Bestimmung tumorrelevanter Parameter mit Bio-Impedanzspektroskopie

Die Behandlung solider bösartiger Tumoren, also die der Karzinome, ist immer noch unbefriedigend. Der größte Rückgang der Krebssterblichkeit im letzten Jahr (2019) in den USA ist auf den Rückgang an Lungenkrebs zurückzuführen. Um die Reaktion von Karzinomen unter einer Chemotherapie besser monitoren zu können, soll ein elektrisches Verfahren, die Bio-Impedanzspektroskopie, benutzt werden, um die Stoffwechselreaktion eines Tumors auf Chemotherapiegabe mit Hilfe von kleinen Wechselspannungen zu messen. Durch diesen Ansatz hoffen wir, die Chemotherapie zielgenauer dosieren zu können, um so bessere Therapierfolge zu erzielen.

In diesem Projekt sollen mit Hilfe der Impedanzspektroskopie systematisch die Eigenschaften von Zellen verschiedener Organe untersucht und von denjenigen der Tumorzellen abgegrenzt werden. Dabei werden im Gegensatz zu den bisher üblichen Zwei-Elektroden-Messungen vier Elektroden bei der Charakterisierung eingesetzt, um parasitäre Effekte zu vermeiden. Die Impedanzspektroskopie lässt sich dann auch in dem Bereich niedriger Frequenzen unterhalb von 1 kHz verwenden, wobei zu klären ist, wieweit diese Erweiterung des Frequenzbereiches Informationen liefert, die eine tiefergehende Charakterisierung der Tumorzellen  ermöglichen. Diese Untersuchungen sollen nicht nur mit Zellkulturen durchgeführt werden, sondern auch in einer dreidimensionalen Anordnung des Tumors, um Ergebnisse zu erhalten, die eine möglichst hohe Aussagekraft zur Vorbereitung einer klinischen Anwendung haben.

Während des Projektes sind bisher umfangreiche Messungen an Tumorzellen von Kulturen und von Explantaten durchgeführt worden. Es konnte gezeigt werden, dass es insbesondere im Bereich tiefer Frequenzen zu signifikanten Unterschieden in den Frequenzverläufen zwischen verschiedenen Tumorzelllinien kommt. So ist nicht nur die Höhe des Betrages der Impedanz, sondern auch die Frequenz für den Übergang von einem frequenzunabhängigen zu einem frequenzabhängigen Impedanzverlauf zellspezifisch.

Diese Untersuchungen werden gegenwärtig mit weiteren Zelllinien fortgesetzt. Weiterhin sollen spezielle Kammern optimiert und miniaturisiert werden, mit denen die Impedanz von Zellen in Suspension im niedrigen Frequenzbereich mittels Vier-Elektroden-Terminal-Setup gemessen werden kann. Um das Messsystem an die in vivo Situation eines soliden Tumors anzupassen, sollen Elektroden entwickelt und getestet werden, die eine Bio-Impedanzmessung von adhärenten Tumorzellen ermöglichen.