Verwendung der Immunzellen eines Patienten, um die Ausbreitung von Krebs zu verhindern

Die Tatsache, dass unser Immunsystem Nanopartikel und die darin enthaltenen Medikamente einfängt und zerstört, ist seit einiger Zeit ein Problem auf dem Gebiet der Nanomedizin. Doch im Kampf gegen Krebs versuchen Forscher nun, dieses Problem zu ihrem Vorteil auszunutzen.

Forscher auf der ganzen Welt suchen nach Techniken, die Nanopartikel zur Behandlung von Krankheiten nutzen. Solche Partikel haben einen Durchmesser von etwa 100 Nanometern – einem Tausendstel Millimeter – und in sie fügen Forscher eine große Anzahl noch kleinerer Arzneimittelmoleküle ein.

Besonders groß ist der Optimismus für diesen Ansatz bei der Behandlung verschiedener Krebsarten.

„Wir haben beobachtet, dass Blutgefäßwände in Krebstumoren bei Mäusen größere Poren haben als die gleichen Gefäße in gesundem Gewebe“, sagt Sjoerd Hak, Forscher am norwegischen Wissenschaftsinstitut SINTEF. „Wenn wir Nanopartikel ins Blut injizieren, erleichtern die Poren ihnen den Austritt aus den Gefäßen und das Eindringen in den Tumor“, sagt er.

„In gesundem Gewebe, wo die Blutgefäße intakt sind, können die Nanopartikel nicht entweichen“, sagt Hak zu Gemini.

Wenn wir dies wissen, ist es einfacher, die Medikamente zielgerichtet an den gewünschten Zielort zu bringen, und wir können auch die Menge der Medikamente begrenzen, die Teile des Körpers erreichen, wo sie Schaden anrichten können.

Allerdings steht die Nanomedizin vor einem großen Problem. Kleine und unbekannte Fremdkörper sind für unser Immunsystem nicht willkommen.

Ein Virus oder ein Medikament?

„Die Nanopartikel sind etwa so groß wie ein Virus und bestehen normalerweise aus Molekülen, die nicht natürlicherweise ins Blut gehören. Das bedeutet, dass der Körper sie entdeckt und entfernt“, erklärt Hak.

Dadurch sind die Nanopartikel nicht lange genug im Blut vorhanden, um eine ausreichende Dosis an Medikamenten an den Zieltumor abzugeben.

„Ein Großteil unserer Forschung konzentrierte sich auf die Entwicklung von Partikeln, die ihre Präsenz im Blut verlängern können“, sagt Hak. „Wir hatten einige Erfolge, aber die Aufnahme des Medikaments durch das Tumorgewebe ist immer noch begrenzt. Bei Mäusen haben wir viele hervorragende Ergebnisse erzielt, aber beim Menschen bleibt die Wirkung weiterhin etwas begrenzt“, sagt er.

Wie bei so vielen anderen Technologien mit dem Präfix „Nano-“ dauert es einige Zeit, bis die Nanomedizin den Erwartungen gerecht wird, die sie vor ein oder zwei Jahrzehnten geweckt hat.

„Im Verhältnis zum Umfang dieses Forschungsgebiets ist hinsichtlich der klinischen Behandlungen sehr wenig erreicht worden. Aber wir werden es schaffen – davon bin ich überzeugt“, sagt Hak.

Mittlerweile testen er und seine Kollegen einen alternativen Weg zu den Tumoren für die Nanomedikamente. Statt gegen das Immunsystem anzukämpfen, besteht der neue Ansatz darin, sich mit ihm zusammenzutun und mitzuspielen.

Aggressive Immunzellen

Es ist sehr schwierig zu verhindern, dass Nanopartikel von Immunzellen verzehrt werden. Solche Zellen sind Spezialisten für das Aufspüren und Entfernen von Fremdkörpern. Gleichzeitig hat sich unser Wissen über die Rolle dieser Zellen erheblich verbessert, und im Bereich der sogenannten Immuntherapie wurden eine Reihe neuer Behandlungsmethoden entwickelt.

„Wir versuchen, diese beiden Aspekte im Rahmen unserer Forschung zu verbinden – und wir sind nicht die Einzigen“, sagt Hak. „Weltweit gibt es viele Forscher, die das erkannt haben und versuchen, Interaktionen mit Immunzellen auszunutzen“, sagt er.

„Unser Ziel ist es, die körpereigenen Abwehrmechanismen zu nutzen, um Krebstumoren anzugreifen. Dabei zielen wir nicht unbedingt direkt auf die Krebszellen ab, aber wir wollen die Bedingungen für ihr Wachstum und ihre Entwicklung ungünstiger machen“, erklärt Hak.

Es ist nicht das Wichtigste, die Medikamente direkt auf die Krebszellen auszurichten. Das Hauptziel hierbei ist, was die Medikamente bewirken, wenn sie mit den Immunzellen und dem Immunsystem interagieren.

Was passiert in lebenden Tumoren?

Um dies zu erreichen, benötigen die Forscher mehr Erkenntnisse darüber, was tatsächlich mit den Nanopartikeln und den darin enthaltenen Wirkstoffmolekülen passiert. Eine der Techniken, die sie verwenden, ist die sogenannte Intravitalmikroskopie.

„Bei der Intravitalmikroskopie werden Filme und Bilder von lebenden Tumoren in Mäusen unter einem Mikroskop aufgenommen“, sagt Hak. „Dadurch können wir einzelne Krebszellen betrachten und die Blutgefäßwände untersuchen“, erklärt er.

Die Nanopartikel sind zu klein, um isoliert identifiziert zu werden, aber indem wir sie selbstleuchtend machen, können wir ihre Bewegungen verfolgen.

„Sie sind zu klein, um sie einzeln zu sehen, selbst unter dem Mikroskop, aber wir wissen, wo sie sind, weil wir ihre Fluoreszenz erkennen können“, sagt Hak.

„Wir können sehen, dass sich die Immunzellen bewegen und dass sie viele fluoreszierende Partikel aufgenommen haben“, sagt Hak. „Im Inneren des Tumors können wir Zellen erkennen, die recht unbeweglich sind und auch Partikel aufgenommen haben“, erklärt er.

„Wir können sehen, dass einige Immunzellen tatsächlich zumindest teilweise für die Aufnahme von Partikeln im Tumor verantwortlich zu sein scheinen. Mit anderen Techniken als der Intravitalmikroskopie lässt sich das nicht beobachten“, sagt Hak.

Mit MRT- oder PET-Scanverfahren ist es nicht möglich, diese Art von Informationen zu erhalten.

„Die Intravitalmikroskopie hat uns zu einem besseren mechanistischen Verständnis darüber verholfen, wie sich diese Partikel in einem Tumor ansammeln“, sagt Hak.

Das Verhalten von Immunzellen verändern

Forscher haben gezeigt, dass es tatsächlich möglich ist, die Partikel in die Immunzellen innerhalb des Tumors zu bringen. Der nächste Schritt besteht darin, das richtige Medikament zu identifizieren und nicht zuletzt sicherzustellen, dass es eine therapeutische Wirkung hat. Die natürliche Reaktion der Immunzellen besteht darin, die Nanopartikel zu zerstören, und sie sind dafür bestens gerüstet.

„Die Immunzellen versuchen, die Partikel abzubauen“, sagt Hak. „Sie enthalten eine Vielzahl von Enzymen und Säuren sowie spezielle Räume oder Kompartimente, in die sie Material zur Zerstörung schicken“, sagt er.

Diese Immunzellen nennen Forscher Phagozyten, was aus dem Griechischen „fressende Zellen“ bedeutet. Hak und seine Kollegen wollen diese Fresszellen so manipulieren, dass sie ihr Verhalten ändern.

„Wir arbeiten mit zwei verschiedenen Medikamenten, die wir in den Nanopartikeln verkapselt haben, und versuchen nun herauszufinden, welche Auswirkungen diese auf die Immunzellen haben“, erklärt Hak.

Sie zielen auf die Fresszellen ab, weil sie „die Seite wechseln“ und zugunsten des Tumors statt gegen ihn arbeiten können.

„Wir wissen, dass diese Zellen eine Schlüsselrolle spielen, wenn ein Tumor wächst und sich entwickelt. Der Tumor schafft es, sie zu täuschen und zu seinen Gunsten zu arbeiten“, sagt Hak.

„Wir versuchen, die Funktionen von Zellen, die für den Tumor arbeiten, zu manipulieren oder lahmzulegen“, sagt er.

Vielversprechende Testergebnisse an Mäusen

Konkret bedeutet dies, dass Forscher versuchen, die Aufnahme von Nanopartikeln durch Immunzellen zu steigern. Das ist das genaue Gegenteil dessen, was die medizinische Forschung seit vielen Jahren anstrebt. Derzeit untersuchen sie, wie der Prozess in isolierten menschlichen Immunzellen und bei Mäusen mit Brustkrebs funktioniert.

„Die ersten therapeutischen Experimente haben wir vor einigen Wochen abgeschlossen und die Ergebnisse sind sehr interessant“, sagt Hak. „Aber es gibt noch viel zu tun, bevor wir Schlussfolgerungen ziehen können. „Es wird einige Zeit dauern, bis wir genau herausfinden, wie wir vorgehen und welche Konzentrationen und Inkubationszeiten am besten geeignet sind“, erklärt er.

„Wir müssen noch viel herausfinden, bevor wir sagen können, dass diese Technik funktioniert“, sagt Hak. „Vielleicht stellen wir fest, dass es mit den beiden Medikamenten, die wir ausgewählt haben, überhaupt nicht funktioniert. Dann müssen wir vielleicht noch einmal mit neuen Medikamenten von vorne anfangen“, sagt er.

Ein entscheidender Engpass in diesem Prozess, nicht nur für dieses Projekt, sondern für den gesamten Bereich der Nanomedizin, besteht darin, die Partikel, die die Medikamente tragen, dazu zu bringen, die Kompartimente zu verlassen, in die die Zellen sie zur Zerstörung geschickt haben.

„Es sieht so aus, als könnten die Moleküle, die wir verwenden, entkommen“, sagt Hak. „Unsere ersten Ergebnisse bestätigen dies, daher glaube ich, dass wir Erfolg haben werden, auch wenn es noch zu früh ist, um das mit Sicherheit zu sagen“, sagt er.

Chancen für innovative Ansätze

Wie bei jeder anderen medizinischen Forschung müssen viele kleine Schritte unternommen werden, bevor wir neue Behandlungsmethoden am Patienten anwenden können. Sjoerd Hak sieht dieses Projekt als Teil eines viel größeren Ganzen.

„Natürlich wäre es sehr spannend, wenn wir eine Behandlung finden würden, die so gut funktioniert, dass weitere Forschungen zu genau demselben Nanomedikament, das wir herstellen, gerechtfertigt wären“, sagt er.

„Persönlich geht es mir aber eher darum zu zeigen, dass wir mit dieser Technik therapeutische Effekte erzielen können. Schließlich bietet sie Chancen für eine Reihe neuer Therapieansätze“, sagt Hak.

Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Erweiterte Bewertungen zur Arzneimittelabgabe.