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Bessere Strahlentherapie : Lichttherapie gegen tief verborgene Tumoren

Licht kann eine wirksame Waffe gegen Krebs sein: Bei der fotodynamischen Therapie lässt es im Tumor Zellgifte entstehen und tötet ihn gezielt. Das klappt bisher nur bei wenigen Krebsformen: Ein paar ausgeklügelte technische Tricks könnten das aber ändern.
Krebszelle

Die fotodynamische Therapie wäre im Prinzip eine recht schonende und wirksame Waffe der Tumormedizin. Dabei arbeiten Lichtbestrahlung, lichtsensitive Chemikalien und Sauerstoff Hand in Hand gegen Tumoren: Das gezielt auf die Krebszellen gerichtete Licht zerlegt dort zunächst harmlose Fotosensibilisator-Moleküle in Substanzen, die nun vor Ort Sauerstoff in toxische Formen umbauen und die entarteten Zellen so von innen heraus irreparabel schädigen. Dieses Prinzip bewährt sich auch schon – leider bisher aber nur bei nahe an der Oberfläche liegenden und gut mit Sauerstoff versorgten Tumoren, die ohne großen chirurgischen Aufwand belichtet werden können. Mit bestimmten Nanopartikeln und einer anderen Art von Strahlung könnte sich das jedoch in Zukunft ändern, hoffen Forscher von der Washington University School of Medicine in St. Louis: Sie haben die Technik in zwei Punkten so abgeändert und perfektioniert, dass mit ihr vielleicht auch tief im Körper versteckte Tumorzellen attackiert werden. Zumindest in Mäusen funktioniert das auch schon, beschreiben die Forscher in "Nature Nanotechnology".

Die Forscher wollten vor allem die Vorteile der fotodynamischen Therapie erhalten – ihre gezielte Wirkung nur auf Tumoren und die geringe Belastung für gesunde Zellen durch sichtbares Licht –, gleichzeitig aber ihre zwei kritischen Schwachstellen ausmerzen: die durch die geringe Eindringtiefe von Lichtwellen in das Gewebe beschränkte Einsetzbarkeit und die Abhängigkeit von Sauerstoff, auf der letztlich die toxische Wirkung beruht. Gegen beide Probleme setzten sie nun auf gängige medizinische Radionuklide, die auch tief im Gewebe so genannte Tscherenkow-Strahlung freisetzen. Diese regt vor Ort dann bestimmte Titandioxid-Nanopartikel an, welche schließlich, ohne Sauerstoff zu benötigen, Tumoren effizient zerstören.

Tscherenkow-Strahlung – bekannt etwa als bläuliches Leuchten im Abklingbecken von Atombrennstäben – entsteht als Sekundärstrahlung, sobald sich geladene Teilchen mit sehr hoher Geschwindigkeit durch Wasser und Gewebe bewegen: Sie polarisieren im Vorbeiflug Atome, die dann ihrerseits elektromagnetische Wellen vor allem im UV-Bereich abstrahlen. Ähnliches ereignet sich aber auch im Körper, wenn eine routinemäßige bildgebende Positronenemissionstomografie (PET) durchgeführt wird. Dabei zerfallen Radionuklide und setzen die schnellen Teilchen und UV-Licht frei. Die Mediziner erzeugten nun mit solchen typischen PET-Radionukliden Tscherenkow-Strahlung in Tumorgeweben und regten dabei gezielt UV-sensitive Nanopartikel aus Titandioxid (TiO2)an, die schließlich hocheffiziente Zellgifte wie Hydroxyl- und Superoxidradikale erzeugten.

Verbesserte fotodynamische Therapie
Verbesserte fotodynamische Therapie | Bei der verbesserten fotodynamischen Therapie werden typische Radionuklide wie bei einer PET eingesetzt, um in Tumorgewebe Tscherenkow-Strahlung freizusetzen. Diese Strahlung wirkt dann aktiv auf UV-sensitive Nanopartikel aus Titandioxid und regt zur Bildung von wirksamen Zellgiften wie Hydroxyl- und Superoxidradikalen an. Diese zerstören dann die Tumoren. Möglich ist auch der Einsatz von Titanocendichlorid (rechts): Es zerfällt unter der Strahlungswirkung etwa in Cyclopentadienyl-Radikale; und schließlich in für die Tumorzellen noch toxischere Endprodukte. Beide Nanopartikel – Titandioxid- und Titanocendichlorid – erzielen zusammen wahrscheinlich eine noch stärkere Wirkung, wie erste Versuche an krebskranken Mäusen belegen.

In Mäusen mit einer bestimmten Form von Lungenkrebs zerstörte ein solcher therapeutischer Doppelschlag aus lokal freigesetzter Tscherenkow-Strahlung und TiO2-Nanoteilchen tatsächlich effizient Tumorzellen, deren Überreste dann von Fresszellen des Immunsystems abgebaut wurden, berichten die Forscher. Zielgenau wird die Tumorattacke, wenn Strahlungsquelle und Nanoteilchen nur im zu attackierenden bösartigen Gewebe zusammenwirken, so die Forscher. Das gelinge schon, weil man auf die lange Erfahrung aus der PET zurückgreifen kann: So detektieren Mediziner ohnehin bereits mit Radionukliden wie FDG Tumoren zu diagnostischen Zwecken, denn die Marker sammeln sich in Krebszellen mit ihrem hochaktiven Zuckerstoffwechsel. Daher müsse nur noch Sorge getragen werden, auch die Nanoteilchen in die Umgebung der Radionuklid-Strahlungsquelle zu schleusen.

Weil alle eingesetzten Moleküle schon in anderen Szenarien für die Anwendung am Menschen zugelassen sind, hoffen die Forscher ihre Methode schon recht bald vom Mäuseversuch in die klinische Praxis weiterentwickeln zu können. Zeit würde es immerhin, denn die Idee zur fotodynamischen Therapie geht schon auf den Beginn des 20. Jahrhunderts und den Südtiroler Pharmakologen Hermann von Tappeiner zurück. Bis heute bewährte sich der Ansatz bei allen Vorteilen wegen seiner methodischen Einschränkungen aber nur in einigen Spezialfällen, etwa in der Augenheilkunde. Gegen Tumorerkrankungen regt man unter Rotlichtbestrahlung Hautcremes mit dem fotosensibilisierenden Molekül MAOP an, das spezifisch in bösartige Zellen geschleust wird, dort zerfällt und die Tumoren angreift. Dies gelingt aber nur bei bestimmten oberflächennahen und flächigen Tumoren.

10. KW 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 10. KW 2015

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