Bisher war es schwierig, Krebszellen im Blut nachzuweisen. Auf eine solche Zelle kommen etwa geschätzt eine Milliarde gesunde Zellen – die Nadel im Heuhaufen. Dennoch ist es von sehr großer Bedeutung die Anzahl der Krebszellen festzustellen und diese möglichst zu isolieren. Viele bereits erkannte Tumore streuen auch: Dabei wandern einzelne Krebszellen eine Zeit lang mit dem Blutstrom durch den Körper, bevor sie sich in neuem Gewebe einnisten. So können neue Metastasen entstehen, selbst nachdem der Haupttumor erfolgreich bekämpft wurde.

Forscher des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT) und des Münsterschen Zentrums für Nanotechnologie (CeNTech) haben nun in Kooperation mit dem Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) ein klinisches Verfahren entwickelt, mit dem sie einzelne Krebszellen in Blutproben sicher nachweisen und isolieren können. Der besondere Nutzen der neuen Nachweis-Technologie liegt darin, das die Anzahl der herausgefilterten Tumorzellen Auskunft darüber gibt, ob eine Therapie erfolgreich war. Zudem lassen sich aus diesem Nachweis Rückschlüsse auf den zukünftigen Krankheitsverlauf ableiten. Zusätzlich gestattet die genetische Analyse der isolierten Krebszellen die Ableitung maßgeschneiderter Therapien für die jeweilige Krebsart.

„Mit unserer Methode erzielen wir eine sehr hohe Trefferquote: Über 85 Prozent der ausgefilterten Zellen sind tatsächlich Krebszellen, zudem können wir die verdächtigen Zellen unbeschadet entnehmen und näher untersuchen“, so Michael Hirtz, dessen Forschungsgruppe am Institut für Nanotechnologie (INT) des KIT entscheidend an der Entwicklung beteiligt war. Die entsprechenden Tests mit Patientenblut führen Forscher um Klaus Pantel am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf durch. Darüber hinaus soll das Verfahren auf alle Anwendungsfälle übertragbar sein, in denen es darum geht, seltene, in Blut oder anderen Körperflüssigkeiten zirkulierende, Zellen zu isolieren.

Das Herzstück der neuen Methodik bildet ein modernes molekularbiologisches Untersuchungssystem (Mikroarray), das parallele Analyse von mehreren tausend Einzelnachweisen in einer geringen Menge biologischen Probenmaterials erlaubt. Diese Mikroarrays werden umgangssprachlich auch als Gen- oder Biochips bezeichnet. Die Forscher erstellen dazu eine Art Andockstation für die Krebszellen. Dazu setzen sie die „Polymer Pen Lithografie“ ein, indem mit einem Kunststoffstempel mikroskopisch kleine Oberflächenstrukturen in Schlossform geschaffen werden. Die zu untersuchende Blutprobe wird dann durch einen flachen Mikrokanal geleitet, der über die Andockstation hinwegfließt. Damit möglichst viele Zellen mit dem Array-System in Berührung kommen, verwirbelt eine fischgrätenartige Struktur an der Decke des Mikrokanals die vorbeiströmende Flüssigkeit ständig. „Während die Tumorzellen an den präparierten Stellen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip andocken, werden die übrigen Zellen einfach vorbeigespült“, erklärt Hirtz das Prinzip. Um die Arrays – also die Schlösse – nicht für jede Anwendung austauschen zu müssen, geben die Wissenschaftler allen Zielstellen eine Art Generalschlüssel mit: das Vitamin Biotin. Dieses wird zuvor über spezielle Antikörper an die Oberflächen der Zielzellen gekoppelt.

Wie das KIT informiert, ist das Verfahren noch in der Entwicklung und daher nicht volloptimiert. „Dennoch ist es zum Teil jetzt schon nachweisempfindlicher als die bekannten Standardmethoden. Darüber hinaus erleichtert es die medizinische Feindiagnose der Zellen“, unterstreicht Harald Fuchs, Abteilungsleiter am Institut für Nanotechnologie. Die Forscher arbeiten nun an einem, in der Klinik einsetzbaren, Prototypen des Testgerätes. Dabei erhalten sie Unterstützung vom Europäischen Forschungsrat über das Förderprogramm „Proof of Concept“.