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Magnetfeldtherapie
Stents sind dehnbare Edelstahlgerüste, die häufig verwendet werden, um verstopfte Arterien zu öffnen. Das Einsetzen eines Stents kann jedoch die Innenauskleidung einer Arterie beschädigen, und mit einem Stent versehene Arterien können sich nach mehreren Monaten wieder verschließen, was zu Blutgerinnseln und möglicherweise Herzinfarkten führt. Jetzt haben Forscher des Kinderkrankenhauses von Philadelphia einen Weg gefunden, winzige eisenhaltige Nanopartikel und ein Magnetfeld zu verwenden, um Zellen mit therapeutischen Eigenschaften an die Stellen von Stahlstents zu lenken. Die Zellen könnten unter anderem helfen, Arterienschäden zu reparieren und die Gerinnung zu verhindern.
Stolz auf ihre Sachen: Mit magnetischen Nanopartikeln beladene Endothelzellen leuchten auf den Streben eines Stahlstents fluoreszierend rot.
Stents sind dafür bekannt, schwere Traumata zu verursachen, sagt Robert Levy, Lehrstuhl für Kinderkardiologie am Kinderkrankenhaus von Philadelphia. Die Reparatur von Blutgefäßen mit Zelltherapie ist ein sehr wichtiges Konzept, das mit magnetischem Targeting realisiert werden kann.
Levy und seine Kollegen entwickelten Nanopartikel oder winzige Kügelchen aus Polymilchsäure, einem biologisch abbaubaren Polymer, das in Nahtmaterialien und anderen medizinischen Anwendungen verwendet wird. Das Team belud dann jedes Nanopartikel mit einer kleinen Dosis magnetisch reagierenden Eisenoxids und fügte es in eine Rinder-Endothelzelle ein – eine Zelle, die sich in der Innenauskleidung eines Blutgefäßes befindet. Die Rinderzellen wurden genetisch verändert, um einen Fluoreszenzmarker zu exprimieren, wodurch sie leicht nachweisbar wurden.
Als nächstes implantierten die Forscher chirurgisch kleine Metallstents in die Halsschlagadern lebender Ratten. Sie injizierten den Ratten eine Lösung aus behandelten Endothelzellen und erzeugten mit zwei großen, externen elektromagnetischen Spulen ein stetiges Magnetfeld um jede Ratte. Levy sagt, dass das von ihm und seinen Kollegen angelegte Magnetfeld weniger als ein Zehntel der Stärke der Felder herkömmlicher MRT-Geräte betrug. Nach 48 Stunden erstellte das Team mithilfe von Biolumineszenz-Bildgebung Bilder der Ratte.
Die Forscher fanden heraus, dass die Zellen durch das Magnetfeld in zwei Szenarien zu den Metallstents wandern: wenn Zellen direkt in die Halsschlagader in der Nähe der Stentposition injiziert wurden und wenn sie weiter entfernt in den Aortenbogen injiziert wurden, von wo sie hätte sich auf alle Bereiche des Körpers ausbreiten können. In Tests, die kein Magnetfeld verwendeten, wanderten die Zellen mit wenig Richtung durch den Körper.
Zellen, insbesondere Endothelzellen, magnetisch an die Stellen von Metallstents zu lenken, könnte einen signifikanten therapeutischen Effekt haben, sagt Levy. Während der chirurgischen Implantation neigen Stents dazu, Endothelzellen abzukratzen, zu deren normalen Funktionen die Verhinderung der Blutgerinnung gehört. Endothelzellen sind auch Barrieren für Entzündungszellen. Während Entzündungszellen normalerweise zu einer Verletzung strömen, um sie zu reparieren, bauen sie sich in Abwesenheit von Endothelzellen übermäßig auf und verursachen eine Arterienblockade. In den letzten Jahren wurden Stents entwickelt, um gerinnungshemmende Medikamente freizusetzen, um ein Wiederverschließen von Arterien zu verhindern. Aber solche arzneimittelfreisetzenden Stents haben ihre eigenen Probleme, einschließlich der Verhinderung der Regeneration von Endothelzellen.
Vor zwei Jahren stellten Kliniker fest, dass viele Patienten Probleme mit diesen Stents hatten, wahrscheinlich weil das Endothel nicht richtig verheilt war, sagt Levy. Blutgerinnsel, Myokardinfarkte und plötzliche Todesfälle traten auf, und dies hat einen großen Aufruhr über die Verwendung von Stents verursacht.
Levy hofft, dass das magnetische Leiten neuer Endothelzellen zu Blutgefäßen viele der Probleme lösen kann, mit denen Stents derzeit konfrontiert sind. Sein Team plant, weiter an Ratten zu experimentieren und dabei Endothelzellen aus Ratten anstelle von Kühen zu verwenden, um das Risiko einer Abstoßung zu minimieren. Jetzt, da er einen Weg gefunden hat, Zellen zu Metallstents zu leiten, untersucht Levy auch andere potenzielle Therapien, darunter Stickstoffmonoxid, das bekanntermaßen die Blutgefäße entspannt und erweitert. Derzeit entwickelt er Zellen, um Enzyme, die Stickstoffmonoxid produzieren, genetisch zu exprimieren, und er wird sie schließlich mit Eisenoxid-Nanopartikeln beladen, die sie an die Stellen von Stents treiben und die Arterien weiter öffnen.
Levy fügt hinzu, dass die magnetbasierte Technik auch außerhalb der Herz-Kreislauf-Therapie Anwendung findet. Beispielsweise verwenden Ärzte bei der Behandlung von Lungenkrebs häufig Metallstents, um die Atemwege offen zu halten. Der Tumor eines Patienten kann jedoch weiter wachsen und schließlich die Passage trotz des Stents blockieren. Magnetisch zielgerichtete Therapien könnten dazu beitragen, spezifische Medikamente zur Behandlung von Tumoren an Stent-Stellen zu liefern und zusätzlich die Atemwege offen zu halten.
Metallimplantate werden auch in anderen Bereichen, wie der Orthopädie, bei komplexen Frakturen und bei der Korrektur von Wirbelsäulenverkrümmungen häufig eingesetzt, wo Zelltherapien ebenfalls hilfreich sein könnten, sagt Levy. Stahlimplantate sind in der Medizin weit verbreitet und es gibt alle möglichen Situationen, in denen Anwendungen zum Einsatz kommen könnten.
Darüber hinaus stellt Levy sich vor, dass solche Therapien mit herkömmlichen MRT-Geräten durchgeführt werden können. Das von MRT-Kernen erzeugte Magnetfeld ist um eine Größenordnung stärker als das, das Levy in seinen Experimenten verwendet hat, sodass weniger Eisenoxid-Nanopartikel den gleichen Effekt erzielen könnten.
Robert Langer, Institutsprofessor am MIT, hält Levys Technik für einen vielversprechenden Schritt in Richtung gerichteter Zelltherapien. Sie konnten mehr Medikamente in den Zielgebieten lokalisieren, sagt er. Ich finde, es ist eine nette Idee, die viel Potenzial hat.