HiTech-Stift erkennt Tumore in zehn Sekunden

Forscher der University of Texas in Austin haben einen Stift entwickelt, der Krebs erkennen können soll. Mit seiner Hilfe könnten Ärzte in Zukunft während Operationen schneller und schonender entscheiden können, welches Gewebe entfernt werden soll.

So viel wie nötig, so wenig wie möglich – bei Krebsoperationen sollen Ärzte den Tumor komplett entfernen und gesundes Areal erhalten. Mit einem neuen Kugelschreiber-förmigen Gerät können Ärzte künftig bei Krebsoperationen in Sekunden zwischen Tumorgewebe und gesundem Gewebe unterscheiden. Der Stift analysiert die Areale per Massenspektrometrie, ohne Gewebe zu beschädigen.

Stift zur Krebserkennung hatte in Tests Zuverlässigkeit von 96 Prozent

In Tests hatte er eine Zuverlässigkeit von über 96 Prozent. Damit könne man bei Eingriffen Tumore vollständig entfernen und gleichzeitig möglichst viel gesundes Gewebe erhalten, schreiben US-Forscher um Livia Eberlin von der University of Texas in Austin im Fachblatt "Science Translational Medicine". Die Studie zeige die aktuelle Leistungsfähigkeit von Massenspektrometern, sagt Bernhard Spengler von der Universität Gießen, Experte für bioanalytische Massenspektrometrie.

Die Entfernung eines Tumors ist für Chirurgen oft eine Gratwanderung: Sie sollen einerseits das Karzinom komplett herausschneiden, andererseits aber gesundes Gewebe möglichst verschonen – insbesondere etwa bei Tumoren im Gehirn, wo es auf jeden Millimeter ankommen kann. "Wenn man mit Krebspatienten nach der Operation spricht, sagen viele als erstes "Ich hoffe, der Chirurg hat den ganzen Tumor entfernt"", sagt Forscherin Eberlin.

Gewebeuntersuchungen im Labor sind derzeit zeitintensiv: Wenn sie während des Eingriffs erfolgen, müssen die Proben ins Labor gebracht, präpariert und analysiert werden. Das dauere etwa 30 Minuten, erhöhe das Risiko für Infektionen und erfordere eine höhere Dosis des Narkosemittels, schreiben die Autoren.

MasSpec Pen erkennt krebstypische Moleküle per Massenspektrometrie

Allerdings gibt es mit dem "intelligenten Messer" ("iKnife") schon ein Gerät, das Gewebe während des Eingriffs in Echtzeit charakterisiert. Dieses Elektroskalpell zersetzt das Gewebe durch Hitze und saugt den Rauch an, dessen Bestandteile dann per Massenspektrometrie in Sekunden analysiert wird. Das Gerät, das zurzeit nur zu Forschungszwecken eingesetzt wird, erfordert aber den Schnitt durch das zu beprobende Areal.

Auch der MasSpec Pen, so der Name des nun vorgestellten Stifts, erkennt krebstypische Moleküle per Massenspektrometrie – das Verfahren bestimmt die Masse von Molekülen. "Krebszellen haben einen veränderten Stoffwechsel", erläutert Eberlin. "Weil die Abbauprodukte von Krebs und normalen Zellen so verschieden sind, extrahieren und analysieren wir sie mit dem MasSpec Pen, um einen molekularen Fingerabdruck des Gewebes zu bekommen."

So funktioniert der Stift zur Erkennung von Krebsgewebe

Dabei entlässt der Chirurg mit dem Stift ein Wassertröpfchen aus einem Kanal auf das Gewebe, in dem sich dann Moleküle lösen. Das Gemisch wird dann durch einen zweiten Kanal im Stift und einen angeschlossenen Schlauch in das Massenspektrometer geleitet. Dieser analysiert die Moleküle, gleicht das Profil mit einer Datenbank ab und zeigt das Resultat in zehn Sekunden auf einem Monitor an.

In einem ersten Test an gut 250 menschlichen Gewebeproben von Brust, Lunge, Schilddrüse und Eierstock erkannte das Gerät das Gewebe in mehr als 96 Prozent der Fälle richtig. Bei Schilddrüsenkrebs konnte es gutartige von bösartigen Tumoren unterschieden, bei Lungenkrebs den Tumortyp klassifizieren. Auch bei Mäusen mit Tumoren nutzten die Forscher das Gerät – ohne dass dem Gewebe erkennbare Schäden zugefügt wurden. Ab kommendem Jahr wollen sie den Stift bei Operationen testen.

"Wenn wir Patienten eine präzisere Operation, eine schnellere Operation oder eine sicherere Operation anbieten können, dann wollen wir das tun", sagt Ko-Autor James Suliburk vom Baylor College of Medicine in Houston. "Diese Technologie umfasst alle drei Aspekte."

Bis der Stift im klinischen Alltag genutzt werden kann, könne es noch dauern

"Das ist eine sehr schöne Machbarkeitsstudie", sagt der Gießener Experte Spengler, der an der Arbeit nicht beteiligt war, "Man kann auf molekularer Ebene mit Massenspektrometern sehr viel mehr Detailinformationen bekommen als derzeit mit klassischen Labormethoden. Der Weg ist der richtige." Bis das Gerät aber im klinischen Alltag genutzt werden könne, müsse es noch viele regulatorische und technologische Hürden nehmen.

Für Karl-Christian Schäfer von der Universität Gießen, der das intelligente Messer einst mitentwickelte, hat das neue Gerät im Vergleich dazu Vor- und Nachteile. Vorteilhaft sei, dass der Stift das untersuchte Gewebe tatsächlich nicht schädige – dafür müsse der Chirurg aber immer wieder das Skalpell gegen den Stift tauschen. Das intelligente Messer sei dagegen ein Elektroskalpell mit analytischer Zusatzfunktion.

Wichtig sei, wie gut sich diverse Moleküle in Wassertropfen lösen. Das müsse der klinische Einsatz insbesondere für die weniger wasserlöslichen Lipide zeigen. Klären müsse man zudem, wie das Gerät während der Operation reagiere, wenn es mit vielen Flüssigkeiten wie etwa Blut in Kontakt komme. Generell sei die ermittelte Zuverlässigkeit von gut 96 Prozent aber ein solider Wert, sagt der Chemiker.