24.11.2021 - Singapore University of Technology and Design

Forscher stellen ultra-empfindlichen Krebsdetektor aus 2D-Materialien her

Neue Möglichkeiten im Bereich der Biosensorik

Zellen können einzigartige elektrische Signale erzeugen. Diese Signale können mit verschiedenen Krebsarten wie Brust-, Lungen-, Leber-, Gehirn-, Bauchspeicheldrüsen- und Prostatakrebs in Verbindung gebracht werden, was bedeutet, dass sie als Indikatoren für die Krebsfrüherkennung verwendet werden können. Die Nutzung elektrischer Signale als Indikatoren und Ziele für Krebstherapien könnte somit die Ergebnisse für Krebspatienten verbessern. Ein Team von Forschern der SUTD und des A*STAR Bioinformatics Institute entwickelte einen Sensor zur Erkennung von Brustkrebszellen, da in diesen Zellen starke elektrische Signale zu finden sind.

Brustkrebs ist weltweit eine der häufigsten Todesursachen. Das Risiko, an Brustkrebs zu erkranken, kann durch gesunde Ernährung, körperliche Betätigung und Nichtrauchen verringert werden. Es ist von entscheidender Bedeutung, Risikopersonen so früh wie möglich zu identifizieren, um die entsprechenden Therapien und medizinischen Behandlungen durchführen zu können. Die Erkennung von Signalen aus Brustkrebszellen hat daher die Aufmerksamkeit der biomedizinischen Gemeinschaft auf sich gezogen und zur Erforschung und Entwicklung einer breiten Palette von Sensormethoden wie elektronischen Biosensoren geführt. Bei den derzeitigen herkömmlichen Biosensormethoden ist unter Umständen eine große Anzahl von Krebszellen erforderlich, um eine erfolgreiche Erkennung zu ermöglichen. Daher wird für die Frühdiagnose von Brustkrebs ein Verfahren benötigt, das eine geringe Anzahl von Krebszellen erfasst.

Das Forscherteam aus Singapur entwickelte einen kombinierten Sensor aus elektrischem Strom und 2D-Material für den Nachweis von Brustkrebszellen. Dieser hochempfindliche Sensor war in der Lage, elektrische Signale von einer rekordverdächtig geringen Anzahl von Krebszellen zu erkennen.

Dies ist das erste Mal, dass 2D-Materialien zur Erkennung elektrischer Signale von Brustkrebszellen verwendet wurden. Zweidimensionale Materialien gehören zu einer Klasse von Nanomaterialien, die aus wenigen Schichten von Atomen bestehen. Aufgrund ihrer einzigartigen elektronischen Eigenschaften haben sie in verschiedenen Bereichen viel Aufsehen erregt.

Der leitende Forscher, SUTD-Assistenzprofessor Dr. Desmond Loke, sagte: "2D-Materialien sind in letzter Zeit Gegenstand aktiver Forschung gewesen und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter auch in der Biosensorik. In dieser Arbeit haben wir die Molybdändisulfid (MoS2)-Nanoblätter mit elektrischem Strom kombiniert, was zu neuen Möglichkeiten im Bereich der Biosensorik führt."

Basierend auf den Ergebnissen von Computersimulationen fanden die Forscher heraus, dass die Störung der Krebszellmembran - die durch das eingebettete 2D-Material verursacht wird - und der Endwinkel der 2D-Materialschicht zur Erhöhung des Widerstands beitragen. Da der Strom entlang der 2D-Materialbahn fließt, unterbricht die Neigung der 2D-Materialbahn den Stromfluss entlang der Zellmembran. Darüber hinaus könnten die extrahierten Zellmembrankomponenten den Widerstand zwischen dem Nanoblech und der Zellmembran erhöht haben, was als Isolator wirkt und den Stromfluss behindert.

"Wir haben festgestellt, dass der Sensor elektrische Signale mit etwa 70% weniger Krebszellen erkennen kann als herkömmliche elektronische Sensoren". Loke kommentierte.

"Unsere Studie bietet einen Weg zur Entwicklung neuer Sensoren für den Nachweis von Brustkrebszellen. Außerdem könnte diese empfindliche Nachweismethode die Überlebenschancen von Brustkrebspatientinnen erhöhen", fügte Dr. Loke hinzu.

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