Fortschrittliches synthetisches Transplantatmaterial bekämpft Knochenkrebs und beugt Infektionen vor

Bei primären Knochentumoren wie Osteosarkomen stagnierten die Überlebensraten in den letzten vier Jahrzehnten. Die chirurgische Entfernung des Tumors ist von entscheidender Bedeutung. Wenn sich der Tumor jedoch in der Nähe lebenswichtiger Strukturen befindet, kann es zu einem lokalen Rezidiv kommen, was häufig eine Amputation zur Folge hat. Darüber hinaus sind diese Operationen mit erheblichem Knochenverlust und Implantatversagen aufgrund einer Infektion verbunden.

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung des Royal Orthopaedic Hospital NHS Foundation Trust, der Aston University und des brasilianischen Aeronautics Institute of Technology hat ein fortschrittliches synthetisches Transplantatmaterial entwickelt. Durch den Einbau von Galliumoxid in die traditionelle „Bioglass 45S5“-Matrix schufen sie ein multifunktionales Material, das gleichzeitig verbleibende Krebszellen vernichtet, die Ansiedlung von Bakterien verhindert und fehlendes Knochengewebe regeneriert.

Unser multifunktionales Biomaterial fungiert als lokalisiertes Medikamentenverabreichungssystem und bietet eine therapeutische Strategie zur selektiven Zerstörung verbleibender Tumorzellen dort, wo die Operation stattgefunden hat, und stellt gleichzeitig Kalzium-, Phosphat- und Siliziumionen bereit, die für das Nachwachsen gesunder Knochen erforderlich sind.“

Dr. Lucas Pereira Lopes de Souza, Hauptforscher der Studie, Royal Orthopaedic Hospital NHS Foundation Trust

„Diese Entwicklung führt uns in neue Grenzen sowohl der Therapie als auch der Prophylaxe gegen die verheerendsten Komplikationen der Gliedmaßenrettungschirurgie, insbesondere Lokalrezidive und Infektionen, die die Gliedmaßen bedrohen und das Überleben des Patienten gefährden“, sagt Co-Autor Jonathan Stevenson, beratender orthopädischer Onkologe am Royal Orthopaedic Hospital.

Durch Hochdurchsatz-RNA-Sequenzierung entdeckte das Team einen hochselektiven molekularen Mechanismus. „Da Knochenkrebszellen Transferrinrezeptoren überexprimieren, um ihr schnelles Wachstum voranzutreiben, absorbieren sie vier- bis achtmal mehr Gallium als gesunde Zellen“, sagt Souza. „Sobald sich Gallium in den bösartigen Zellen befindet, ahmt es Eisen nach, kann aber nicht an essentiellen Redoxreaktionen teilnehmen. Dies führt zu einem sofortigen Eisenmangel, überwältigendem oxidativem Stress und einer katastrophalen Zellkrise, die die Krebszellen auf apoptotische und ferroptotische Selbstzerstörungswege zwingt.“

Im Gegensatz dazu bewältigen gesunde Knochenzellen den vorübergehenden Stress problemlos über natürliche antioxidative Mechanismen und erholen sich innerhalb weniger Tage vollständig.

Neben seinen starken krebshemmenden Eigenschaften trägt das Material auch dazu bei, Infektionen an der Operationsstelle zu verhindern. „Die optimale 5-prozentige Galliumglasformulierung hemmte das Wachstum des aggressiven, gramnegativen Erregers vollständig.“ Pseudomonas aeruginosa„, teilt Stevenson mit. „Diese doppelte therapeutische Wirkung dichtet die Operationsstelle effektiv vor tödlichen, im Krankenhaus erworbenen Infektionen ab, während das Glas abgebaut wird, um Platz für brandneuen Knochen zu schaffen.“

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