Ein innovatives Implantat soll die Therapie von Hirntumoren unterstützen. Trotz Operation und anschließender Behandlung mit Chemotherapie und Bestrahlung kommt es bei vielen Betroffenen zu einem Wiederauftreten von bösartigen Hirntumoren. Forscherteams in Graz und Schweden ist es in Experimenten mit Krebszellen gelungen, mithilfe einer Ionenpumpe Chemotherapeutika gezielt zu verabreichen und damit die Nebenwirkungen zu mindern. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „Advanced Materials Technologies“ veröffentlicht.
„Das ist das erste Mal, dass eine Ionenpumpe als mögliche Methode zur Behandlung von bösartigen Hirntumoren getestet wurde. Wir haben Krebszellen im Labor verwendet, und die Ergebnisse sind äußerst vielversprechend. Es wird aber wahrscheinlich noch fünf bis zehn Jahre dauern, bis wir diese neue Technologie in der Behandlung von Hirntumoren einsetzen können“, so der Physiker Daniel Simon vom Labor für organische Elektronik an der Universität Linköping in Schweden.
An der Medizinischen Universität Graz wurden Zellen von Glioblastomen verwendet, der häufigsten und aggressivsten Krebsart, die im Gehirn entstehen kann. Wenn ein Hirntumor chirurgisch entfernt wird, bleiben oft kleine Teile des Tumors zurück, die zwischen den Gehirnzellen eingebettet sind. Selbst eine hochpräzise Operation kann diese Zellen nicht entfernen, ohne das umliegende gesunde Hirngewebe zu schädigen. Aus diesem Grund wird meist eine Strahlen- und Chemotherapie eingesetzt, um das Wiederauftreten des Tumors zu verzögern.
Eine neuartige Ionenpumpe leitet Medikamente gezielt ins Gehirn
In den vergangenen Jahrzehnten wurden jede Menge neuer Chemotherapeutika entwickelt. Diese Medikamente werden meist entweder intravenös oder in Tablettenform verabreicht. Um das Gehirn zu erreichen, müssen sie zunächst über den Blutkreislauf im System verteilt werden und dann die Blut-Hirn-Schranke passieren. Diese Schranke verhindert allerdings, dass unzählige Substanzen, die im Körper im Blut zirkulieren, auch ins Gehirn gelangen. Nur wenige Medikamente gelangen auch an ihren Wirkungsort gelangen und kommen dort effektiv zum Einsatz.
Die Forscherteams der Medizinischen Universität Graz und der Universität Linköping haben nun eine Methode entwickelt, bei der mithilfe einer implantierten Ionenpumpe die Blut-Hirn-Schranke umgangen und das Chemotherapeutikum hochpräzise ins Gehirn geleitet werden kann.
Nervenzellen schonen
„Die Glioblastom-Behandlung, die derzeit in den Kliniken eingesetzt wird, schädigt Krebs- und Nervenzellen in gleichem Maße. Mit der Ionenpumpe bekämpfen wir jedoch nur die Krebszellen, gleichzeitig werden Neuronen nicht beschädigt. Außerdem zeigen unsere Experimente an kultivierten Glioblastomzellen, dass mit der Ionenpumpe mehr Krebszellen abgetötet werden als mit der manuellen Behandlung“, so Linda Waldherr, Universitätsassistentin an der Medizinischen Universität Graz. Sie hat die soeben im Fachjournal „Advanced Materials Technologies“ publizierte Studie gemeinsam mit den Forschenden der Universität Linköping durchgeführt.
Dass die Ionenpumpe nur wenig Strom benötigt, um das Chemotherapeutikum zu befördern, ist ein Vorteil, da dadurch Neuronen nicht aktiviert und somit ungewollte Nervensignale verhindert werden. Der niedrige Strom und die niedrige Spannung bedeuten auch, dass eine mögliche therapeutische Technologie keine großen Stromversorgungen oder Batterien für den Betrieb benötigt.
Weitere Schritte
Rainer Schindl, Biophysiker an der Medizinischen Universität Graz und Mitautor der Studie, beschreibt weitere Vorteile: „Der Druck im Gehirn ist extrem empfindlich. Wenn man nun eine Ionenpumpe zum Transport des Medikaments verwendet, anstatt eines flüssigkeitsbetriebenen Geräts, wird der Hirndruck nicht beeinflusst. Außerdem wird die Dosierung elektrisch gesteuert, was die Abgabe des Chemotherapeutikums äußerst präzise macht. Der nächste Schritt wird sein, die Ionenpumpe zu nutzen, um verschiedene Chemotherapeutika zu evaluieren, die bisher zu starke Nebenwirkungen hatten oder die Blut-Hirn-Schranke nicht passieren konnten.“
Der Wissenschaftsfonds FWF hat das Forschungsprojekt im Rahmen des 1000-Ideen-Programms mitfinanziert, ebenso wie die Österreichische Akademie der Wissenschaften, die Knut-und-Alice-Wallenberg-Stiftung sowie die Schwedische Stiftung für Strategische Forschung.
Bildquelle: Quelle: Linda Waldherr
Zu den Personen
Rainer Schindl ist assoziierter Professor für Ionenkanäle und Optobioelektronik am Institut für Biophysik der Medizinischen Universität Graz. Der Wissenschaftler leitet das 1000-Ideen-Projekt „ELPHI: Ein steuerbares Implantat für Chemotherapie im Gehirn“, das 2020 vom Wissenschaftsfonds FWF bewilligt wurde. Sein Forschungsfokus ist Elektrophysiologie und bioelektronische Medizin.
Silke Patz ist Senior Scientist in der Forschungseinheit Experimentelle Neurotraumatologie der Universitätsklinik für Neurochirurgie in Graz. Die Neurobiologin unterstützt das Projekt mit ihrer Expertise in Neurowissenschaften und neurologischen Krebserkrankungen.
Linda Waldherr ist Postdoc-Forscherin am Institut für Biophysik, einem Bereich des „Gottfried Schatz Forschungszentrums“, an der Medizinischen Universität Graz. Die Biochemikerin beschäftigt sich u. a. mit neurologischen Erkrankungen und Systemen zur Wirkstoffabgabe.
Publikation
Linda Waldherr, Maria Seitanidou, Marie Jakešová et al.: Targeted chemotherapy of glioblastoma spheroids with an iontronic pump, in: Advanced Materials Technologies 2021
Bild und Text ab Montag, 3. Mai 2021 ab 9.00 Uhr MEZ verfügbar unter: https://scilog.fwf.ac.at
Dr. Polwin-Plass Lydia Inhaberin und Chefredakteurin
Als promovierte Journalistin / Publizistin und Pressefotografin befasse ich mich mit verschiedenen Themenschwerpunkten: Vertrieb, Marketing, Bildung, Arbeitsmarkt, Kultur und Alternativmedizin. Zu medizinischen Themen konnte ich mir im Laufe der Jahre durch Recherche, Lektüre und das Verfassen zahlreicher Gesundheitsbroschüren viel Wissen und Erfahrung aneignen. Im Frühjahr 2015 gründete ich mein erstes Online Magazin "Metalogy.de" und 2019 folgte "Gesund heute und morgen".