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Leuchtende Nanopartikel helfen bei Früherkennung von Krebs

Im Modell eines Darms spazieren gehen: Internationale Forscherteams entwickelten fluoreszierende Nanopartikel, um Krebszellen frühzeitig zu erkennen. Quelle: Felix Burda Stiftung

Dickdarmkrebs ist eine der tödlichsten Krebsarten. Sie ist die in unseren Breiten am zweithäufigsten auftretende Variante von Krebs. Im Frühstadium kann Dickdarmkrebs gut therapiert werden, der sich entwickelnde Tumor lässt sich einfach entfernen. Meist wird der Krebs aber erst sehr spät entdeckt, wo die Behandlung bereits sehr schwierig ist. Ab dem 50. Lebensjahr wird deshalb ein Screening-Programm international empfohlen, das alle 5 Jahre durchgeführt werden soll. Bei der dabei durchgeführten Darmspiegelung wird der Dickdarm Quadratzentimeter für Quadratzentimeter auf Tumore untersucht und gefährliches Gewebe sofort entfernt. Doch selbst dabei wird ein Teil der kleinen Tumore übersehen, oft mit dramatischen Folgen, besonders, wenn diese Untersuchung nicht regelmäßig durchgeführt wird.

Eine Forschungsgruppe um den Biologen Paul Debbage von der Medizinischen Universität Innsbruck hat nun im Rahmen des EU-Projekts „NanoEFEct“ und mit Unterstützung des Wissenschaftsfonds FWF nach Wegen gesucht, die Krebszellen mit leuchtenden Substanzen zu markieren, um diese beim Screening besser sichtbar zu machen.

Krebs im Frühstadium nicht erkannt

„Das Darmkrebs-Screening ist eigentlich eine sehr gute Vorsorge“, sagt Debbage, „doch es gibt hier eine Lücke, weil einige Prozent der Karzinome nicht erkannt werden.“ Um diese Lücke zu schließen, entwickelten unter der Leitung von Debbage Forscherteams in Portugal, Norwegen und Innsbruck fluoreszierende Nanopartikel, die an die Zell-Membranen der Krebszellen binden sollten. Die Nanopartikel sind dabei um einiges größer als die Eiweißmoleküle der Zellen, aber um ein Vielfaches kleiner als die Zellen selbst. „Die Nanopartikel des Teams in Innsbruck hatten Durchmesser von 30 Nanometer.“ Das ist etwa ein Fünfhundertstel bis ein Fünftausendstel der Dicke eines menschlichen Haares.

Man befinde sich hier in einem Größenbereich, wo bereits quantenphysikalische Effekte auftreten, so der Forscher: „Es gibt hier eine Vielzahl von Wirkungen, die wir in der normalen Welt nicht erfahren.“ Wegen der Quanteneffekte leuchten die Nanopartikel sehr hell und dies sei wichtig, erklärt Debbage: „Bei einer Darmspiegelung sieht der Mediziner, der die Untersuchung durchführt, eine rosafarbene Welt. Hier müssen die Krebszellen stark aufleuchten, um gerade frühe Stadien des Krebses gut erkennenbar zu machen.“

Nanopartikel aus Bausteinen des menschlichen Körpers

Gudrun Thurner, langjähriges Mitglied der Innsbrucker Gruppe, erklärt den Zugang, der in Innsbruck gewählt wurde: „Unsere Nanopartikel basieren auf einem Bestandteil des Blut-Serums. Sie tragen auf der einen Seite einen Farbstoff und auf der anderen Seite einen Antikörper des Immunsystems.“ Antikörper können bestimmte Eiweißstrukturen erkennen, um im Körper Krankheitserreger auszuschalten. Die hier verwendeten Antikörper sollen ein bestimmtes Eiweiß in der Zellmembran der Krebszellen erkennen und sich daran binden. „Unsere Nanopartikel bestehen also hauptsächlich aus menschlichen Bestandteilen, wobei ein winziger Teil – der Antikörper – tierischen Ursprungs ist. Dies vermindert das Risiko, dass das Nanopartikel oder seine Bestandteile im Körper toxisch wirken könnte.“

Diese Frage nach der Toxizität ist bei Nanopartikeln nicht trivial, weil Nanopartikel, die ins Blut gelangen, in einigen Organen Schaden anrichten könnten. Die Zusammensetzung aus vorwiegend menschlichen Materialien bietet eine gewisse Absicherung bei den Zulassungsverfahren, die sehr aufwendig sind. Thurner betont, dass die Innsbrucker Teilchen mit 30 Nanometern die perfekte Größe hätten, um in die Krebszellen aufgenommen zu werden. „Außerdem haben wir viel Know-how investiert, um sicherzugehen, dass der Antikörper am Partikel für seine Bindungsfunktion perfekt ausgerichtet ist. Zudem ist das Nanopartikel so konstruiert, dass es im Darm nicht zerfallen kann.“ Gudrun Thurner hat sich also auf einen „menschlichen“ Zugang spezialisiert, während das Team in Portugal mit Nanopartikeln aus Gold arbeitet und das Team in Norwegen mit solchen aus Kunststoff. Den drei Teams ist es gelungen, an Mäusen zu zeigen, dass die Methode funktioniert.

Schwierige Umsetzung

Debbage ist dementsprechend zufrieden mit dem Ausgang dieses internationalen Grundlagenprojekts, der Beweis für die Wirksamkeit der Methode sei gelungen. Schwierig sei die Umsetzung. „Nanopartikel sind komplex wie kleine Maschinen. Der Gesetzgeber verlangt zu Recht nach der Testung auf Toxizität.“ Das sei sehr teuer – Debbage spricht von einigen Millionen Euro. „Wie diese Methode letztlich umgesetzt wird, ist noch keineswegs klar“, sagt der Forscher. Die Norwegische Forschungsgruppe hat als staatliche Forschungsbehörde mit Hauptgewicht sonst auf Forschung für die Ölindustrie Zugang zu finanziellen Mitteln, dort entwickelt man die Methode weiter. „Wir möchten die Innsbrucker Methode gerne weiter entwickeln, jedoch bedarf es einer entsprechenden (Anschub-)finanzierung.“

Neben den Gruppen aus Innsbruck, Portugal und Norwegen war außerdem die Klinik für Gastroenterologie in Erlangen am Projekt beteiligt, die Zugang zu einer Sammlung von Krebspräparaten hat und Dickdarmkrebs an Mäusen untersuchten, sowie der Wiener Forschungsverein CESAR, der seine Erfahrung mit Klinischen Versuchen für Krebs einbrachte.

Allgemeiner Zugang

Debbage betont, dass diese von „NanoEFEct“ entwickelte Methode bei Krebs breit einsetzbar wäre: „Sie ließe sich auch auf Krebs der Haut, der Nase, des Magens oder auf Lungenkrebs anwenden“ – also generell bei Krebsarten, die von außen zugänglich sind. An diese komme man mit Nanopartikeln heran, ohne sie in die Blutbahn einleiten zu müssen. „Man geht mehr und mehr davon ab, etwas ins Blut zu spritzen“, sagt Debbage.


Zu den Personen

Paul Debbage war Gruppenleiter am Department für Anatomie, Histologie und Embryologie der Medizinischen Universität Innsbruck mit Forschungsschwerpunkten Nanomedizin und Blutgefäße. Gudrun Thurner, mit Studienabschluss in Pharmazie und Doktorat in Image-guided Diagnosis and Therapy, interessiert sich für die Weiterentwicklung dieser Nanopartikel für den klinischen Einsatz.


Projektwebsite: http://www.transcanfp7.eu/

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