So seltsam es auch klingen mag, Würmer könnten eines Tages eine Schlüsselrolle im Kampf gegen Krebs spielen. Wie?
Lungenkrebszellen scheinen für eine Art kleiner Würmer lecker zu riechen. Jetzt nutzen Wissenschaftler diese Anziehungskraft, um ein zappeliges neues Werkzeug zur Krebserkennung zu bauen. Die Forscher hoffen, dass dieses neue „Wurm-auf-einem-Chip“-Gerät eines Tages eine einfache, schmerzlose Möglichkeit bieten wird, um auf frühe Krankheiten zu untersuchen.
Der fragliche krebssuchende Wurm ist der gewöhnliche Spulwurm, Caenorhabditis elegans. Mit nur etwa einem Millimeter (0,04 Zoll) Länge, C. elegans lässt sich leicht auf einem Handheld-Chip anbringen. Um dieses Chipsystem zu bauen, stellten die Forscher etwas her, das wie ein Mikroskop-Objektträger aussieht. Es hat drei große Vertiefungen oder Vertiefungen. Gesunde menschliche Zellen werden an einem Ende in eine Vertiefung gegeben. Lungenkrebszellen gehen in einen Schacht am anderen Ende. Die Würmer gehen in die Mitte gut. Von dort aus können sie die Zellen an beiden Enden erschnüffeln. In Experimenten neigten hungrige Würmer dazu, sich in Richtung des Endes zu winden, das kranke Zellen enthielt.
Es wurde berichtet, „dass Hunde Menschen mit Lungenkrebs erschnüffeln können“, sagt Paul Bunn. Er ist ein Krebsforscher an der University of Colorado in Aurora, der nicht an der Arbeit beteiligt war. „Diese Studie“, sagt er, „ist ein weiterer Schritt in die gleiche Richtung.“
Jeder Chip beschäftigt etwa 50 Würmer. „Etwa 70 Prozent der Würmer bewegen sich auf den Krebs zu“, sagt Shin Sik Choi. Er ist Biotechnologe und hat an der Entwicklung des Worm-on-a-Chip-Systems an der Myongji-Universität in Seoul, Südkorea, mitgewirkt. Choi vermutet, dass durch Training die Fähigkeit der Würmer, Krebs zu erschnüffeln, gesteigert werden kann.
Das in Seoul ansässige Team stellte seinen neuen Wurm auf einem Chip am 20. März auf der Frühjahrstagung der American Chemical Society vor. Sie fand in San Diego, Kalifornien, statt.
Wriggly Superschnüffler
Niemand kann a lesen C. elegans Verstand des Wurms. Es ist also unmöglich, mit Sicherheit zu sagen, warum diese winzigen Lebewesen Krebszellen attraktiv finden. Aber Choi denkt, Duft ist eine ziemlich sichere Sache. „In der Natur“, erklärt er, „ist ein fauler Apfel auf dem Boden der beste Ort, an dem wir die Würmer finden können.“ Und Krebszellen setzen viele der gleichen Geruchsmoleküle frei wie dieser faule Apfel.
C. elegans hat einen ziemlich scharfen Geruchssinn, sagt Viola Folli. Sie studiert Neurowissenschaften an der Universität Sapienza in Rom in Italien. Wie das koreanische Team ermittelt sie C. elegans‚Krebsschnüffelfähigkeit. Und sie nutzt das Gelernte, um einen Sensor für die Krebsvorsorge zu entwickeln. Obwohl diese Würmer weder sehen noch hören können, bemerkt Folli, können sie genauso gut riechen wie Hunde. In der Tat, C. elegans hat etwa die gleiche Anzahl an Genen für die chemische Wahrnehmung wie Säugetiere, die für ihren großartigen Geruchssinn bekannt sind, wie Hunde oder Mäuse.
Das ist ziemlich beeindruckend, wenn man bedenkt C. elegans rühmen sich nur 302 Nervenzellen in seinem gesamten Körper – während das menschliche Gehirn allein etwa 86 Milliarden umfasst.
Die Einfachheit der Würmer hat es Wissenschaftlern sogar ermöglicht, genau die Nervenzelle zu lokalisieren, die auf die Aromen von Krebszellen reagiert. Enrico Lanza, ein Physiker, der bei Folli Neurowissenschaften studiert, tat dies, indem er einige der Wiggler genetisch so veränderte, dass ein bestimmtes Neuron aufleuchtete, wenn es aktiviert wurde. Dann setzte er die Würmer erkrankten Zellen aus und untersuchte sie unter einem Mikroskop, um nach im Dunkeln leuchtenden Zellen zu suchen.
„C. elegans ist transparent“, sagt Lanza. „Also, wenn drinnen etwas aufleuchtet [it]…kann man von außen erkennen.“ Und etwas leuchtete auf – ein einzelnes, strahlendes Neuron, das sich an einem Ende befand C. elegans. Lanza machte ein Foto.
Aber was für Gerüche, die von Krebszellen wehen, machen C. elegans‚ Nervenzellen leuchten so? Choi glaubt, dass sein Team möglicherweise einige der verantwortlichen Verbindungen identifiziert hat. Diese Chemikalien sind als flüchtige organische Verbindungen oder VOCs bekannt – und sie werden von Krebszellen emittiert. Eine, die verlocken könnte C. elegans ist ein blumig duftendes VOC, das als 2-Ethyl-1-Hexanol bekannt ist.
Um diese Idee zu testen, verwendete Chois Team eine spezielle Sorte von C. elegans. Diese Würmer waren genetisch so verändert worden, dass ihnen Rezeptoren für 2-Ethyl-1-Hexanol-Geruchsmoleküle fehlten. Während normal C. elegans Krebszellen bevorzugten gesunde Zellen, gentechnisch veränderte Würmer nicht. Dies deutete darauf hin, dass 2-Ethyl-1-Hexanol eine Schlüsselrolle dabei spielt, Würmer zu erkrankten Zellen zu locken.
Dieser Befund „macht absolut Sinn, weil wir wissen, dass Krebserkrankungen VOC-Signaturen aussenden“, sagt Michael Phillips. An der Untersuchung nahm er nicht teil. Aber er entwickelt Krebs-Früherkennungstests bei Menssana Research in Fort Lee, NJ. Einige der jüngsten Forschungsergebnisse von Phillips haben gezeigt, dass VOCs im Atem dabei helfen können, das Brustkrebsrisiko vorherzusagen. Diese Studie erschien in Brustkrebsforschung und -behandlung im Jahr 2018.
Suche nach Krebs
C. elegans„Die Fähigkeit, Krebszellen im aktuellen Wurm-auf-einem-Chip-System zu erkennen, ist ein guter Anfang. Aber jetzt will Choi sehen, ob diese Würmer Krebs erschnüffeln können, wenn sie nicht direkt kranken Zellen ausgesetzt sind. Vielleicht könnten die Würmer einen Hauch von krebserzeugenden VOCs in Speichel, Blut oder Urin aufnehmen. Ärzte könnten einen solchen Test verwenden, um nach Lungenkrebs zu suchen, ohne Zellen von einem Patienten entnehmen zu müssen.
Die Forschung von Phillips zu krebsbedingten VOCs im Atem legt nahe, dass diese Idee vielversprechend ist. Follis Forschung tut das auch. Das berichtete ihr Team im vergangenen Jahr C. elegans bevorzugter Urin von Patientinnen mit Brustkrebs über den Urin gesunder Menschen. Diese Forschung erschien in Wissenschaftliche Berichte.
Solche nicht-invasiven Tests könnten Ärzten einen Vorteil im Kampf gegen Krebs verschaffen. Viele Lungenkrebspatienten werden beispielsweise nicht diagnostiziert, bevor sich ihre Krankheit ausgebreitet hat und schwer zu behandeln ist. Einige Screening-Tools – insbesondere CT-Scans – können Lungenkrebs frühzeitig erkennen. Aber die Röntgenstrahlen der Scans bringen neue Probleme. „Je mehr CT-Scans man bekommt“, sagt Bunn, „desto mehr Strahlung bekommt man.“ Und diese Strahlung kann selbst zu Krebs führen. Aus diesem Grund möchten Ärzte diese Scans nicht durchführen, es sei denn, sie vermuten eine Krankheit.
Ein Wurm-auf-einem-Chip-Spuck- oder Urintest könnte eine sicherere Alternative darstellen. „Wäre es nicht schön zu haben [such] ein Screening-Test?“ sagt Bunn. „Auch wenn es nicht so genau ist wie ein CT-Scan?“ Zumindest könnte es darauf hindeuten, wer am meisten von diesen CT-Scans profitieren könnte.
Philips stimmt zu. Er benutzt sein Atemanalysegerät – AtemX — im Vereinigten Königreich zum Screening auf Krebs. Er sagt, dass verschiedene Krebszellen eine unterschiedliche Mischung von VOCs freisetzen. Jedes Muster ist wie ein Fingerabdruck. Einige andere Krankheiten setzen auch VOCs frei. Anhand der Atemluft „sehen wir bei Brustkrebs ganz andere Fingerabdrücke als bei Tuberkulose“, sagt Phillips. Der VOC-Fingerabdruck, sagt er, ändert sich mit jeder Krankheit.
Weder BreathX noch das Worm-on-a-Chip-Gerät sind dazu bestimmt, Krebs zu diagnostizieren. „Ich würde einer Frau aufgrund der Ergebnisse eines Atemtests niemals sagen, dass sie Brustkrebs hat“, sagt Phillips. Oder, fügt er hinzu, ein Wurm-auf-einem-Chip-Test. Er glaubt, dass der Wert dieser Technologie darin besteht, eine harmlose und kostengünstige Möglichkeit zu bieten, Menschen mit hohem Krankheitsrisiko zu untersuchen. Diese Tools könnten helfen, Krebs frühzeitig zu erkennen, wenn er noch vollständig entfernt oder effektiv behandelt werden kann.
Dies ist eines in einer Reihe von Neuigkeiten zu Technologie und Innovation, die mit großzügiger Unterstützung der Lemelson Foundation ermöglicht wurden.