Fokussierter Ultraschall zeigt Potenzial für Medikamentenabgabe und Behandlung von Gliomen

Neue Forschungsergebnisse von UVA Health zeigen, dass als Gliome bezeichnete Hirntumoren möglicherweise sogar empfänglicher für die gezielte Medikamentenabgabe mittels fokussiertem Ultraschall sind als normales Hirngewebe. Dies hilft, Bedenken zu zerstreuen, dass die Tumorgefäße den Ansatz unwirksam machen könnten. Bei der Technik werden winzige Mikrobläschen durch Schallwellen aktiviert, um die natürliche Schutzbarriere des Gehirns – die Blut-Hirn-Schranke – zu öffnen, sodass Medikamente genau dort eindringen können, wo sie benötigt werden.

In der Studie entwickelten die Forschenden ein hochauflösendes MRT-Protokoll, um die Öffnung der Blut-Hirn-Schranke und den molekularen Transport in der Tumormikroumgebung zu verfolgen. Anstatt Resistenzen aufgrund chaotischer Tumorgefäße zu zeigen, wies das Gliomgewebe eine gleichwertige oder überlegene Empfänglichkeit für die durch fokussierten Ultraschall vermittelte Öffnung der Blut-Hirn-Schranke auf als gesundes Hirngewebe. Die Abgabeeffizienz variierte direkt mit der Größe der molekularen Fracht: Mittelgroße Arzneimittelmoleküle akkumulierten deutlich effizienter als sehr kleine oder übergroße Wirkstoffverbindungen, was einen therapeutischen Größenbereich im „Goldlöckchen“-Stil identifiziert. Fokussierter Ultraschall ist nicht-invasiv und nutzt niederfrequente akustische Wellen, um die Blut-Hirn-Schranke vorübergehend und reversibel zu öffnen, ohne dass ein chirurgischer Schnitt oder eine Kraniotomie erforderlich ist.

Gliome sind die häufigsten primären Hirntumoren bei Erwachsenen, einschließlich Glioblastomen, der tödlichsten Form von Hirnkrebs. Allein in den Vereinigten Staaten sterben jedes Jahr mehr als 10.000 Menschen an Glioblastomen, und die Tumoren sind fast immer innerhalb von 5 bis 10 Jahren tödlich. In verwandten Arbeiten im Frühstadium des University of Virginia Comprehensive Cancer Center haben Wissenschaftler einen experimentellen Ansatz mit microRNAs entwickelt, die gleichzeitig mehrere fehlfunktionierende Gene unterdrücken können, die für die Entstehung und das Wachstum von Glioblastomen verantwortlich sind. Die Strategie kombiniert gehirnpenetrierende Nanopartikel, fokussierte Ultraschallwellen und Mikrobläschen, um die miRNAs durch die Blut-Hirn-Schranke zu transportieren. Im Tiermodell verlangsamte die miRNA das Tumorwachstum und verlängerte das Überleben. Die Ergebnisse wurden in JCI, dem Journal of Clinical Investigation, veröffentlicht.

Forschende des Imperial College London untersuchen in einem präklinischen Modell eine Reihe von Medikamenten in Kombination mit niedrigintensivem fokussiertem Ultraschall bei verschiedenen Subtypen niedriggradiger Gliome. Niedriggradige Gliome, die als Grad 2 eingestuft werden, sind krebsartige Hirntumoren, die zunächst langsam wachsen, aber im Laufe der Zeit unweigerlich zu hochgradigen, schnell wachsenden Tumoren fortschreiten. Der fokussierte Ultraschall wird verwendet, um die Blut-Hirn-Schranke vorübergehend zu öffnen und Medikamenten einen besseren Zugang zum Tumor zu verschaffen.

Separat ermöglicht ein von der Universität Trient, dem Bambino-Gesù-Kinderspital und der Sapienza-Universität Rom entwickeltes dreidimensionales Versuchssystem die Untersuchung von Arzneimittelantworten bei niedriggradigen Gliomen, einem Tumor des zentralen Nervensystems, der häufig bei Kindern auftritt. Die Forschenden erzeugten Organoide aus pluripotenten Stammzellen und verwendeten sie zur Entwicklung des Tumors. Die Organoide reproduzieren die molekularen Eigenschaften niedriggradiger Gliome etwas originalgetreuer als Zellen in einschichtiger Kultur und ähneln den Tumoren von Patienten stärker. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Molecular Cancer veröffentlicht.

Hirntumoren umfassen mehr als 100 verschiedene Tumortypen, jeweils mit einzigartigen molekularen und klinischen Merkmalen. Der Behandlungsstandard für Glioblastome ist seit Jahrzehnten weitgehend unverändert: Die chirurgische Resektion gefolgt von Bestrahlung und Temozolomid-Chemotherapie ist nach wie vor die dominierende Behandlungsoption. Die Blut-Hirn-Schranke bleibt ein Haupthindernis und begrenzt das Eindringen vieler kleiner Moleküle und Biologika in das zentrale Nervensystem.