Laseraktivierte Nanopartikel-Tumor-Therapie

Da Nanopartikel mühelos in lebende Zellen eindringen können, erforschen Wissenschaftler intensiv auch ihre gesundheitlichen Gefahren. Die gleiche Eigenschaft macht spezielle Nanopartikel zum vielversprechenden Kandidaten für Krebstherapien, da sie ebenfalls in Tumorzellen wandern. Nach zahlreichen Ansätzen etwa mit Eisenoxidpartikeln oder biologischen Makromolekülen fanden kalifornische Forscher nun ein Polymer, dass sowohl die Diagnose als auch die Behandlung von Krebstumoren unterstützen könnte.

„Das ist das erste Nanoteilchen, dass so viele verschiedene Aufgaben übernehmen kann“, sagt Yuanpei Li von der University of California Davis in Sacramento. Mit ihren Kollegen synthetisierte sie zuerst ein nur 21 Nanometer kleines Nanoprophyrin in einer flüssigen Lösung. Dabei verknüpften sich in einem Selbstorganisationsprozess Molekülketten aus Polyethylenglykol mit verzweigten Porphyrin-Molekülen. Unter der Zugabe von Cholsäure, die normalerweise in der Leber produziert wird, bildeten sich aus diesen Molekülen die gewünschten sphärischen Nanopartikel. Um die Stabilität der Nanoteilchen im Blutkreislauf eines Körpers zu erhöhen, ergänzten die Forscher die Aminosäure Cystein.

Diese nun 32 Nanometer kleine Trägerteilchen haben die ideale Größe, um in Tumorzellen einzudringen. Um Nanoporphyrin als Kontrastmittel bei der Krebsdiagnose verwenden zu können, lagerte das Team um Yuanpei Li Verbindungen mit Gadolinium und mit dem radioaktiven Kupferisotop Cu-64 in das Nanoteilchen ein. Sowohl in Laborversuchen mit Krebszell-Kulturen als auch im Tierversuch mit krebskranken Mäusen konzentrierten sich die Nanopartikel in den Tumoren. So erhielten die Forscher gut aufgelöste Kernspin- und PET-Aufnahmen (Positronen-Emissions-Tomografie) von den Tumoren. Alternativ lassen sich auch Fluoreszensmarker in die Nanoteilchen integrieren, um Chirurgen bei einer Operation die Umrisse eines Tumors genauer anzeigen zu können.

Um Nanoporphyrin zusätzlich als Grundlage für eine Krebstherapie zu prüfen, reicherten Li und Kollegen die Nanopartikel mit dem Wirkstoff Doxorubicin an. Dieser zelltötende Wirkstoff wurde im Laborversuch allerdings erst freigesetzt, wenn Laserlicht auf die Nanoteilchen fiel. Dadurch lassen sich prinzipiell gesunde Bereiche des Körpers vor dem Wirkstoff schützen und Nebenwirkungen verringern. Ebenfalls mit Laserlicht im sichtbaren und infraroten Spektrum angeregt, heizten sich die Nanoporphyrin-Partikel auf etwa 60 Grad auf und setzten zusätzlich nach einer photochemischen Reaktion hochreaktive Sauerstoffradikale frei. Beide Prozesse eignen sich dazu, Tumorzellen effizient abzutöten. Erste Mausversuche belegten, dass sich über diese verschiedenen Therapievarianten das Tumorwachstum stoppen ließ.

Da Nanoporphyrin ohne Aktivierung mit Laserlicht untoxisch ist, könnte es die Grundlage für eine umfassende Krebstherapie legen. Mit weiteren Versuchen könnte die selektive Ballung von Nanoporphyrin in Tumorgewebe verbessert werden. Zudem gilt es noch zu klären, für welche Tumorarten eine solche Nanotherapie am ehesten geeignet ist. So ist der Weg bis zu ersten klinischen Versuchen am Menschen noch sehr weit. Doch sehr wahrscheinlich werden nun andere Forschergruppen die viel versprechenden Eigenschaften von Nanoporphyrin als Kontrastmittel und Trägermaterial für selektive und schonende Krebstherapien untersuchen.

Deutlich weiter sind Nanotherapien gegen Krebs auf der Basis von magnetischem Eisenoxid. Von dem Berliner Unternehmen MagForce zur Anwendungsreife gebracht, können sich wasserlösliche Eisenoxid-Partikel im Tumorgewebe anreichern. In einem magnetischen Wechselfeld heizen sich die Teilchen auf und zerstören über die Hitze die umgebenden Krebszellen. Umliegendes Gewebe wird verschont. Diese Nano-Therapie wird in klinischen Studien an Patienten mit bisher als unheilbar geltenden Hirntumoren, sogenannten Glioblastomen, und bei Prostatekrebs erprobt.

Jan Oliver Löfken

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