Neue Bluttests versprechen frühere Krebsdiagnosen – noch bevor Tumoren entstehen

Wissenschaftler entwickeln Bluttests, die Krebs lange vor dem Auftreten von Symptomen erkennen können – ein Wandel weg von der Behandlung von Tumoren hin zum Abfangen der Erkrankung Jahrzehnte bevor sie entsteht. Der Ansatz zielt auf biologische Prozesse und molekulare Warnsignale ab, die Jahre bevor Krebs offensichtlich wird, auftreten.

Wissenschaftler haben einen leistungsstarken lichtbasierten Sensor entwickelt, der extrem geringe Mengen an Krebs-Biomarkern im Blut nachweisen kann. Die Innovation könnte es Ärzten künftig ermöglichen, über eine Routine-Blutabnahme frühe Warnzeichen von Krebs und anderen Erkrankungen zu erkennen. Der Sensor kombiniert aus DNA hergestellte Nanostrukturen mit Quantenpunkten und der CRISPR-Geneditierungstechnologie, um schwache Biomarker-Signale mithilfe eines lichtbasierten Verfahrens namens second harmonic generation (SHG) zu detektieren, so der Leiter des Forschungsteams Han Zhang von der Shenzhen University in China.

In Optica, der Fachzeitschrift der Optica Publishing Group für hochkarätige Forschung, berichtete das Team, dass das Gerät Lungenkrebs-Biomarker in Patientenproben im subattomolaren Bereich nachwies. Selbst wenn nur wenige Moleküle vorhanden waren, erzeugte das System ein klares und messbares Signal. Da die Plattform programmierbar ist, könnte sie potenziell angepasst werden, um Viren, Bakterien, Umwelttoxine oder Biomarker zu identifizieren, die mit Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit in Verbindung stehen.

Die Methode verspricht, einfache Blut-Screenings auf Lungenkrebs zu ermöglichen, noch bevor ein Tumor in einer CT-Aufnahme sichtbar wäre. Sie könnte außerdem personalisierte Behandlungsoptionen voranbringen, indem Ärzte die Biomarker-Spiegel eines Patienten täglich oder wöchentlich überwachen können, um die Wirksamkeit eines Medikaments zu beurteilen – statt Monate auf bildgebende Ergebnisse zu warten.

Die meisten derzeitigen Biomarker-Tests benötigen eine chemische Amplifikation, um winzige molekulare Signale zu verstärken, was Zeit, Komplexität und Kosten erhöht. Die Forschenden wollten eine Strategie für den Direktnachweis entwickeln, die diese zusätzlichen Schritte eliminiert. Das System stützt sich auf SHG, ein nichtlineares optisches Phänomen, bei dem einfallendes Licht in Licht mit halber Wellenlänge umgewandelt wird. In diesem Design findet SHG auf der Oberfläche eines zweidimensionalen Halbleiters namens Molybdändisulfid (MoS₂) statt.

Um die Sensorkomponenten präzise zu positionieren, baute das Team DNA-Tetraeder – kleine, pyramidenförmige Nanostrukturen, die vollständig aus DNA gebildet werden. Diese Strukturen halten Quantenpunkte in sorgfältig kontrollierten Abständen zur MoS₂-Oberfläche. Die Quantenpunkte verstärken das lokale optische Feld und erhöhen das SHG-Signal. Anschließend wurde die CRISPR-Cas-Geneditierungstechnologie integriert, um spezifische Biomarker zu erkennen. Wenn das Cas12a-Protein sein Ziel detektiert, schneidet es die DNA-Stränge, die die Quantenpunkte verankern. Dadurch wird ein messbarer Abfall des SHG-Signals ausgelöst. Da SHG nur sehr wenig Hintergrundrauschen erzeugt, kann das System extrem niedrige Biomarker-Konzentrationen mit hoher Sensitivität nachweisen.

Zur Bewertung der Leistungsfähigkeit unter realen Bedingungen konzentrierten sich die Forschenden auf miR-21, einen microRNA-Biomarker, der mit Lungenkrebs assoziiert ist. Nachdem bestätigt worden war, dass das Gerät miR-21 in einer kontrollierten Pufferlösung nachweisen kann, testeten sie es mit Humanserum von Lungenkrebspatienten, um einen tatsächlichen Bluttest zu simulieren. Der Sensor funktionierte außergewöhnlich gut und zeigte, dass die Integration von Optik, Nanomaterialien und Biologie eine wirksame Strategie zur Optimierung eines Geräts sein kann. Der Sensor war außerdem hochspezifisch: Er ignorierte andere ähnliche RNA-Stränge und detektierte ausschließlich das Lungenkrebs-Ziel.

Wissenschaftler entwickeln außerdem multi-cancer early detection tests (MCEDs), die nach winzigen DNA-Fragmenten im Blut suchen. MCEDs funktionieren, indem sie nach circulating tumour DNA bzw. ctDNA suchen – DNA-Fragmenten, die krebsartige oder präkanzeröse Zellen in den Blutkreislauf abgeben. Selbst sehr frühe Krebserkrankungen geben diese DNA ab, sodass die Tests die Krankheit möglicherweise lange erkennen, bevor sie in einem Scan sichtbar wird.

MCEDs können durch Früherkennung die Überlebensraten steigern, insbesondere bei Darmkrebs (kolorektalem Karzinom). Wenn Ärzte Darmkrebs im Stadium 1 diagnostizieren, überleben 92% der Patienten fünf Jahre. Wird er jedoch erst im Stadium 4 entdeckt, überleben nur 18% so lange. Die Tests sind allerdings nicht perfekt. Einige Krebserkrankungen werden vollständig übersehen, und positive Ergebnisse benötigen weiterhin Folgeuntersuchungen zur Bestätigung. Dennoch deutet Forschung darauf hin, dass MCEDs entscheidend werden könnten, um Krebserkrankungen zu erkennen, die ansonsten meist erst viel später auffallen.

Forscher suchen nach subtilen frühen Warnzeichen, die lange vor dem offensichtlichen Auftreten von Krebs auftreten. Dazu zählen genetische Mutationen, die sich unbemerkt in Zellen ansammeln und ihnen Vorteile gegenüber der Immunabwehr verschaffen. Außerdem betrachten sie präkanzeröse Läsionen wie Muttermale oder Polypen sowie frühe sichtbare Veränderungen im Gewebe.

Große genetische Studien zeigen, dass der Körper mit zunehmendem Alter kleine Gruppen mutierter Zellen – sogenannte Klone – ansammelt, die still wachsen. Besonders gut wurde dies im Blut untersucht. Diese Klone können helfen vorherzusagen, wer möglicherweise Blutkrebserkrankungen wie Leukämie entwickelt, und Genetik, Entzündung sowie Umweltfaktoren beeinflussen sie stark. Entscheidend ist, dass Ärzte diese Veränderungen messen und über die Zeit verfolgen können. Das eröffnet Möglichkeiten für frühe Interventionen.

Eine 16-jährige Studie begleitete rund 7.000 Frauen und zeigte, wie diese Mutationen wirken. Einige Mutationen halfen Klonen, sich schneller zu vermehren, während andere sie besonders empfindlich gegenüber Entzündungen machten. Bei Entzündung dehnten sich diese empfindlichen Klone aus. Das Aufschlüsseln dieser Muster hilft Forschern, Menschen mit einem höheren Risiko zu identifizieren, später Krebs zu entwickeln.

Die Forschung zeigt etwas Grundlegendes über Krebs. Er ist kein plötzliches Ereignis, das unmittelbar einen Tumor hervorbringt. Stattdessen entwickelt sich Krebs über einen langsamen, mehrstufigen Prozess mit erkennbaren Warnsignalen entlang des Weges. Diese frühen Anzeichen könnten zu starken Ansatzpunkten werden, um Krebs zu stoppen, bevor er beginnt.

Krebsforscher stellen sich vor, genetische Mutationen, Umweltfaktoren und MCED-Ergebnisse zu kombinieren, um eine frühe Krebsprävention zu steuern. Doch Krebs unterscheidet sich in wichtigen Punkten von Herzkrankheiten. Krebs folgt keinem vorhersehbaren Verlauf, und einige frühe Läsionen schrumpfen oder schreiten nie fort. Zudem besteht das Risiko einer Überdiagnose. Zu erfahren, dass man ein höheres Risiko hat, obwohl man sich völlig gesund fühlt, erzeugt Angst.

MCED-Tests bringen eigene ethische Fragen mit sich. Genauigkeit ist nicht das einzige, was zählt. Die Tests schlagen manchmal Krebs an, obwohl keiner vorhanden ist, was zu Folge-Scans und Biopsien führt, die Patienten eigentlich nicht brauchen. Die Angst, die daraus entsteht, ist sowohl für Patienten als auch für das Gesundheitssystem kostspielig. Wenn diese Tests teuer sind oder nur privat verfügbar, könnten sie gesundheitliche Ungleichheiten verschärfen. Besonders stark trifft diese Sorge Länder mit niedrigem Einkommen.

In den USA untersucht die Arzneimittelbehörde, wie MCED-Bluttests funktionieren sollten. Sie prüft, wie zuverlässig die Tests sein müssen und welche Folgeuntersuchungen Ärzte verlangen sollten, um Patienten zu schützen. Großbritannien zieht nach. Der National Cancer Plan for England, veröffentlicht am 4. Februar 2026, verpflichtet sich dazu, über den NHS 9,5 Millionen zusätzliche diagnostische Tests bereitzustellen.

Das nächste Ziel für den CRISPR-Sensor ist es, das optische System zu verkleinern. Die Forschenden wollen eine tragbare Version entwickeln, die am Krankenbett, in ambulanten Kliniken oder in abgelegenen Regionen mit begrenzten medizinischen Ressourcen eingesetzt werden könnte.