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Würmer erschnuppern Lungenkrebs

"Worm-on-a-chip"-Methode zur besseren Frühzeiterkennung von Tumoren

Fadenwurm
Das "Worm-on-a-chip"-Gerät verfolgt die Bewegungen des Fadenwurms hinzu Düften, die von Lungenkrebszellen ausgehen. © Nari Jang

Tierische Krebs-Früherkennung: Fadenwürmer können offenbar Krebszellen am Geruch erkennen – sie kriechen sogar ohne vorheriges Training bevorzugt auf Proben von Lungentumoren zu, wie Experimente belegen. Auf Basis dieser Erkenntnis haben Forschende nun einen „Wurm-Chip“ entwickelt, der die Krebs-Früherkennung künftig möglicherweise erleichtern könnte. Mit ihm könnte man Krebs ohne invasive Techniken schon in einem frühen Stadium diagnostizieren.

Krebszellen setzen chemische Substanzen frei, die im Körper zirkulieren und eine spezifische Duftspur hinterlassen. Es hat sich bereits gezeigt, dass diese vom hochsensiblen Geruchssinn von Hunden erkannt werden kann. Die Vierbeiner können demnach eine Krebserkrankung mit hoher Trefferquote und sogar in frühen Stadien erkennen. Auch Ameisen haben solch ein ausgeprägtes Geruchssystem und sind in der Lage, nach einer kurzen Trainingsphase zwischen Krebszellen und gesundem Gewebe zu unterscheiden.

Fadenwurm
Der Fadenwurm Caenorhabditis elegans bevorzugt offenbar den Geruch entarteter Zellen.© Heiti Paves/ CC-by-sa 4.0

Wurmentscheidung: Gesund oder krank?

Eine noch einfachere Methode zur frühen Erkennung von Krebsgewebe, haben nun Shin Sik Choi von der Myongji Universität in Südkorea und seine Kollegen entwickelt. „Es ist bereits bekannt, dass der im Boden lebende Fadenwurm Caenorhabditis elegans von bestimmten Gerüchen angezogen oder abgestoßen wird. Daher hatten wir die Idee, den Wurm zur Erkennung von Lungenkrebs zu verwenden“, erklärt Choi.

Er und sein Team stellten dafür einen Chip aus dem siliziumhaltigen Polymer Polydimethylsiloxan her. Dieser hat an beiden Enden eine Vertiefung, die durch Kanäle miteinander verbunden sind. Am einen Ende platzierten die Forschenden einen Tropfen eines Kulturmediums mit Lungenkrebszellen und am anderen Ende Medium mit gesunden Lungen-Fibroblasten. In die Mitte des Chips setzten sie die winzigen, etwa einen Millimeter kleinen Fadenwürmer und beobachteten ihr Verhalten.

Ähnelt Krebs-Duft dem Wurmfutter?

Die Ergebnisse: Nach etwa einer Stunde hatten sich tatsächlich mehr Würmer dazu entschieden, zum Medium mit den Krebszellen zu kriechen, als zu den gesunden Lungenzellen. Würmer hingegen, deren Geruchsrezeptor durch eine Mutation verändert wurde, zeigten dieses Präferenzverhalten nicht. Basierend auf diesen Tests schätzen die Forschenden, dass der Wurm-Chip in 70 Prozent der Fälle Krebszellen in Kulturmedium erkennen kann.

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In weiteren Studien stellte sich heraus, dass spezifische Geruchsmoleküle die Würmer zum krebszellenhaltigen Medium hinlockten. Dazu gehörte auch die flüchtige, organische Komponente 2 Ethyl-1-Hexanol, welche einen floralen Geruch ausströmt. „Wir wissen nicht, warum C. elegans von Lungenkrebsgewebe oder 2-Ethyl-1-Hexanol angezogen wird, aber wir vermuten, dass diese Duftstoffe dem Geruch ihres Lieblingsfutters ähneln“, erklärt Chois Kollegin Nari Jang.

Weitere Tests geplant

Das Team um Choi hofft, die Genauigkeit und Sensitivität des Wurm-Chips in Zukunft noch weiter verbessern zu können. Dafür wollen sie die Würmer bereits vor dem eigentlichen Test einem Krebszellenmedium aussetzen und so eventuell die Bildung eines „Gedächtnis“ für krebsspezifische Gerüche anregen. Ob die Methode auch mit Urin oder Speichel funktioniert oder ob die Würmer zwischen verschiedenen Krebsarten unterscheiden können, wollen die Forschenden Zukunft ebenfalls überprüfen.

Nachdem nun erste Tests funktioniert haben, soll die medizinische Anwendung weiter untersucht werden. „Wir werden mit Ärzten kollaborieren, um herauszufinden, ob mit unseren Methoden Lungenkrebs in Patienten auch in einem frühen Stadium erkannt werden kann“, erklärt Choi. Denn die frühe Diagnose von Krebs ist besonders wichtig, um die Sterblichkeitsrate der Patienten verringern zu können. (ACS Spring Meeting 2022)

Quelle: American Chemical Society (ACS)

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