Nanotrådar som avslöjar cancerceller - framtidens diagnosverktyg?

Projektanslag 2011

Droplet microfluidics and functionalized nanowires for detection of circulating tumour cells

Huvudsökande: 
Jan Linnros, professor i materialfysik

Medsökande:
Amelie Eriksson Karlström
Helene Andersson-Svahn
Joakim Lundeberg
Afshin Ahmadian

Uppsala universitet
Shili Zhang 

Karolinska Institutet
Rolf Lewensohn 

ACREO
Christian Vieider
Per Björk 

Lärosäte:
KTH

Beviljat anslag: 
33 miljoner kronor under
fem år

Projektet som finansieras av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse är främst fokuserat på att hitta tumörceller som orsakar bröst- och lungcancer. Metoden kan användas både för att se om cancern spritt sig och bildat metastaser och för att se om det finns cancerceller kvar efter behandling.

– Man ska också kunna se vilken sorts tumör det rör sig om. På så vis kan man sätta in en behandling som är skräddarsydd just för den cancersjukdomen. Hos tio procent av patienterna som man misstänker har cancer hittar man ingen tumör. Men genom den här metoden kommer man att kunna se om de har tumörer och vilken typ det rör sig om, berättar Jan Linnros.

Avslöjande microchip

Jan är professor i materialfysik och har sitt labb på Kungliga Tekniska Högskolan, KTH. Men i projektet jobbar han också med kemister, biotekniker, medicinare samt forskare inom elektronik från Karolinska Institutet, Uppsala universitet och forskningsinstitutet Acreo. Tillsammans bidrar ett 30-tal forskare med kunskap för att skapa ett mikrochip och en metod som kan upptäcka och detektera cirkulerande tumörceller.

– Vi har satt ihop ett team för att täcka hela kedjan, en onkolog ingår därför också i gruppen. Mikrochipet är i princip redan klart men nu gäller det att få igenkänningen och funktionaliteten att stämma med det vi ska detektera, säger Jan Linnros.

Vid projektidens utgång, år 2016, hoppas de ha en fungerande metod.

– Det är många olika tekniker som ska sättas ihop till en fungerande enhet. Bioteknik är aldrig enkelt så vi vet inte om det kommer att fungera som vi har tänkt, men vi hoppas det. Det är inte heller helt säkerställt att spridningen av tumörer beror på cirkulerande cancerceller men det mesta tyder på det, säger Linnros.

Känsliga nanotrådar

En cancertumör kan spridas till andra organ eller vävnader i kroppen via blodet. Spridningen sker sannolikt genom att cancerceller kommer ut i blodomloppet. Så med ett enkelt blodprov skulle man i princip kunna mäta spridningsaktiviteten för en tumör.

– Problemet är att bland 100 miljoner blodkroppar kan fem cirkulerande cancerceller gömma sig. Därför behövs det en metod som säkert fångar upp och avslöjar dem, konstaterar Amelie Eriksson Karlström, professor i molekylär bioteknik, KTH.

Mikrochipet innehåller bland annat nanotrådar. Genom att placera ut antikroppar på trådarna kan man fånga upp de biomolekyler som härstammar från de cancerceller man är ute efter.

– Trådarna är så små att de har en väldigt känslig yta. När man skickar ström genom trådarna ser man på strömförändringen om man fångat upp rätt biomolekyler, förklarar Linnros.

Effekten är ett resultat av enelektrostatisk attraktion eller bortstötning av de elektriska laddningarna i nanotråden och motsvarande förändring sker i motståndet beroende på laddningen av de infångade biomolekylerna.

– Vi kan även konstruera ett chip med olika nanotrådar och antikroppar så att man kan avläsa flera olika biomolekyler samtidigt och få mer information om cellinnehållet. Förutom proteiner kan vi detektera DNA-strängar och mäta uttryck av gener, berättar Linnros.

– Vi hoppas att metoden också ska lära oss mer om cellerna, tillägger Amelie Eriksson Karlström.

Stora mängder på kort tid

Amelies forskargrupp jobbar med att ta fram molekyler, antikroppar och andra proteiner som fungerar som markörer för cancercellerna.

– Varje protein är unikt. Därför gäller det att hitta rätt markörer som ger tillräckligt med information om cancercellen. För att vi säkert ska veta att våra robotar placerar ut dem på rätt ställe på nanotrådarna sätter vi sedan färgmarkörer på proteinerna. I mikroskopet ser vi då dem som små lysande prickar, berättar hon.

En annan forskargrupp jobbar med droppbaserad bioanalys. Det är ett system där varje testcell består av en mikroskopisk vattendroppe i olja. Eftersom det går att skapa och hantera cirka 10 000 droppar per sekund kan forskarna analysera mycket stora mängder av celler på kort tid.

– På så vis kan vi fiska ut cancercellerna och mäta och analysera dem. Om vi kan mäta tio till tjugo olika proteiner, ser man ett genuttryck, ett mönster som ungefär ser ut som en streckkod, och då kan man se vilken typ av tumör det rör sig om, förklarar Jan Linnros.

Fler användningsområden

De utsorterade cellerna injiceras i var sin vattendroppe och läggs i en oljefylld kanal på chipet. Cellerna räknas, punkteras och töms på sitt innehåll. Lösningen får sedan passera nanotrådarna som drivs med en konstant spänning.

– Trådarna reagerar på laddningsförändringar och resultatet blir en serie mätningar som kan fastställa varje cells identitet och kanske dess släktskap med modertumören.

Forskarna hoppas att tekniken för detektion av biomolekyler med nanotrådar ska bli så pass generell att den även kan användas inom livsmedels- och läkemedelsindustrin.

– Lyckas vi har vi en enkel, billig och mycket snabb metod, konstaterar Jan Linnros och Amelie Eriksson Karlström.

Text Carina Dahlberg
Bild Magnus Bergström