Chipen mot cancer

– Om vi får det här att fungera skulle det vara ett stort genombrott, säger Jan Linnros, professor i materialfysik vid KTH.

Han leder ett tvärvetenskapligt forskningsprojekt med forskare från KTH, KI och Acreo, med kompetenser inom molekylär bioteknologi, genteknologi, onkologi och tillämpade mikro- och nanosystem.

Själv har Jan Linnros arbetat med nanofysik på KTH sedan 1993 och är ledare för nanokiselgruppen vid Institutionen för Tillämpad fysik.

– Det är väldigt spännande för mig som fysiker att få ge mig in i medicinska världen. Som tur är finns forskare från skolan för bioteknologi vid KTH och Karolinska Institutet med i projektet.

Förhoppningen är att med ett enkelt blodprov på ett kiselchip kunna upptäcka den vanligaste formen av lungcancer – icke-småcellig lungcancer – i ett tidigt skede.

Dessutom vill man kunna ”följa” tumörer under behandling, för att kunna anpassa medicineringen. Metoden kan också användas på andra cancerformer.

I början av 2000-talet gick det att visa att nanotrådar av kisel som växt vertikalt på ett substrat kunde användas för att detektera biomolekyler, till exempel proteiner och DNA.

Jan Linnros och hans medarbetare ville i stället försöka etsa ut nanotrådar direkt på ett kiselchip. På så vis kan traditionell kiselprocessteknologi användas, vilket möjliggör ett stort antal nanotrådar på varje chip.

Sedan kopplas antikroppar och andra proteinbindare till trådarna. När biomolekyler binds till dem förändras deras elektriska ledningsförmåga.

– Vi får en elektrisk signal som out-put. Signalen visar att vi har fångat in rätt molekyl! Vi insåg att vi behövde kunskaper i bioteknik för att kunna utveckla det här vidare, därför började vi samarbeta med Amelie Eriksson Karlström, professor vid avdelningen för proteinteknologi på KTH, förklarar Jan Linnros.

Tidigare var forskningen inne på att hitta cirkulerande tumörceller i blodet. Men det visade sig att det sällan finns tillräckligt höga halter sådana i normala blodprov från cancerpatienter.

Därför är man nu inriktad på exosomer – pyttesmå fragment, som är mellan 40 och 120 nanometer (miljondels millimeter) stora.

Exosomer bildas inne i cellerna och tar sig igenom cellmembranet och kommer ut i kroppsvätskor, även till blodet, där de transporteras vidare.

Det intressanta med exosomerna är att de bär på information från cellerna som de kommer ifrån. De kan därför signalera att de kommer från en cancercell.
När det gäller icke-småcellig lungcancer bär exosomerna på ett 20-tal ytproteiner som är markörer för cancer.

Exosomerna finns också i betydligt större mängd än cancercellerna i blodet och är därför lättare att mäta.
– Exosomerna har varit kända sedan 1980-talet, men just nu har de genererat en boom runt om i världen när man insett vilken betydelse de kan ha för att diagnostisera cancer, berättar Jan Linnros.

Exosomerna centrifugeras fram ur blodprovet från patienterna på Karolinska Institutet. Därefter låter man dem strömma i mikrokanaler på kiselchipet, där ytproteiner sedan gör att de fastnar i antikroppar som satts fast på ytan.

De infångade exosomerna känns då av elektriskt av nanotrådarna. Efter 15 till 30 minuter är analysen klar.
– Hittills har vi endast läst av enskilda ytproteiner elektroniskt, men vi jobbar med att parallellt kunna avläsa de 20 ytproteiner som behövs, säger Jan Linnros.

I framtiden kan det alltså innebära att en patient lämnar ett enkelt blodprov som först renas från blodkroppar och sedan injiceras i kanalerna på kiselchipet.
Inom 30 minuter går det att få svar på om hen har en viss sorts cancer, alternativt hur behandlingen går.

– Men dit är det en lång väg att gå. Det rör sig om minst ytterligare fem års forskning. Nanochiptekniken är ny, och metoden med exosomer som mått på cancertillväxt är inte säkerställd kliniskt. Därför är det här ett högriskprojekt!

Om det fungerar öppnar sig förstås oändliga möjligheter. I framtiden kan kanske chipet i vår smartphone hjälpa oss att ta reda på vad som händer i vår kropp.

För projektdeltagare Rolf Lewensohn, professor i onkologi på Karolinska Institutet, handlar det mer om att kunna övervaka behandlingen av cancerpatienter.

I dag används målsökande läkemedel mot muterade målmolekyler, EGFR och EML4-ALK, vid behandlingen av lungcancer som bär den sortens mutationer. Tyvärr utvecklar ibland tumörer resistens mot dessa läkemedel.

– Ungefär 15 procent av fallen bär mutationer, och vi följer effekten av terapin fram tills resistens utvecklas i tumören. Då behövs en ny analys för att vi ska kunna bedöma om en ny mutation uppstått som motiverar en ny alternativ behandling.

– I dag är det komplicerat att göra upprepade mutationsanalyser i vävnad. Vi går ner med ett bronkoskop i lungorna och tar vävnadsprov från den primära tumören, alternativt tar vi prov från dottertumörer som sedan analyseras.

– För patienterna skulle det vara mycket bekvämare med ett blodprov och det skulle vara lättare för oss, menar han.

Kiselchiptekniken är billig vid masstillverkning och därför skulle det vara möjligt att ta repetitiva prover i olika skeden av sjukdomen. Lungcancer kan bli en sjukdom som hålls i schack med individuell medicinering, även om man inte blir helt botad.

– Professor Rolf Lewensohn framhåller även de diagnostiska möjligheterna att kunna upptäcka tumörer tidigt med den här nanochip-tekniken.

Genom att även rena fram RNA (ribonukleinsyra) från exosomerna får vi en större bredd och kan analysera gener som reglerar till exempel cellytproteiner och har betydelse inom immunterapin, menar han.

Med i projektet finns även Afshin Ahmadian, professor på avdelningen för genteknologi vid KTH, som arbetar på SciLifeLab (Science for Life Laboratory). Andra forskare är Kristina Viktorsson vid institutionen för Onkologi på KI, samt Björn Samel från Acreo Swedish ICT.

– Styrkan i det här projektet är att vi har så vitt skilda kompetenser. Det är jättespännande att arbeta tvärvetenskapligt, avslutar Jan Linnros.

FAKTA
Forskningens finansiering
Familjen Erling Perssons Stiftelse har beviljat projektet 29,8 miljoner kronor under tre år.
Tidigare har man fått stöd av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse mellan åren 2012 och 2016.
 

Text Ann-Katrin Öhman

Foto Susanne Kronholm

KTH Magazine 27 SEPTEMBER, 2017