Brustkrebsbehandlung mit Gold-Nanopartikeln

Joseph Irudayaraj, Professor für Agrar- und Bioingenieurwesen, und sein Forscherteam von der Purdue University haben eine Methode entwickelt, mit der sich das Vorhandensein von Krebszellen im Körper nachweisen und sogar die Menge der vorhandenen Zellen messen lässt. Die Methode verwendet sehr kleine Goldpartikel (mehr als tausend Größenordnungen kleiner als die Breite einer menschlichen Haarsträhne), die Schwänze aus synthetischer DNA tragen.

Diese Goldpartikel binden an BRCA1-Messenger-RNA-Spleißvarianten. Dabei handelt es sich um Fragmente oder Stücke von genetischem Material, die zeigen können, ob Krebszellen vorhanden sind und in welchem Stadium sich der Brustkrebs befindet. BRCA1 ist ein Gen, das Tumore unterdrückt. Es kann jedoch unter bestimmten Bedingungen eine Zelle in eine Krebszelle verwandeln. Wenn dieses Gen in einer geringeren Menge als normal exprimiert wird, deutet dies auf die Möglichkeit von Brustkrebs hin.

Irudayaraj tat sich mit seinem damaligen Forschungsassistenten Kyuwan Lee zusammen und entwickelte zunächst die Gold-Nanopartikel. Anschließend markierten sie DNA-Stränge, die den BRCA1-mRNA-Spleißvarianten entsprechen. Diese Nanopartikel heften sich an beide Enden der mRNA-Spleißvarianten, wenn sie in eine Zelle injiziert werden.

Um die tatsächliche Anzahl der in einer Zelle vorhandenen mRNA-Spleißvarianten (Messenger-RNA) zu bestimmen, verwenden sie ein Licht auf den Gold-Nanopartikeln. Es leuchtet je nach Aktivität auf den anderen unterschiedlich. Ein Goldnanopartikel allein (ein so genanntes Monomer) leuchtet grün, wenn das Licht darauf fällt, aber wenn sich ein Paar Goldnanopartikel an eine mRNA-Spleißvariante (ein so genanntes Dimer) bindet, erscheint es rot.

Die beiden unterschiedlichen Partikel streuen das Licht unterschiedlich. Durch die Untersuchung dieser Muster konnten die Forscher den Unterschied zwischen den beiden erkennen. Eine der verwendeten Methoden war die Spektroskopie, eine Messung der Streuung des Lichts, wenn es auf ein Objekt trifft. Eine weitere Methode war das kolorimetrische Bild, das die verschiedenen Farben der Partikel zeigte. Der gesamte Prozess kann etwa 30 Minuten dauern.

Bei den derzeitigen Verfahren zur Krebsdiagnose werden Proben verwendet, die aus Hunderten oder gar Tausenden von Zellen bestehen. Dies liefert nicht genügend Informationen darüber, wie die an Krebs beteiligten Gene auf der untersten Ebene, in den Zellen, produziert werden. Spleißvarianten liefern spezifische Details über die spezifischen Proteine, die exprimiert werden.

Irudayaraj entwickelt das Verfahren jedoch so weiter, dass es schneller ist und auch bei Gewebebiopsien eingesetzt werden kann. Diese Methode wird es den Ärzten ermöglichen, die Behandlung auf das Stadium oder den Grad der Erkrankung des einzelnen Patienten abzustimmen.