News: Dem Krebs einheizen
Eine zündende Idee: Die Zellen unseres Körpers reagieren sehr empfindlich auf Wärme - so auch Krebszellen. Winzige Nanopartikel sollen deshalb gezielt im Tumorgewebe zum thermischen Vernichtungsschlag ausholen.
© Proceedings of the National Academy of Sciences (Ausschnitt)
An frostig kalten Wintertagen ein Besuch in der Sauna: Was für uns eine Wohltat für Körper und Seele darstellt, würde einer einzelnen Körperzelle ein schnelles Ende bereiten. Denn schließlich kann sie, im Gegensatz zu uns, nicht schwitzen. Übermäßige Wärmeeinwirkung überlebt sie nicht – ein ganz heißer Tipp, wenn es um Zellen geht, die man gerne loswerden würde; gemeint sind dabei Krebszellen.
Nach wie vor werden Tumoren meist operativ entfernt. Eine bewährte Methode bei ausreichend großen, gut abgegrenzten Tumoren, die sich zudem an leicht erreichbaren Stellen im Körper befinden. Aber was ist, wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind? Solchen nicht operierbaren Tumoren versucht man bislang, mit Bestrahlung oder Chemotherapie zu Leibe zu rücken. Die dabei auftretenden, schlimmen Nebenwirkungen sind wohl allgemein bekannt und schreien förmlich nach Alternativen.
Die Idee, Tumoren durch Wärmeeinwirkung aus dem Wege zu räumen, ist nicht neu. Oberstes Ziel aller bisher existierenden Strategien ist immer, nur die bösartigen Krebszellen zu zerstören und das umliegende gesunde Gewebe möglichst unversehrt zu lassen. An genau diesem wunden Punkt scheitern jedoch viele der Methoden. Jetzt aber hat sich auch die Nanotechnologie ins Geschehen eingemischt – und einen sehr vielversprechenden Ansatz präsentiert.
Metallische "Nanoshells", winzig kleine Kugeln aus Siliciumdioxid, ummantelt mit einer hauchdünnen Goldschicht, sollen dem Krebs im wahrsten Sinne des Wortes die Hölle heiß machen, so der Plan von Forschern der Rice University in Houston. Diese Kügelchen weisen ein Plasmonresonanz genanntes Phänomen auf. Dabei werden die Elektronen, die für die elektrische Leitung des Metalls verantwortlich sind, durch die Absorption von Licht kollektiv zum Schwingen gebracht.
Jennifer West und ihre Mitarbeiter hatten die Idee, die Nanokügelchen im Tumorgewebe zu verteilen, wo sie nach Aufnahme von Licht diese Energie an ihre Umgebung wieder abgeben und somit die bösartigen Zellen thermisch zerstören sollten. Eine wichtige Voraussetzung für eine solche nicht-invasive Wärmelieferung in das kranke Gewebe war, dass die Partikel in einem Wellenlängenbereich besonders stark absorbierten, in dem das umliegende Gewebe dies nicht tat. Denn sonst könnte das Licht gar nicht zu den Partikeln gelangen, sondern würde bereits vorher von dem darüber liegenden Gewebe abgefangen werden. Zudem könnte die Strahlung dann auch die gesunden Zellen schädigen.
Deshalb stimmten die Forscher die Partikeleigenschaften über die Dicke des Kerns und der Goldummantelung so ab, dass die Kügelchen bei einer Wellenlänge von 820 Nanometern besonders stark absorbierten. In diesem nahen Infrarotbereich absorbiert das Körpergewebe hingegen so gut wie gar nicht. Als optimal erwies sich dabei ein Partikeldurchmesser von 130 Nanometern.
Wie sich in Experimenten zeigte, nahmen Brustkrebszellen diese Nanokügelchen problemlos in sich auf. Anschließend bestrahlten die Wissenschaftler die Zellen mit Infrarotlicht (bei 35 Watt pro Quadratzentimeter) und beobachteten, dass diese schon nach sieben Minuten irreversible Schäden zeigten und abstarben.
Hingegen zeigte die Strahlung auf Proben ohne die Nanopartikel keine Wirkung. Auch eine Behandlung nur mit den Nanokugeln ohne anschließende Bestrahlung hatte keine schädigende Wirkung auf die Zellen. Diese Kontrollexperimente belegten, dass die beiden Therapiekomponenten – jede für sich genommen – recht harmlos sind. Erst durch ihre Kombination wurde es sehr ungemütlich für die Tumorzellen.
West und ihre Mitarbeiter gingen noch einen Schritt weiter und spritzten die Nanoshells in Tumoren von Mäusen. Und auch hier erwies sich die Methode als erfolgreich: Schon eine 4- bis 6-minütige Bestrahlung (bei 4 Watt pro Quadratzentimeter) erwärmte das kranke Gewebe im Durchschnitt um 37 Grad Celsius, und dem konnten die Krebszellen natürlich nicht standhalten. Hingegen blieb das gesunde Gewebe unversehrt.
Diese Ergebnisse sprechen wohl für sich. Zudem sind die neuartigen Nanoshells aufgrund ihrer starren Struktur und robusten Goldoberfläche sehr unempfindlich gegenüber chemischer oder thermischer Zersetzung – eine weitere wichtige Voraussetzung, damit dieser Methode der Sprung vom Laborversuch zur medizinischen Anwendung gelingen kann.
Weitere Untersuchungen sollen zeigen, ob und inwieweit sich die Tumoren von der Behandlung wieder erholen und weiter wachsen – oder aber sich zurückbilden. Außerdem planen die Wissenschaftler, die Partikel noch zu modifizieren, damit die kleinen Wärmelieferanten noch leichter in die Zellen eindringen können.
Nach wie vor werden Tumoren meist operativ entfernt. Eine bewährte Methode bei ausreichend großen, gut abgegrenzten Tumoren, die sich zudem an leicht erreichbaren Stellen im Körper befinden. Aber was ist, wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind? Solchen nicht operierbaren Tumoren versucht man bislang, mit Bestrahlung oder Chemotherapie zu Leibe zu rücken. Die dabei auftretenden, schlimmen Nebenwirkungen sind wohl allgemein bekannt und schreien förmlich nach Alternativen.
Die Idee, Tumoren durch Wärmeeinwirkung aus dem Wege zu räumen, ist nicht neu. Oberstes Ziel aller bisher existierenden Strategien ist immer, nur die bösartigen Krebszellen zu zerstören und das umliegende gesunde Gewebe möglichst unversehrt zu lassen. An genau diesem wunden Punkt scheitern jedoch viele der Methoden. Jetzt aber hat sich auch die Nanotechnologie ins Geschehen eingemischt – und einen sehr vielversprechenden Ansatz präsentiert.
Metallische "Nanoshells", winzig kleine Kugeln aus Siliciumdioxid, ummantelt mit einer hauchdünnen Goldschicht, sollen dem Krebs im wahrsten Sinne des Wortes die Hölle heiß machen, so der Plan von Forschern der Rice University in Houston. Diese Kügelchen weisen ein Plasmonresonanz genanntes Phänomen auf. Dabei werden die Elektronen, die für die elektrische Leitung des Metalls verantwortlich sind, durch die Absorption von Licht kollektiv zum Schwingen gebracht.
Jennifer West und ihre Mitarbeiter hatten die Idee, die Nanokügelchen im Tumorgewebe zu verteilen, wo sie nach Aufnahme von Licht diese Energie an ihre Umgebung wieder abgeben und somit die bösartigen Zellen thermisch zerstören sollten. Eine wichtige Voraussetzung für eine solche nicht-invasive Wärmelieferung in das kranke Gewebe war, dass die Partikel in einem Wellenlängenbereich besonders stark absorbierten, in dem das umliegende Gewebe dies nicht tat. Denn sonst könnte das Licht gar nicht zu den Partikeln gelangen, sondern würde bereits vorher von dem darüber liegenden Gewebe abgefangen werden. Zudem könnte die Strahlung dann auch die gesunden Zellen schädigen.
Deshalb stimmten die Forscher die Partikeleigenschaften über die Dicke des Kerns und der Goldummantelung so ab, dass die Kügelchen bei einer Wellenlänge von 820 Nanometern besonders stark absorbierten. In diesem nahen Infrarotbereich absorbiert das Körpergewebe hingegen so gut wie gar nicht. Als optimal erwies sich dabei ein Partikeldurchmesser von 130 Nanometern.
Wie sich in Experimenten zeigte, nahmen Brustkrebszellen diese Nanokügelchen problemlos in sich auf. Anschließend bestrahlten die Wissenschaftler die Zellen mit Infrarotlicht (bei 35 Watt pro Quadratzentimeter) und beobachteten, dass diese schon nach sieben Minuten irreversible Schäden zeigten und abstarben.
Hingegen zeigte die Strahlung auf Proben ohne die Nanopartikel keine Wirkung. Auch eine Behandlung nur mit den Nanokugeln ohne anschließende Bestrahlung hatte keine schädigende Wirkung auf die Zellen. Diese Kontrollexperimente belegten, dass die beiden Therapiekomponenten – jede für sich genommen – recht harmlos sind. Erst durch ihre Kombination wurde es sehr ungemütlich für die Tumorzellen.
West und ihre Mitarbeiter gingen noch einen Schritt weiter und spritzten die Nanoshells in Tumoren von Mäusen. Und auch hier erwies sich die Methode als erfolgreich: Schon eine 4- bis 6-minütige Bestrahlung (bei 4 Watt pro Quadratzentimeter) erwärmte das kranke Gewebe im Durchschnitt um 37 Grad Celsius, und dem konnten die Krebszellen natürlich nicht standhalten. Hingegen blieb das gesunde Gewebe unversehrt.
Diese Ergebnisse sprechen wohl für sich. Zudem sind die neuartigen Nanoshells aufgrund ihrer starren Struktur und robusten Goldoberfläche sehr unempfindlich gegenüber chemischer oder thermischer Zersetzung – eine weitere wichtige Voraussetzung, damit dieser Methode der Sprung vom Laborversuch zur medizinischen Anwendung gelingen kann.
Weitere Untersuchungen sollen zeigen, ob und inwieweit sich die Tumoren von der Behandlung wieder erholen und weiter wachsen – oder aber sich zurückbilden. Außerdem planen die Wissenschaftler, die Partikel noch zu modifizieren, damit die kleinen Wärmelieferanten noch leichter in die Zellen eindringen können.
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