelleres, preiswerteres Screening?

Mit "FAST" soll das nun alles besser werden. Seinen Entwicklern zufolge bietet das System mehrere bedeutende Fortschritte. Erstens ermögliche es eine kontinuierliche Überwachung, da der Sensor physisch mit der Maus verbunden ist und während des gesamten Versuchszeitraums an Ort und Stelle bleibt. Zweitens sei der Sensor in der Lage, Formveränderungen zu messen, die mit anderen Methoden nur schwer zu erkennen wären. Drittens sei das System sowohl autonom als auch nicht-invasiv, es klebt ähnlich wie ein Pflaster auf der Haut, ist batteriebetrieben und drahtlos verbunden, wodurch sich die so ausgestatteten Mäuse frei bewegen können. Zuguterletzt seien die FAST-Packs wiederverwendbar, kosteten nur etwa 60 Dollar und könnten in wenigen Minuten an der Maus angebracht werden.

Das Design des Sensors wirke sehr einfach, sagt Studienleiter Alex Abramson, aber seine "Vorteile sollten für die pharmazeutische und onkologische Gemeinschaft sehr interessant sein. FAST könnte den Prozess des Screenings von Krebstherapien erheblich beschleunigen, automatisieren und die Kosten senken."

Links/Studien

Die Studie "A flexible electronic strain sensor for the real-time monitoring of tumor regression" wird im Journal "Science Advances" veröffentlicht.
DOI: http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abn6550

(rr)