Foto: MIT – mit freundlicher Genehmigung der Forschenden
Menschen, die sich einer Krebsbehandlung unterziehen müssen, leiden häufig an sehr unangenehmen Nebenwirkungen. Besonders extrem wird das, sobald sich die Krankheit in einem fortgeschrittenen Stadium befindet. Dann setzen Medizinerinnen und Mediziner meist verschiedene Behandlungsarten parallel ein, zum Beispiel Chemotherapie, Operation und Bestrahlung. Diese Methoden sind einzeln schon eine Belastung für jeden Körper, in Kombination wirken sie häufig umso heftiger. Forschende vom MIT haben nun eine neue Methode entwickelt: Hilfe für Krebspatientinnen und -patienten soll von einem kleinen Partikel kommen, der nahe des Tumors implantiert wird. Die Vorteile liegen vor allem darin, dass die Therapie lokal direkt am Tumor erfolgt und andere Gewebezellen nicht geschädigt werden.
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Die Forschenden kombinierten Molybdänsulfid-Nanoblätter mit Chemotherapeutika und einem Polymer, um Mikropartikel herzustellen. Diese sollen dann direkt am Tumor implantiert werden. Bei Bestrahlung mit einem externen Nahinfrarotlaser erhitzen sich die Partikel auf etwa 50 Grad Celsius. Diese Temperatur reicht aus, um Tumorzellen zu zerstören. Gleichzeitig schmilzt die Hülle des Polymers und setzt so das Chemotherapeutikum frei. Da diese Methode den lokalen Ansatz verfolgt, wäre es aus Sicht der Forschenden möglich, systemische Nebenwirkungen, wie sie beispielsweise bei einer intravenösen Chemotherapie auftreten, zu vermeiden. Die Kombination von Wärme- und Chemotherapie in einem einzigen Partikel ermöglicht eine gemeinsame Wirkung, die die Effektivität der Krebsbehandlung steigern kann. „Eines der Beispiele, bei denen diese spezielle Technologie nützlich sein könnte, ist der Versuch, das Wachstum wirklich schnell wachsender Tumore zu kontrollieren“, erklärt Ana Jaklenec, leitende Forscherin am Koch-Institut für integrative Krebsforschung am MIT.
Maschinelles Lernen optimiert die Krebsbehandlung
Um die Behandlung zu verbessern, setzten die Forschenden Algorithmen des maschinellen Lernens ein. Dadurch konnten sie die ideale Laserleistung, Bestrahlungszeit und Konzentration des phototherapeutischen Wirkstoffs ermitteln. Sie kamen zu dem Ergebnis, dass eine Behandlung über die Dauer von etwa drei Minuten ausreicht. In diesem Zeitraum wird eine niedrig dosierte, lokalisierte Chemotherapie in Kombination mit einer pulsierenden, bedarfsgerechten photothermischen Therapie eingesetzt. Die Forschenden verfolgen mit ihrem Ansatz zwei Ziele: Sie wollen Nebenwirkungen verringern oder gar vermeiden und den Tumor noch gezielter bekämpfen.
In ersten Studien an Mäusen mit aggressiven Brusttumoren führte die Behandlung mit den Mikropartikeln zum Erfolg. Den Forschenden gelang es, die Tumore vollständig zu beseitigen und die Überlebenszeit deutlich zu verlängern – im Vergleich zu Mäusen, die nur eine Chemo- oder Phototherapie oder gar keine Behandlung erhielten. „Die Steuerung der Medikamentenfreisetzung in zeitlichen Abständen mit Licht nach nur einer Dosis der Partikelinjektion ist ein entscheidender Faktor für weniger schmerzhafte Behandlungsmöglichkeiten und kann dazu führen, dass Patientinnen und Patienten die Therapie auch wirklich bis zum Ende durchführen“, sagt Angela Belcher, Professorin für Materialwissenschaften und Bioengineering am MIT und Mitglied des Koch-Instituts für integrative Krebsforschung.
Vielversprechende Perspektiven für die Krebsbehandlung
Die Partikel, die direkt am Tumor platziert werden, bestehen aus Polymer und gehören zu den sogenannten biokompatiblen Materialien. Damit sind Werkstoffe gemeint, die auf lebendes Gewebe keinen negativen Einfluss ausüben. Von der FDA für medizinische Geräte sind sie bereits zugelassen. Die Forschenden planen nun, die Partikel im größeren Rahmen zu testen, damit möglichst rasch eine Bewertung im Rahmen klinischer Studien erfolgen kann.
Sie gehen davon aus, dass dieser innovative Ansatz zur Krebsbehandlung bei verschiedenen Arten von soliden Tumoren, einschließlich metastasierender Tumore, helfen könnte. Grundsätzlich eröffnet die Behandlung direkt am Tumor sowie die Kombination der Wärme- und Chemotherapie neue Perspektiven in der Krebstherapie.
Finanzierung der wegweisenden Krebsforschung
Die Forschungsarbeit wurde von mehreren Institutionen unterstützt, darunter die Bodossaki Foundation, die Onassis Foundation, ein Mazumdar-Shaw International Oncology Fellowship, ein National Cancer Institute Fellowship und der Koch Institute Support (core) Grant des National Cancer Institute. Die Forschenden sind optimistisch, dass dieser innovative Ansatz zur Krebsbehandlung in Zukunft einen bedeutenden Beitrag zur Verbesserung der Patientenversorgung leisten wird.
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