Hirntumoren können mit herkömmlichen Therapien nicht immer erfolgreich behandelt werden. Ein Team der Empa und des Spitalnetzwerks HOCH Health Ostschweiz entwickelt deshalb Nanozyme, die bei Tumoroperationen Krebszellen direkt im Gehirn angreifen können. Dank der großzügigen Unterstützung mehrerer Stiftungen kann das Projekt nun gestartet werden.
Unter den bösartigen Hirntumoren ist das Astrozytom besonders häufig und ebenso gefährlich: Die chirurgische Entfernung dieses aggressiv wachsenden Tumors kann schwierig sein, da die Zellen in das gesunde umliegende Gewebe eindringen. Darüber hinaus kommt es in sieben von zehn Fällen nach der Behandlung zu einem erneuten Auftreten des Krebses und die Prognose ist entsprechend schlecht. Die Fünf-Jahres-Überlebensrate beträgt nur etwa fünf Prozent. Nun will ein Team der Empa und des Spitalnetzwerks HOCH Health Ostschweiz in St. Gallen um die Neurochirurgin Isabel Hostettler die Heilungschancen dieser Tumorart mit einem neuartigen und schonenderen Therapieansatz auf Basis sogenannter Nanozyme verbessern. Die Durchführung des Projekts ist der großzügigen Unterstützung der Hedy Glor-Meyer-Stiftung, der Schweizerischen Krebsstiftung und vier weiteren Stiftungen zu verdanken.
Umgehung der Blut-Hirn-Schranke
Derzeit werden Operation, Bestrahlung und Chemotherapie zur Behandlung von Astrozytomen kombiniert. Allerdings stellt der Ort des Tumors – das Gehirn – insbesondere für die medikamentöse Therapie ein Problem dar. Denn der körpereigene Schutzmechanismus, die Blut-Hirn-Schranke, die das Organ vor schädlichen Einflüssen aus der Blutbahn schützt, verhindert auch, dass bestimmte Therapeutika ins Gehirn gelangen.
Empa-Forscher Giacomo Reina und sein Team vom Labor „Nanomaterials in Health“ in St. Gallen wollen diese Hürde nun mit einem cleveren Ansatz umgehen: Sie entwickeln biokompatible Nanomaterialien als Nanomedizin, die direkt vor Ort bei Hirntumoroperationen eingesetzt werden können. „Da Krebszellen einen besonders aktiven Stoffwechsel haben, reichern sich die Medikamente gezielt im Tumorgewebe an“, sagt Reina. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Nanozyme mit nahinfrarotem Licht aktiviert werden können und so eine besonders präzise und kontrollierbare Wirkung erzielen.
Sanft, aber kraftvoll
Diese neuartige Therapie kombiniert mehrere Wirkmechanismen: Nanozyme, Nanomaterialien mit enzymähnlicher Aktivität, können beispielsweise inaktive Vorstufen von Medikamenten aktivieren oder reaktive Sauerstoffverbindungen erzeugen, die Tumorzellen schädigen. Ihre geringe Größe ermöglicht es ihnen, tief in das Gewebe einzudringen und bösartige Zellen in mehreren Millimetern Entfernung anzugreifen. Darüber hinaus können dank der Aktivierungsfähigkeit durch IR-Licht die Dosierung und damit die Nebenwirkungen der Therapie auf ein Minimum reduziert werden.
Das Team ist nun bereit, seine ehrgeizigen Ziele in Angriff zu nehmen. Am Ende des vierjährigen Projekts soll die Nanomedizin als minimalinvasive und schonende Ergänzung zu bestehenden Therapien für die klinische Erprobung bereit sein. Die Forscher haben große Hoffnungen: „Nanozyme könnten möglicherweise sogar Rückfälle bei Astrozytomen verhindern, wenn der Krebs bereits resistent gegen herkömmliche Chemotherapie geworden ist„, sagt Giacomo Reina. Darüber hinaus hat der Ansatz auch vielversprechendes Potenzial für die Behandlung anderer Hirn- und Rückenmarkstumoren.
Empa-Forschungsinitiative „Onkologie“
Mit rund 45.000 Neuerkrankungen und 17.000 Todesfällen pro Jahr bleibt Krebs eine der grössten Herausforderungen für die öffentliche Gesundheit in der Schweiz. Die Onkologie-Initiative der Empa will diesem Problem mit innovativen, materialbasierten Ansätzen begegnen, die den genetischen und metabolischen Fingerabdruck von Patienten berücksichtigen. Fünf Empa-Labore bündeln ihr Fachwissen in den Bereichen (Nano-)Materialwissenschaft, Sensorik, Bildgebung sowie fortschrittliche In-vitro- und In-silico-Modelle, um neue Strategien für Diagnose, Überwachung und Therapie zu entwickeln. Ziel ist es, diese innovativen Ansätze gemeinsam mit Partnern aus Klinik und Industrie in die Praxis umzusetzen. Die erste Phase der Initiative läuft von 2025 bis 2035. Ein weiteres Beispiel für Projekte der Onkologie-Initiative ist die Untersuchung von Schilddrüsenkarzinomen mithilfe eines innovativen 3D-Bildgebungsverfahrens. Diese Technologie ermöglicht eine deutlich präzisere und vor allem zerstörungsfreie Analyse von Biopsieproben.
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