Melanom-Heimtest: Mikronadelpflaster ersetzt Biopsie

Laut Forschern der University of Michigan könnten Melanomtests eines Tages zu Hause mithilfe eines Hautpflasters und eines zweizeiligen Teststreifens durchgeführt werden – ähnlich wie COVID-19-Heimtests.

Ein neues Silikonpflaster mit mikroskopisch kleinen sternförmigen Nadeln namens ExoPatch konnte bei Mäusen Melanome von gesunder Haut unterscheiden.

Das Pflaster und der Test stellen einen Schritt in Richtung einer schnellen Melanom-Untersuchung zu Hause dar und helfen Patienten, die aggressivste Form von Hautkrebs frühzeitig zu erkennen – ohne Biopsie oder Blutentnahme.

„Sternförmige Nadeln machen das Einstechen einfacher und weniger schmerzhaft, aber sie sind so klein, dass sie nur die oberste Hautschicht – die Epidermis – durchdringen und keine Blutgefäße punktieren“,
sagte Sunita Nagrath, Professorin für Chemieingenieurwesen an der University of Michigan und Co-Autorin der in der Zeitschrift Biosensors and Bioelectronics veröffentlichten Studie.

ExoPatch-Mikronadeln sind nur 0,6 mm lang und haben eine Spitzenbreite von weniger als 100 Nanometern (0,0001 mm). Sie sind mit einem Gel beschichtet, das Exosomen – winzige, von Zellen abgesonderte Bläschen – aus der interstitiellen Flüssigkeit einfängt, die die Zwischenräume zwischen den Zellen in der Epidermis ausfüllt.

Bisher galten Exosomen als „Müll“, den Zellen zur Entsorgung aussenden. Tatsächlich enthalten sie DNA- und RNA-Fragmente, die von Zellen zum Signalaustausch genutzt werden. Exosomen von Krebszellen könnten die Ausbreitung von Tumoren fördern, indem sie Gewebe auf die Aufnahme von Tumorzellen vorbereiten, bevor diese eintreffen. Der Nachweis dieser Exosomen könnte eine frühere Krebserkennung ermöglichen als mit bestehenden Methoden.

Das Gel, das das ExoPatch umhüllt, enthält ein Protein namens Annexin V, das Exosomen anzieht und an der Oberfläche der Mikronadeln bindet. Nach dem Entfernen des Pflasters von der Haut wird es in Säure gelegt, die das Gel auflöst und die Exosomen in die Lösung freisetzt. Anschließend wird ein Teststreifen in die Lösung getaucht:

• Wenn die Probe Melanomexosomen enthält, erscheinen zwei Bänder,

• Wenn nicht, gibt es einen Streifen,
  genau wie bei COVID-19-Tests.

„Eine Person mit heller Haut und Muttermalen sollte alle sechs Monate zum Arzt gehen, um eine Biopsie durchführen zu lassen, um festzustellen, ob die Muttermale krebsartig sind oder nicht.
Mit diesem Test können Sie ihn zu Hause durchführen, erhalten die Ergebnisse sofort und können bei einem positiven Ergebnis einen Dermatologen aufsuchen“,
sagt Nagrath.

Um das Konzept zu beweisen, testeten die Forscher ExoPatch zunächst an einer Schweinegewebeprobe, die in Dicke und Zusammensetzung der menschlichen Haut ähnelt. Unter dem Mikroskop stellten sie fest, dass die Mikronadeln etwa 350 bis 600 Nanometer tief in die Haut eindrangen. Zum Vergleich: Die Epidermis eines menschlichen Unterarms ist etwa 18.300 Nanometer dick.

Um zu testen, ob ExoPatch Melanom-Exosomen aus der Haut einfangen kann, untersuchte das Team Hautproben von Mäusen: die Hälfte von gesunden Tieren, die andere Hälfte von Mäusen, denen ein Teil eines menschlichen Melanomtumors injiziert worden war. Nach 15 Minuten Anwendung wurde ExoPatch unter ein Hochleistungsmikroskop gelegt.

„Als ich die mikroskopischen Bilder sah, war ich erfreut darüber, wie gut die Exosomen an den Mikronadeln hafteten und wie erwartet eine Größe im Bereich von 30 bis 150 Nanometern aufwiesen“,
sagte Scott Smith, ein Doktorand der Chemieingenieurwissenschaften an der University of Michigan und Co-Autor der Studie.

Nachdem die Forscher bestätigt hatten, dass die Exosomen am ExoPatch hafteten, lösten sie das Gel auf und ließen die Proben durch die Teststreifen laufen. Der Test unterschied erfolgreich Melanomproben von gesundem Gewebe – die Intensität des zweiten Streifens war bei Melanomproben 3,5-mal höher.

ExoPatch konnte aus Melanomproben 11,5-mal mehr exosomale Proteine gewinnen als aus gesundem Gewebe und demonstrierte damit seine Fähigkeit, Krebs-Exosomen selektiv zu erfassen.

Der nächste Schritt ist eine Pilotstudie am Menschen, gefolgt von klinischen Tests zur praktischen Anwendung der Technologie. Neben Melanomen kann die ExoPatch-Gelbeschichtung so modifiziert werden, dass sie auch Exosomen anderer Krebsarten erkennt, die mit soliden Tumoren assoziiert sind, wie Lungen-, Brust-, Dickdarm-, Prostata- und Hirnkrebs.

„Dies ist das erste Pflaster, das krankheitsspezifische Exosomen aus der Flüssigkeit unter der Haut auffängt.
Das Potenzial dieses Ansatzes ist enorm“,
sagte Nagrath.