Effektivere Krebsbehandlung mit einer iontronischen Pumpe

Wenn mithilfe der sogenannten iontronischen Technologie kontinuierlich niedrige Dosen von Krebsmedikamenten in die Nähe von bösartigen Hirntumoren verabreicht werden, wird das Wachstum von Krebszellen deutlich reduziert. Forscher der Universität Linköping und der Medizinischen Universität Graz haben dies in Experimenten an Vogelembryonen nachgewiesen. Die Ergebnisse sind ein Schritt in Richtung neuer Arten wirksamer Behandlungen gegen schwere Krebsarten.

Neuronen – illustratives Foto. Bildnachweis: Pixabay (Kostenlose Pixabay-Lizenz)

Bösartige Hirntumoren treten trotz Operation und Nachbehandlung mit Chemo- und Strahlentherapie häufig erneut auf. Tatsächlich können sich Krebszellen tief im Gewebe „verstecken“ und dann nachwachsen. Die wirksamsten Medikamente können die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden – ein dichtes Netzwerk, das die Blutgefäße des Gehirns umgibt und verhindert, dass viele Substanzen im Blut eindringen. Daher stehen nur sehr wenige Möglichkeiten zur Behandlung aggressiver Hirntumoren zur Verfügung.

Im Jahr 2021 demonstrierte eine Forschungsgruppe der Universität Linköping und der Medizinischen Universität Graz, wie eine iontronische Pumpe zur lokalen Abgabe von Medikamenten und zur Hemmung des Zellwachstums einer besonders bösartigen und aggressiven Form von Hirntumor eingesetzt werden könnte: dem Glioblastom. Damals wurden Experimente an Tumorzellen in einer Petrischale durchgeführt.

Bewährtes Konzept

Heute hat dieselbe Forschungsgruppe einen weiteren Schritt unternommen, um diese Technologie in der klinischen Behandlung von Krebs einzusetzen. Indem man Glioblastomzellen aus unentwickelten Vogelembryonen wachsen lässt, können neue Behandlungsmethoden an lebenden Tumoren getestet werden. Forscher zeigten, dass das Wachstum von Krebszellen abnahm, wenn niedrige Dosen des wirksamen Arzneimittels (Gemcitabin) kontinuierlich mithilfe einer iontronischen Pumpe direkt neben dem Hirntumor verabreicht wurden.

„Wir haben bereits gezeigt, dass das Konzept funktioniert. Wir verwenden jetzt ein Modell mit einem lebenden Tumor und können sehen, dass die Pumpe das Medikament sehr effizient abgibt. Obwohl es sich also um ein vereinfachtes menschliches Modell handelt, können wir mit größerer Sicherheit sagen, dass es funktioniert“, sagt Daniel Simon, Professor für organische Elektronik an der Universität Linköping.

Das Konzept einer zukünftigen Behandlung des Glioblastoms sieht die chirurgische Implantation eines iontronischen Geräts direkt in das Gehirn nahe dem Tumor vor. Dieser Ansatz ermöglicht die Verwendung niedriger Dosen wirksamer Medikamente unter Umgehung der Blut-Hirn-Schranke. Eine genaue Dosierung, sowohl in Bezug auf den Ort als auch auf den Zeitpunkt, ist für eine wirksame Behandlung von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus können mit dieser Methode Nebenwirkungen minimiert werden, da die Chemotherapie nicht im ganzen Körper zirkulieren muss.

Behandlung verschiedener Krebsarten

Über Hirntumoren hinaus hoffen Forscher, dass die Iontronik bei vielen Arten schwer zu behandelnder Krebsarten eingesetzt werden kann.

„Es wird zu einer sehr hartnäckigen Behandlung, vor der sich der Tumor nicht verstecken kann. Selbst wenn der Tumor und das umliegende Gewebe versuchen, das Medikament zu eliminieren, können die Materialien und Kontrollsysteme, die wir in der Iontronik verwenden, kontinuierlich eine lokal hohe Konzentration des Medikaments an die an den Tumor angrenzenden Gewebe abgeben“, erklärt Theresia Arbring Sjöström, Forscherin am Forschungslabor . Organische Elektronik an der Universität Linköping.

Die Forscher verglichen die kontinuierliche Medikamentenverabreichung per Pumpe mit der einmal täglichen Gabe, die eher der Art und Weise ähnelt, wie Patienten heute eine Chemotherapie erhalten. Sie beobachteten, dass das Tumorwachstum bei der Ionenbehandlung abnahm, nicht jedoch bei der täglichen Dosis, obwohl letztere doppelt so stark war.

Weitere Forschung erforderlich

Diese Experimente wurden an Vogelembryonen in einem frühen Entwicklungsstadium durchgeführt. Laut Linda Waldherr, Forscherin an der Medizinischen Universität Graz und Gastforscherin am LiU, bietet dieses Modell eine gute Brücke zu größeren Tierversuchen:

„In Vogelembryonen funktionieren bestimmte biologische Systeme auf ähnliche Weise wie lebende Tiere, beispielsweise die Bildung von Blutgefäßen. Allerdings müssen wir dort noch keine Geräte chirurgisch implantieren. Das zeigt, dass das Konzept funktioniert, auch wenn noch viele Herausforderungen zu bewältigen sind“, sagt sie.

Forscher schätzen, dass Versuche am Menschen innerhalb von fünf bis zehn Jahren machbar sein könnten. Die nächsten Schritte bestehen darin, weitere Materialien zu entwickeln, die die chirurgische Implantation iontronischer Pumpen ermöglichen. Zukünftige Experimente werden auch an Ratten und größeren Tieren durchgeführt, um diese Behandlungsmethode weiter zu evaluieren.

Die Studie wurde hauptsächlich vom Österreichischen Wissenschaftsfonds, dem Horizon-Programm der Europäischen Union, finanziert. Europa-Programm, der Schwedischen Stiftung für strategische Forschung, der Knut und Alice Wallenberg-Stiftung und dem Europäischen Forschungsrat. Theresia Arbring Sjöström, Tobias Abrahamsson, Magnus Berggren und Daniel Simon sind Anteilseigner des Unternehmens OBOE IPR AB, das die Patente im Zusammenhang mit der iontronischen Technologie hält.

Artikel: Kontinuierliche iontronische Chemotherapie reduziert Hirntumorwachstum in Vogelembryonalmodellen in VivoVerena Handl, Linda Waldherr, Theresia Arbring Sjöström, Tobias Abrahamsson, Maria Seitanidou, Sabine Erschen, Astrid Gorischek, Helena Worcester, Tamara Tomin, Sophie Elisabeth Honeder, Joachim Distl, Waltraud Huber, Martin Asslaber, Ruth Birner-Grünberger, Ute Schäfer, Magnus Berggren, Rainer Schindl, Silke Patz, Daniel T. Simon, Nassim Ghaffari-Tabrizi-Wizsy; Tagebuch zur kontrollierten Freisetzung; Online veröffentlicht am 11. April 2024. DOI: 10.1016/j.jconrel.2024.03.044

Geschrieben von Anders Törneholm

Quelle: Universität Linköping