Multimodale Krebsdiagnostik mittels lebender Thrombozyten-Nanodiamant-Hybride

• Antragsteller: Dr.-Ing. Sascha Balakin
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520543448

Krebs ist die größte Herausforderung für die Gesundheitssysteme weltweit. Einmal entdeckt, ist die Resektion immer noch der Goldstandard für die Krebsbehandlung, wobei die chirurgische Resektion von Tumoren eine präzise Lokalisierung und Definition der Ränder zwischen Läsionen und normalem Gewebe erfordert. Dies gilt insbesondere für Krebsarten mit einer hohen Rückfallquote von 50-70 % nach der Erstbehandlung, wie z. B. Lungenkrebs. Neuartige Behandlungen, wie die fluoreszenzgeführte Chirurgie (FGS), hängen von der Effizienz der verwendeten Kontrastmittel ab. Leider mangelt es den derzeitigen Kontrastmitteln an Selektivität, Photostabilität und Biokompatibilität. Das Projekt CANDY zielt darauf ab, ein lebendes Hybridmaterial zu entwickeln, das auf Kohlenstoff-basierte Kontrastmittel mit stabiler Photolumineszenz (PL), Aktivität in der Magnetresonanztomographie, Krebs-Targeting und, aufgrund der lebenden Komponente, Umgehung der Immunabwehr beruht. Dazu werden fluoreszierende Nanodiamanten (NDs) in Thrombozyten geladen. Die beladenen Thrombozyten setzen die beladenen NDs bei ihrer Aktivierung frei, wobei Tumorzellen die direkte Aktivierung und Adhäsion der Thrombozyten vermitteln. Die lebende Komponente ist für die Abschirmung und den Transport zum Krebsgewebe verantwortlich, während die synthetischen NDs spezifisch Krebszellen markieren, um eine multimodale Bildgebung zu ermöglichen. Vor der Beladung mit Thrombozyten werden die NDs mit einem Aptamer (MUC1) fusioniert, um den Oberflächenrezeptor Mucin 1 zu markieren, der auf Krebszellen überexprimiert ist. Der systematische Einfluss des Molverhältnisses, der Zeit, des pH-Werts, der Agglomeratgröße und der Vorbehandlung der NDs auf ihre Oberflächenbeladung mit MUC1-Aptameren und der PL wird ermittelt. ND, ND-MUC1 und ND-verknäulte Aptamer Konjugate (unspezifische Bindungskontrolle) werden über Alpha-Granula in das Zytoplasma von Thrombozyten geladen, um Lungenkrebszellen (A-549) zu markieren. Thrombozyten bieten im Vergleich zu herkömmlichen Trägern eine hervorragende Umlaufzeit im Blutkreislauf, Biokompatibilität und In-vivo-Selektivität. Um das lebende Hybridmaterial zu validieren und das ND-Thrombozyten-System für klinische Anwendungen nutzbar zu machen, wird die Hämokompatibilität, In-vitro-Aufnahme und Selektivität in einem präklinischen Aufbau untersucht. Die Internalisierung der NDs erfolgt unter milden Bedingungen, wie z. B. spontane zelluläre Aufnahme oder Elektroporation, um die Aktivierung der ruhenden Thrombozyten zu verhindern. Die beladenen Thrombozyten werden stimuliert, und die freigesetzten ND-Konjugate werden zur In-vitro-Bewertung in A-549 und primäre menschliche Bronchialepithelzellen (Negativkontrolle) übertragen. Mit dem Schwerpunkt, über den derzeitigen Stand der Technik in der Krebsdiagnose und FGS hinauszugehen, ist das grundlegende Ziel dieses Projekts die Hybridisierung lebender Materialien für Anwendungen in der Onkologie und darüber hinaus als Theragnostikplattform.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen