Wenn Krebsmedikamente mithilfe der sogenannten Iontronik-Technologie kontinuierlich in geringer Dosierung in die Nähe bösartiger Hirntumore verabreicht werden, verringert sich das Krebszellwachstum drastisch. Forscher der Universität Linköping und der Medizinischen Universität Graz haben dies in Experimenten mit Vogelembryonen nachgewiesen. Die Ergebnisse bringen uns einen Schritt näher an neue Arten wirksamer Behandlungen für schwere Krebsformen.
Neuronen – illustratives Foto. Bildnachweis: Pixabay (Kostenlose Pixabay-Lizenz)
Bösartige Hirntumore treten trotz Operation und Nachbehandlung mit Chemo- und Strahlentherapie häufig wieder auf. Dies liegt daran, dass sich Krebszellen tief im Gewebe „verstecken“ und dann erneut wachsen können. Die wirksamsten Medikamente können die sogenannte Blut-Hirn-Schranke nicht passieren – ein dichtes Netzwerk um die Blutgefäße im Gehirn, das verhindert, dass viele Substanzen aus dem Blut ins Gehirn gelangen. Daher stehen nur sehr wenige Behandlungsmöglichkeiten für aggressive Hirntumore zur Verfügung.
Im Jahr 2021 demonstrierte eine Forschungsgruppe der Universität Linköping und der Medizinischen Universität Graz, wie sich mit einer iontronischen Pumpe Medikamente lokal verabreichen und das Zellwachstum bei einer besonders bösartigen und aggressiven Form von Hirntumor – dem Glioblastom – hemmen lassen. Damals wurden Experimente an Tumorzellen in einer Petrischale durchgeführt.
Bewährtes Konzept
Nun hat dieselbe Forschergruppe den nächsten Schritt getan, um diese Technologie in der klinischen Krebsbehandlung einzusetzen. Indem sie Glioblastomzellen mithilfe unentwickelter Vogelembryonen wachsen lässt, können neue Behandlungsmethoden an lebenden Tumoren getestet werden. Die Forscher zeigten, dass das Wachstum der Krebszellen abnahm, wenn sie mithilfe einer iontronischen Pumpe direkt neben dem Gehirntumor kontinuierlich niedrige Dosen starker Medikamente (Gemcitabin) verabreichten.
„Wir haben bereits gezeigt, dass das Konzept funktioniert. Jetzt verwenden wir ein Modell mit einem lebenden Tumor und können sehen, dass die Pumpe das Medikament sehr effektiv verabreicht. Obwohl es sich also um ein vereinfachtes Modell eines Menschen 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 von Glioblastomen besteht darin, ein iontronisches Gerät chirurgisch direkt in das Gehirn, in der Nähe des Tumors, zu implantieren. Dieser Ansatz ermöglicht die Verwendung niedriger Dosen wirksamer Medikamente unter Umgehung der Blut-Hirn-Schranke. Eine präzise Dosierung, sowohl in Bezug auf Ort als auch Zeitpunkt, ist für eine wirksame Behandlung entscheidend. Darüber hinaus kann diese Methode Nebenwirkungen minimieren, da die Chemotherapie nicht durch den gesamten Körper zirkulieren muss.
Behandlung verschiedener Krebsformen
Über Hirntumore hinaus hoffen die Forscher, dass die Iontronik auch bei vielen anderen schwer behandelbaren Krebsarten eingesetzt werden kann.
„Es handelt sich um eine sehr hartnäckige Behandlung, vor der sich der Tumor nicht verstecken kann. Auch wenn der Tumor und das umliegende Gewebe versuchen, das Medikament zu entfernen, können die Materialien und Kontrollsysteme, die wir bei Iontronics verwenden, kontinuierlich eine lokal hohe Medikamentenkonzentration an das dem Tumor benachbarte Gewebe abgeben“, erklärt Theresia Arbring Sjöström, Forscherin am Labor für organische Elektronik der Universität Linköping.
Die Forscher verglichen die kontinuierliche Medikamentenabgabe der Pumpe mit einer einmal täglichen Verabreichung, die der heutigen Chemotherapie am nächsten kommt. Sie stellten fest, dass das Tumorwachstum mit der Ionenbehandlung abnahm, nicht jedoch mit der täglichen Verabreichung, obwohl letztere doppelt so stark war.
Weitere Forschung erforderlich
Diese Experimente wurden mit Vogelembryonen in einem frühen Entwicklungsstadium durchgeführt. Laut Linda Waldherr, Forscherin an der Medizinischen Universität Graz und Gastforscherin an der LiU, dient dieses Modell als gute Brücke zu größeren Tierversuchen:
„Bei Vogelembryonen funktionieren bestimmte biologische Systeme ähnlich wie bei lebenden Tieren, beispielsweise die Bildung von Blutgefäßen. Allerdings müssen wir ihnen noch keine Geräte chirurgisch implantieren. Dies zeigt, dass das Konzept funktioniert, obwohl es noch viele Herausforderungen zu bewältigen gibt“, sagt sie.
Die Forscher gehen davon aus, dass Versuche am Menschen innerhalb der nächsten fünf bis zehn Jahre möglich sein könnten. In den nächsten Schritten werden Materialien weiterentwickelt, die eine chirurgische Implantation iontronischer Pumpen ermöglichen. Anschließend werden auch Versuche an Ratten und größeren Tieren durchgeführt, um diese Behandlungsmethode weiter zu evaluieren.
Die Studie wurde hauptsächlich vom österreichischen Wissenschaftsfonds, dem Horizon Europe-Programm der Europäischen Union, der schwedischen Stiftung für strategische Forschung, der Knut-und-Alice-Wallenberg-Stiftung und dem Europäischen Forschungsrat finanziert. Theresia Arbring Sjöström, Tobias Abrahamsson, Magnus Berggren und Daniel Simon sind Anteilseigner des Unternehmens OBOE IPR AB, das die Patente für die Iontronik-Technologie besitzt.
Artikel: Kontinuierliche iontronische Chemotherapie reduziert das Wachstum von Hirntumoren in embryonalen Vogel-In-vivo-Modellen, Verena Handl, Linda Waldherr, Theresia Arbring Sjöström, Tobias Abrahamsson, Maria Seitanidou, Sabine Erschen, Astrid Gorischek, Iwona Bernacka Wojcik, Helena Saarela, 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; Zeitschrift für kontrollierte Freisetzung; online veröffentlicht am 11. April 2024. DOI: 10.1016/j.jconrel.2024.03.044
Geschrieben von Anders Törneholm
Quelle: Universität Linköping
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