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Single-Shot-Chemo
Laut Experimenten von Forschern des MIT und der Harvard Medical School zerstört eine einzige Behandlung mit arzneimittelhaltigen Nanopartikeln effektiv Prostatakrebstumore bei Mäusen. Dieser Ansatz könnte zu wirksamen Behandlungen ohne die mit einer Krebstherapie verbundenen Nebenwirkungen führen, sagen die Wissenschaftler.
Wir haben eine einzige Injektion der Partikel durchgeführt und dann den Tumor für die nächsten 109 Tage verfolgt und gezeigt, dass wir im Grunde eine vollständige Tumoreliminierung hatten, sagt Omid Farokhzad, Assistenzprofessor für Anästhesie an der Harvard Medical School, der zusammen mit Robert Langer, Professor für Chemieingenieurwesen am MIT, leitete die Forschung. Da die Inhaltsstoffe des Nanopartikel-Medikamentensystems bereits von der FDA für andere Zwecke zugelassen wurden, hoffen die Forscher auf eine schnelle Zulassung zum Testen der neuen Technologie am Menschen. Die Ergebnisse wurden diese Woche in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.
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Da viele Patienten regelmäßig auf Prostatakrebs untersucht werden, entdecken und behandeln Ärzte die Krankheit zunehmend in einem frühen Stadium, wenn sie noch auf einzelne Tumore beschränkt ist. In diesem Stadium kann eine einzige Injektion radioaktiven Materials direkt in den Tumor eine wirksame Behandlung sein, die den Tumor über mehrere Monate hinweg abtötet. Aber diese Behandlung hat bei etwa 40 Prozent der Patienten Nebenwirkungen, wie zum Beispiel erektile Dysfunktion, sagt Farokhzad. Chirurgie, eine weitere Option, birgt das Risiko von Komplikationen. Bei Krebs im Spätstadium ist eine Chemotherapie eine Option, die aber auch Nebenwirkungen hat – und viele Dosen erfordert.
Die Forscher glauben, dass die Nanopartikel den One-Shot-Therapievorteil der Bestrahlung bieten sollten, jedoch ohne Nebenwirkungen, zum Teil, weil die Partikel Medikamente gezielt in das Innere von Krebszellen abgeben und so eine Schädigung des gesunden Gewebes vermeiden.
Um die Nanopartikel herzustellen, mischen die Forscher ein Prostatakrebsmedikament (Docetaxel) und Polymere, die bereits von der FDA zugelassen sind (eines davon wird für Nähte verwendet). Das Polymer bildete Kugeln, in denen die Medikamente eingeschlossen waren. Die Forscher binden dann chemisch RNA-Stücke, sogenannte Aptamere, an die Oberfläche der Kugeln. Die RNA faltet sich in Formen, die in komplementäre Strukturen auf der Oberfläche von Prostatakrebszellen passen.
In den Mausexperimenten ließen die Forscher Tumore bis zu einer bestimmten Größe wachsen, bevor sie die gezielten Nanopartikel oder eine von verschiedenen Kontrollsubstanzen direkt in den Tumor injizierten. In Kontrollen, die entweder Kochsalzlösung, Polymer-Nanopartikel ohne das Medikament oder das Medikament allein verwendeten, starben fast alle Mäuse während des Experiments. Im Gegensatz dazu überlebten alle Mäuse, denen die gezielten Nanopartikel injiziert wurden, und in den meisten Fällen (fünf von sieben) verschwanden die Tumore.
Ein Schlüssel zur Wirksamkeit der Nanopartikel ist die Fähigkeit ihrer RNA-Stränge, an eine Krebszellmembran zu binden. Die Zelle zieht dann die Partikel nach innen. Die Partikel innerhalb der Zelle zu haben, hat zwei Vorteile: Sie bringen das Medikament dorthin, wo es sein muss, um die Zellen abzutöten, und es verringert die Konzentration des Medikaments außerhalb der Krebszellen, wodurch die Toxizität für gesundes Gewebe verringert wird. Hilfreich ist auch die Tatsache, dass das Polymer das Medikament nach und nach freisetzt – das Medikament wird über Stunden oder Tage freigesetzt, bis die Partikel in die Zellen gezogen sind, wo es weiter freigesetzt wird und die Zellen abtötet.
Im Gegensatz dazu, wenn das Medikament in den Tumor injiziert wird, ohne in Partikel eingekapselt zu sein, hat es wenig Wirkung und der Tumor wächst weiter. Offenbar diffundiert das Medikament aus dem Tumorbereich, bevor es alle Krebszellen abtöten kann.
Frühe Toxizitätsstudien der Nanopartikel könnten in zwei Jahren beginnen, wenn weitere Tierversuche gut verlaufen, sagt Farokhzad.
Die Technologie zur Arzneimittelabgabe ist Teil einer größeren Anstrengung von Forschern, die Nanotechnologie zur Revolutionierung der Krebsbehandlung einzusetzen. Joseph DeSimone, Professor für Chemie und Chemieingenieurwesen an der University of North Carolina in Chapel Hill und der North Carolina State University, zum Beispiel, hat kürzlich mit Mausversuchen begonnen, in denen er seine eigenen polymerbasierten Nanopartikel für die Wirkstoffabgabe verwendet. Arzt der University of Michigan James Bakers Nanopartikel auf Basis hochverzweigter Strukturen, sogenannte Dendrimere, haben sich auch bei Nagetieren gegen Krebs bewährt.
Die Forscher von MIT-Harvard arbeiten auch daran, Bauchspeicheldrüsenkrebs und schließlich Brustkrebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu bekämpfen. Henry Brem, Neurochirurg und Direktor der Abteilung für Neurochirurgie an der Johns Hopkins University School of Medicine, möchte die Nanopartikel für Hirnkrebs adaptieren, insbesondere für die Behandlung von Tumoren, die operativ schwer erreichbar sind. Es wirkt sich nicht auf das Gehirn aus, es wirkt sich nur auf die Tumorzellen aus. Es einfach in die Tumore zu injizieren und sie auszurotten, das wäre ein großer Fortschritt für die neurale Onkologie. Wenn wir es auftreiben könnten, würden wir es morgen im Labor machen, sagt er.
Schließlich hoffen die MIT-Harvard-Forscher, Nanopartikel zu entwickeln, die in den Blutkreislauf injiziert werden können, aus denen sie Krebszellen überall im Körper aufspüren können, um metastasierte Krebserkrankungen im Spätstadium zu behandeln. Obwohl dies nur ein kleiner Prozentsatz der Patienten ist, die tatsächlich an der Krankheit leiden, stehen ihnen keine therapeutischen Optionen zur Verfügung, sagt Farokhzad. Daher ist die Idee, Nanopartikel zu haben, die durch den Körper zirkulieren, Krebszellen finden und töten können, sehr, sehr attraktiv.
Zu diesem Zweck erstellen sie Bibliotheken von Nanopartikeln unterschiedlicher Größe mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften und molekularen Bindungen, die sie in vitro und in vivo testen werden, um diejenigen zu identifizieren, die Krebszellen am effektivsten finden und zerstören, ohne sich in gesunden Organen festzusetzen.