Forskere fra Australien og Tyskland har skabt en mikroskopisk føler, der er placeret for enden af et optisk fiberkabel. Denne opfindelse kan overvåge adskillige sygdomstegn på samme tid. Processen kræver slet ingen kirurgiske indgreb, og lægerne får svar stort set med det samme.
Kræftsygdomme udvikler sig desværre oftest uden mærkbare symptomer, hvilket får lægevidenskaben til konstant at søge nye metoder til tidlig opsporing, mens helbredelse endnu er mulig. Traditionelle undersøgelser opdager typisk først en svulst, når den allerede har ændret vævets opbygning eller har spredt sig til nærliggende organer.
En helt ny mikrosensor kan muligvis ændre spillets regler i denne ulige kamp. Ved at kombinere avanceret 3D-print i mikrostørrelse med særlige lysfølsomme materialer, opfanger enheden kemiske forandringer i kroppens væv langt hurtigere end almindelige tests. Et forskerhold fra University of Adelaide og University of Stuttgart står bag denne teknologi, som bedst kan beskrives som et bittelille laboratorium monteret på spidsen af en lysleder.
Hvorfor denne mikrosensor revolutionerer kræftdiagnostik
Det innovative apparat printes direkte på kablets ende og er markant tyndere end et gennemsnitligt menneskehår. På grund af den ekstremt beskedne størrelse kan fagfolk indføre sensoren i patientens krop med utrolig lidt ubehag, eksempelvis via et endoskop eller en meget fin nål. I modsætning til en traditionel biopsi slipper patienten for decideret vævsudtagning og nervepirrende ventetid på laboratoriesvar.
Eksperterne gjorde brug af lynhurtigt 3D-print til at fremstille udstyret. Metoden gør det muligt at bygge komplekse formationer, der kun måler få tusindedele af en millimeter. Følerens specifikke form er bestemt ikke tilfældig, da netop designet dikterer, hvor effektivt lyssignaler fra det omkringliggende væv kan indsamles og forstærkes. En fejlfri geometri sikrer dermed maksimal målefolsomhed.
Værktøjet opererer ganske enkelt som en komplet, men usynlig forskningsstation, der både registrerer temperaturudsving, opdager kemiske skift og omsætter dataene til synlige lyssignaler. Netop denne alsidighed er altafgørende inden for onkologien. Hidtil har sundhedspersonalet ofte kunnet aflæse en enkelt indikator ad gangen, hvilket har gjort det svært at se det fulde billede af vævets tilstand.
Evnen til at måle flere værdier på én gang giver en markant mere præcis forståelse af kroppens aktuelle sundhedstilstand. Almindelige metoder som CT– eller PET-scanninger leverer ganske vist skarpe billeder, men de er ude af stand til at vise de dynamiske, kemiske processer helt nede på celleniveau, mens de rent faktisk finder sted.
Sådan afslører lys usynlige kræftceller i vævet
Hemmeligheden bag opfindelsens succes ligger i brugen af særlige, lysende substanser kaldet fluoroforer, som er baseret på grundstoffer fra gruppen af lanthanider. Disse særegne kemiske forbindelser udsender en helt specifik glød, når de belyses. Forskerholdet har nøje sammensat en blanding, hvor hvert element reagerer præcist på forskellige hændelser forbundet med tumorudvikling.
Ude i virkeligheden fungerer det ved, at affaldsstoffer fra kræftcellernes stofskifte interagerer med molekyler, som sidder fast på fiberen. Sker dette, vil den specifikke fluorofor enten skrue op eller ned for lysstyrken, eller måske ændre sin farve helt. Lyslederen transporterer derefter denne visuelle information fra kroppens mørke indre og ud til yderst fintfølende udstyr, der nøje vurderer både signalets kulør og intensitet.
Jo flere ondartede celler der lurer i nærheden af fiberenden, desto kraftigere og mere tydelig bliver den udsendte glød. Mekanismen fungerer på den måde som en slags tæller for koncentrationen af sygdom. Da de anvendte fluoroforer lyser op i forskellige nuancer, præsenteres specialisten for en række uafhængige datastrømme på præcis samme tid.
Blandt de overvågede parametre er:
- Den lokale vævstemperatur, som har tendens til at stige, når der opstår betændelsestilstande.
- Miljøets surhedsgrad, da netop dette ændrer sig kraftigt i områder nær en tumor.
- Forekomsten af helt særlige enzymer, som de skadelige kræftceller udskiller.
- Mængden af glukose, fordi svulster generelt forbruger enormt meget sukker for at kunne vokse.
- Iltniveauet i området, hvilket ofte daler drastisk i hastigt voksende knuder.
- Sporene af brintoverilte, som er et klassisk biologisk tegn på farlig oxidativ stress.
- Løbende forandringer af selve pH-værdien i rummet mellem kroppens celler.
- Frigivelsen af laktat, der opstår i forbindelse med tumorernes anaerobe stofskifte.
Derfor ændrer kombinationen af lysledere og 3D-print spillereglerne
Ældre måleinstrumenter er typisk afhængige af klodsede batterier og komplekse elektroniske kredsløb, hvilket lægger store begrænsninger på både design og funktionalitet. Omvendt kræver et optisk fiberkabel kun lys for at fungere, helt uden forstyrrende strømkilder eller elektromagnetisk støj. Du kan dermed roligt anvende det i patienter uden frygt for tekniske konflikter med andet udstyr, eksempelvis under en magnetisk resonans-scanning.
Brugen af ekstremt hurtigt 3D-print har gjort det overkommeligt at skabe en multiformation på kablets spids, der samtidig agerer som reaktionskammer, optisk filter og linse. Selve fremstillingsprocessen tager blot et par minutter og kræver slet ingen klinisk rene produktionsfaciliteter. Dette betyder, at ingeniører hurtigt og ubesværet kan eksperimentere med nye udformninger for at finde det absolut bedste match til en specifik kræfttype.
Forskergrupperne fra University of Adelaide og University of Stuttgart har allerede prøvekørt teknologien på kunstigt væv, som var designet til at ligne miljøet i både tyktarmen, brystet og bugspytkirtlen. I disse tests formåede sensoren at opspore sygdomsmarkører i så lave mængder, at normale screeninger ville have overset dem fuldstændigt. Samtidig rullede de præcise svar ind på få sekunder frem for at kræve timers eller dages ventetid.
Eksperterne gør dog meget ud af at præcisere, at det nye system ikke skal erstatte traditionelle biopsier, men i stedet fungere som et stærkt supplement. Det banebrydende værktøj vil være særligt oplagt til tæt overvågning af patienter under kemobehandlinger eller efter veloverståede operationer, hvor det er kritisk vigtigt at vide, om sygdommen er på vej tilbage.
Hvornår bliver den nye mikrosensor en del af hverdagen på sygehusene?
Indtil videre har prototypen kun været igennem kontrollerede forsøg i laboratoriet og test på dyrkede cellekulturer. Før udstyret kan godkendes til brug på rigtige mennesker, venter der en lang række nødvendige kontrolfaser, som starter med dyreforsøg og derefter fortsætter med frivillige testpersoner. Forskerholdet spår, at denne godkendelsesproces nemt kan strække sig over de næste fem til syv år.
Den absolut største hurdle ligger lige nu i at skrumpe
