Nyskapande nanoteknologi för bättre cancerdiagnostik

Samarbete mellan forskare från olika vetenskapsfält vid Kungliga Tekniska Högskolan och Karolinska Institutet öppnar för innovationer. I ett nystartat projekt är målet att ta fram ny metodik för att diagnostisera och följa utvecklingen av cancer genom blodprov.

Trots de stora framgångarna inom cancerfältet de senaste decennierna finns cancerformer som fortfarande är svåra att både diagnosticera och behandla. En sådan är så kallad icke-småcellig lungcancer, där ett av problemen är att få tillgång till vävnad från tumören att undersöka.

– Därför behövs biologiska markörer som kan följas i patientens blod eller i små biopsier, säger Kristina Viktorsson, forskare inom cancerns biologi vid Institutionen för Onkologi/Patologi, Karolinska institutet.

Alla kroppens celler, inklusive tumörceller, knoppar av små blåsor som hamnar i blodet. Dessa kallas exosomer, och har en diameter på 30-150 nanometer. Forskning på exosomer har visat att de innehåller såväl DNA som RNA, och på ytan och inuti finns olika proteiner. Dessa proteiner skulle kunna användas som biomarkörer för diagnostik och för att mäta hur behandling fungerar. I arbetet med att utveckla denna metodik samarbetar Kristina Viktorsson med Jan Linnros, professor i Material-fysik vid Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, som forskar om nano-kiselteknologi.

– Vi har utvecklat nanotrådar och med rätt funktionalisering av ytan skulle de kunna binda exosomer eller biomolekyler från dessa. Det skulle kunna utgöra en ny analysmetod, säger Jan Linnros.

Projektet med titeln Detektion och analys av tumör- och blodburna markörer med nano-teknologi för tidig diagnostik och monitorering av cancer får stöd av Familjen Erling-Perssons Stiftelse.

Viktigt med brett samarbete

Både Jan Linnros och Kristina Viktorsson framhåller hur de övriga forskarna i projektet och deras forskargrupper bidrar med nödvändig spetskompetens inom områdena molekylär bioteknologi, genteknologi, onkologi och tillämpade mikro-och nanosystem. Forskargrupperna har samarbetat tidigare i ett projekt som stötts av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, där målet var att detektera tumörceller i blodet.

Jan Linnros grupp har, tillsammans med en annan grupp vid KTH, sedan början av 2000-talet tagit fram nanotrådar med kisel-chip teknologi. Nano-trådarna etsas ut i kiselchipet och kan avläsas elektroniskt. I det här projektet kommer antikroppar och andra proteinbindare kopplas till nanotrådarna för att på så sätt specifikt fånga upp exosomer från tumörer i blod och andra vätskor från patienter med lungcancer. Chipet har hittills 30 nanotrådar men kan i framtiden ha flera hundra nanotrådar som skulle kunna mäta förekomsten av olika biomolekyler.

– Eftersom man kan koppla olika antikroppar och proteinbindare till trådarna, skulle vi kunna mäta många olika saker parallellt, på samma chip, säger Jan Linnros.

En fördel är att det gå att analysera ytterst små mängder av biologiskt material. När biomolekyler binder till trådarna förändras trådarnas elektriska ledningsförmåga.

– Det innebär att vi kan få en elektrisk signal som output, säger Jan Linnros.

Följa behandlingens effekt

Det finns redan i dag sätt att mäta proteinbiomarkörer från exosomer som isoleras i blod från patienter med cancer, men då handlar det om enstaka markörer eller en fast panel bestående av 30 antikroppar.

– Vi hoppas att vår metod ska kunna bli känsligare, eftersom det krävs lite material för att få signal, och dessutom att vi ska kunna fokusera på tumörspecifika exosomer och deras biomarkörer, säger Kristina Viktorsson.

När detta skrivs har projektet nyligen inletts, men hon och hennes kollegor har lyckats detektera exosomer i lungvätska från patienter med lungcancer.

– Exosomerna var mycket heterogena storleksmässigt, mellan 60 och 120 nanometer i diameter, säger hon.

Ett viktigt mål för projektet, förutom diagnostik, är att använda exosomer och deras biomarkörer för att få en bättre bild av hur cancerbehandlingen fungerar. I dag finns, förutom strålning och cellgifter, en rad läkemedelsbehandlingar att ge vid lungcancer. Läkemedlen är målinriktade, men passar inte för alla patienter utan behandlingen behöver skräddarsys. Tumörcellerna kan också med tiden utveckla motståndskraft mot ett läkemedel.

– För patientens skull är det viktigt att snabbt få en bild av om behandlingen fungerar, eller om det är bättre att prova en annan behandling, säger Kristina Viktorsson.

En sådan bild skulle kunna fås via prover som tas vid olika tidpunkter under behandlingen.

– Det kan handla om att exempelvis se hur nivån eller funktionen av olika proteiner ändras i exosomer som isoleras ur blod, vilket i sin tur avspeglar att tumörcellerna förändras och därmed svarar annorlunda på målsökande läkemedel, säger hon.

Bred användning av metodiken

Forskarna vill, parallellt med att de analyserar material från exosomer, även noggrant analysera tumörcellers arvsmassa, det så kallade genomet.

– Med hjälp av helgenomsekvensering av blod och från patientens tumör hoppas vi hitta en panel av markörer som vi kan studera i exosomerna och därmed skapa ett sätt att följa tumören på, säger Jan Linnros.

Att noggrant kunna analysera material från svåråtkomliga tumörer är lockande, men det är lång väg till dess att metoden kan bli verklighet, något som både Kristina Viktorsson och Jan Linnros är tydliga med. Det hindrar inte att de ser stor potential i projektet.

– Eftersom exosomer släpps ut från alla tumörceller skulle det vara möjligt att använda samma analysmetod för olika typer av cancer även om de bindare som används för att mäta dem kommer att vara olika, säger Kristina Viktorsson.

Jan Linnros pekar på att metoden är användbar för annat än cancer.

– Beroende på vilka bindare vi har på nanotrådarna skulle vi också kunna detektera biomolekyler som är relevanta vid inflammation, infektion eller vid allergi, säger han.

Ett högriskprojekt

Även om flera delar redan finns på plats är det en utmaning att sätta samman alla komponenter och få fram teknik som fungerar. Här är stödet från Familjen Erling-Perssons Stiftelse viktigt.

– Stödet innebär att vi kan bygga vidare på och utveckla de delar som vi hittills tagit fram, säger Jan Linnros.

Kristina Viktorsson håller med.

– Familjen Erling-Persson är en av de anslagsgivare i Sverige där forskargrupper från olika discipliner tillsammans kan söka pengar. Men eftersom stiftelsen bedömde att det är ett högriskprojekt, fick vi stöd för tre år istället för fem, så nu är det upp till bevis!

Viktorsson-Linnros_porträtt

OM Jan Linnros

Professor i Material-fysik och ledare för ”nano-kisel” gruppen vid Institutionen för Tillämpad fysik, vid Kungliga Tekniska högskolan i Stockholm. Disputerade vid Chalmers på en avhandling om kiselteknik och gjorde sedan postdoc i USA, vid Bell Laboratories.

OM Kristina Viktorsson

Senior forskare inom cancerbiologi vid Institutionen för Onkologi/Patologi vid Karolinska institutet. Disputerade i experimentell onkologi vid samma institution och har därefter fokuserat sin forskning kring lungcancer, målsökande terapi och biomarkörer. Hon är en del av professor Rolf Lewensohns forskargrupp som har translationell lungcancerforskning som fokus.

OM multidisciplinära samarbeten

Jan Linnros: Det är givande eftersom man lär sig nya saker och kan använda det man själv gör inom helt nya vetenskapsområden. Men min erfarenhet är att antalet publikationer går ner, om man jämför med forskning inom det egna området, där man kan forska om någon liten finess. I multidisciplinära samarbeten måste man få något att fungera och det kräver att man verkligen pratar ihop sig och formulerar projektet och frågeställningen. Här finns också de största möjligheterna till nya innovationer!

Kristina Viktorsson: Jag ser bara fördelar! Det är väldigt stimulerande att förklara vad du gör för personer utanför det egna området. Här innebär frågan ”vad menar du nu?” ett genuint intresse att förstå. Efter sådana möten där man fått stöta och blöta frågeställningarna och teknologiernas begränsningar får man ofta nya uppslag till forskningen.

Samarbetspartners i projektet

Professor Jan Linnros, KTH

Kristina Viktorsson, KI

Professor/MD Rolf Lewensohn, KI

Professor Amelie Eriksson Karlström, KTH

Professor Afshin Ahmadian, KTH

Dr Björn Samel, RISE Acreo

Text: Lotta Fredholm, Foto: Fredrik Sederholm

Till fler artiklar