Krebs verursacht Mutationen in der zellulären DNA. Der Nachweis dieser Mutationen im Blut der Patient_innen macht es möglich, die jeweils am besten geeignete und wirksamste Krebstherapie zu verschreiben. Die Mutationen können jedoch nur in spezialisierten Zentren nachgewiesen werden, was zeitaufwendig und kostspielig ist. Wissenschaftler_innen der Universität Freiburg ist es nun gelungen, Nanosensoren zu entwickeln, mit denen sich diese Mutationen schneller und weniger kostenaufwändig nachweisen lassen. 

Die Veränderung der DNA in den Zellen ist ein wesentlicher Schritt bei der Entstehung und dem Fortschreiten von Krebs. Mithilfe einer Flüssigbiopsie können diese Mutationen im Blut und im Gewebe nachgewiesen werden sowie Informationen über die Krebsart, den Grad der Bösartigkeit und vor allem über die Empfindlichkeit oder Resistenz gegenüber bestimmten Krebsmedikamenten geliefert werden. Da diese Analysen spezielle Geräte und Fachpersonal erfordern, können sie nur in spezialisierten Zentren durchgeführt werden, weshalb sie teuer und zeitaufwändig sind. 

Schnelle und günstige Lösung
Um dieses Problem zu lösen, hat Samet Kocabey, Forscher an der Universität Freiburg im Team von Professor Curzio Rüegg, Nanosensoren entwickelt, die Mutationen im genetischen Code bereits in sehr geringen Konzentrationen erkennen können. «Diese Sensoren erzeugen dann ein Fluoreszenzsignal, das leicht von einem Durchflusszytometer verarbeitet werden kann, einem Gerät, das in den meisten Krankenhäusern und Diagnoselabors zu finden ist», erklärt Samet Kocabey. «Die Analyse erfordert wenig praktische Arbeit und kann innerhalb eines Tages durchgeführt werden, im Gegensatz zu drei bis fünf Tagen mit den derzeitigen Methoden – und das zu geringeren Kosten!» 

Das Projekt wurde vom Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFP/NCCR) Bio-Inspirierte Materialien unterstützt, der von der Universität Freiburg koordiniert wird. Sarah Cattin, Leiterin der Zellanalyseanlage, und Isabelle Gray, Praktikantin des NFP, haben ebenfalls zur Studie beigetragen.

Auf dem Weg zu einer neuen Generation von Biosensoren
Diese Ergebnisse sind aus drei Gründen wichtig. 

Erstens vereinfachen sie den Nachweis von mutierter DNA/RNA und machen ihn damit für mehr Laboratorien zugänglich, ohne dass teure Geräte oder spezialisierte Zentren benötigt werden. 

Zweitens ist zu beachten, dass diese Sensoren auch zum Nachweis von nicht mutierter DNA/RNA verwendet werden können, was ihre Anwendung auf die molekulare biomedizinische Forschung ausweitet. 

Schliesslich können sie den Weg für die Entwicklung schneller, einfacher und kostengünstiger klinischer Tests zum Nachweis von Krebsmutationen in Tumorgewebe und Blutproben in einer grösseren Anzahl von Krankenhäusern und Diagnoselabors ebnen, was natürlich einer grösseren Anzahl von Patientinnen und Patienten zugutekommen wird. 

Diese Entdeckung, die kürzlich in der wissenschaftlichen Zeitschrift Biosensors and Bioelectronics veröffentlicht wurde, ist auch Gegenstand eines Patents und positioniert die Universität Freiburg im Bereich der medizinischen Diagnosetechnologien.

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Kocabey, S.; Cattin, S.; Gray, I.; Rüegg, C. Ultrasensitive Detection of Cancer-Associated Nucleic Acids and Mutations by Primer Exchange Reaction-Based Signal Amplification and Flow Cytometry. Biosensors and Bioelectronics 2025, 267, 116839. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116839