Forscher der NYU Abu Dhabi haben lichtaktivierte Nanopartikel entwickelt, die Tumore aufspüren und zerstören können, ohne gesundes Gewebe zu schädigen. Dieser Ansatz könnte den Weg für eine präzisere und schonendere Krebsbehandlung ebnen.
Ein Team von Wissenschaftlern der NYU Abu Dhabi hat eine lichtaktivierte Nanotechnologie entwickelt, die eines Tages die Krebsbehandlung präziser und schonender als Chemotherapie, Bestrahlung oder Operationen machen könnte.
Die Studium, veröffentlicht in der Zeitschrift Zellberichte Physikalische WissenschaftDas Unternehmen entwickelt eine Technik namens photothermische Therapie weiter, die Licht nutzt, um Wärme im Inneren von Tumoren zu erzeugen und Krebszellen von innen abzutöten. Anstatt den gesamten Körper mit toxischen Medikamenten zu überfluten oder große Bereiche mit Strahlung zu bestrahlen, zielt die Methode darauf ab, die Behandlung dort zu konzentrieren, wo sie am dringendsten benötigt wird.
Die Forscher entwickelten winzige, biokompatible und biologisch abbaubare Nanopartikel, die einen speziellen Farbstoff tragen, der durch Nahinfrarotlicht aktiviert wird. Wenn die Partikel einen Tumor erreichen und diesem Licht ausgesetzt werden, erhitzen sie sich und schädigen so das Tumorgewebe, während gesunde Zellen weitgehend geschont werden.
Nahinfrarotlicht wurde gewählt, weil es tiefer in den Körper eindringen kann als sichtbares Licht. Das bedeutet, dass es prinzipiell auch Tumore erreichen könnte, die nicht nahe der Hautoberfläche liegen, und somit das Spektrum der mit dieser Technologie behandelbaren Krebsarten erweitern würde.
Eine der größten Herausforderungen der photothermischen Therapie besteht darin, lichtempfindliche Materialien an den richtigen Ort zu bringen und sie im Körper stabil zu halten. Viele der derzeit verfügbaren Wirkstoffe werden schnell abgebaut, aus dem Blutkreislauf entfernt, bevor sie Tumore erreichen, oder dringen nur schwer in Krebszellen ein.
Um diese Hürden zu überwinden, stellte das Team der NYU Abu Dhabi seine Nanopartikel aus Hydroxylapatit her, einem Mineral, das natürlicherweise in Knochen und Zähnen vorkommt. Die Verwendung eines bekannten, körperverträglichen Materials soll dazu beitragen, dass sich die Partikel nach Erfüllung ihrer Aufgabe sicher abbauen.
Die Partikel sind mit Lipiden und Polymeren umhüllt, wodurch sie länger im Blutkreislauf zirkulieren und nicht so schnell vom Immunsystem erkannt und abgebaut werden. Diese verlängerte Zirkulationszeit erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass mehr des therapeutischen Materials die Tumore erreicht.
Das Design nutzt zudem eine bekannte Eigenschaft vieler Tumore: Sie sind tendenziell etwas saurer als gesundes Gewebe. Auf der Oberfläche jedes Nanopartikels befestigten die Forscher ein Peptid, also ein kleines Protein, das in diesem leicht sauren Milieu aktiv wird. Unter diesen Bedingungen hilft das Peptid den Nanopartikeln, effizient in Krebszellen einzudringen und dabei gesunde Zellen weitgehend zu schonen.
In Experimenten stellte das Team fest, dass die Nanopartikel hochstabil sind und ihre Farbstoffladung wirksam vor dem Abbau schützen. Die Partikel reichern sich effizient in Tumoren an, wo sie mit Nahinfrarotlicht aktiviert werden können.
Die aktivierten Nanopartikel erzeugten lokal begrenzte Hitze, die stark genug war, um Tumorgewebe zu zerstören. Gleichzeitig produzierten sie Fluoreszenz- und Wärmesignale, die es ermöglichten, Tumore sichtbar zu machen und die Behandlungseffekte in Echtzeit zu überwachen.
Der Hauptautor Mazin Magzoub, außerordentlicher Professor für Biologie an der NYU Abu Dhabi, merkte an, dass die Technologie darauf ausgelegt sei, mehrere Funktionen in einer Plattform zu vereinen.
„Diese Arbeit vereint gezielte Behandlung und Bildgebung in einem einzigen, biokompatiblen und biologisch abbaubaren System“, sagte er in einer Pressemitteilung.
Durch die Integration von Diagnose und Therapie fungieren die Nanopartikel als ein sogenanntes „theranostisches“ System: ein einziges Instrument, das Krankheiten sowohl erkennen als auch behandeln kann. In der Praxis könnte dies Ärzten helfen, die genaue Lage eines Tumors zu bestimmen, die lichtbasierte Behandlung gezielt durchzuführen und unmittelbar deren Wirksamkeit zu beurteilen.
Die Studie befasst sich auch mit einer zentralen Herausforderung der Krebsmedizin: der gezielten Verabreichung hochwirksamer Substanzen an Tumore bei gleichzeitiger Minimierung von Nebenwirkungen im übrigen Körper. Laut den Forschern ist ihre Strategie, ein knochenähnliches Material, Schutzbeschichtungen und säureaktivierte Peptide einzusetzen, ein Schritt in diese Richtung.
Obwohl sich diese Arbeit noch im experimentellen Stadium befindet, unterstreichen die Ergebnisse das Potenzial der Nanopartikel als integriertes System für die Krebsdiagnostik und -therapie. Sollten zukünftige Studien an Tieren und schließlich an Menschen die ersten Ergebnisse bestätigen, könnte die Technologie zu einer neuen Generation lichtbasierter Krebsbehandlungen beitragen, die sicherer und wirksamer als viele der derzeitigen Optionen sind.
Im weiteren Sinne fügt sich die Forschung in die weltweit wachsenden Bemühungen ein, Nanotechnologie und intelligente Materialien für eine personalisierte Krebsbehandlung zu nutzen. Wissenschaftler erforschen Wege, Behandlungen auf die Biologie jedes einzelnen Tumors abzustimmen, Schäden an gesundem Gewebe zu minimieren und Ärzten bessere Instrumente an die Hand zu geben, um die Vorgänge im Körper während der Therapie zu beobachten.
Die langfristige Hoffnung für die Patienten besteht darin, dass solche Fortschritte zu Behandlungen führen, die nicht nur wirksamer bei der Kontrolle oder Beseitigung von Krebs sind, sondern auch besser verträglich und besser mit dem Alltag vereinbar.
Quelle: NYU Abu Dhabi