Ultraschall-aktivierte Nanobläschen überwinden Tumorbarrieren und verbessern die Wirkstoffzufuhr
Forschende der Case Western Reserve University nutzen ultraschall-aktivierte, mit inertem Gas gefüllte Nanobläschen, um kollagenreiche Barrieren um solide Tumoren aufzubrechen. Dadurch können Medikamente und Immunzellen besser in den Tumor eindringen; klinische Studien könnten nach einem geplanten FDA-Antrag innerhalb von zwei Jahren möglich werden.
Forscherinnen und Forscher der Case Western Reserve University haben einen Weg gefunden, eine der hartnäckigsten Abwehrmechanismen von Krebs zu durchbrechen: die undurchdringliche Festung, die solide Tumoren um sich herum errichten. Durch das Injizieren von mit inerten Gasen gefüllten Nanobläschen in Tumoren und deren „sanftes Schütteln“ mittels Ultraschall gelang es dem Team, die Tumorbarrieren so weit abzubauen, dass therapietragende Moleküle ins Innere gelangen konnten – so die Ergebnisse einer neuen Studie, die in ACS Nano veröffentlicht wurde.
„Die physische Barriere begrenzt die Verabreichung von Krebsmedikamenten, insbesondere bei neuen Immuntherapien“, sagte der stellvertretende Lehrstuhlinhaber und Professor für Biomedizintechnik, einer gemeinsamen Abteilung der Case School of Engineering und der Case Western Reserve School of Medicine. „Wir haben eine Strategie entwickelt, die ultraschall-aktivierte Nanobläschen nutzt, um die Tumormikroumgebung (tumor microenvironment) schonend umzubauen und die Tumorwände effektiv kollabieren zu lassen – und damit die Tür für Medikamente und Immunzellen zu öffnen.“
Die Therapie könnte potenziell zügig in die klinische Testung überführt werden, da die Nanobläschen bereits zur Detektion von Prostatakrebs kommerzialisiert werden und der Ultraschall von der U.S. Food and Drug Administration (FDA) zugelassen sowie kommerziell verfügbar ist.
Während Tumoren wachsen, bilden sie um sich herum ein ungewöhnlich steifes, dichtes Gewebe – überwiegend aus Kollagen, dem Protein, das auch Narbengewebe bildet. Diese Barriere verhindert, dass moderne Immuntherapien, insbesondere in Lipidnanopartikeln transportierte RNA, die Immunzellen im Inneren des Tumors erreichen.
In einem Brustkrebsmodell injizierten die Forschenden Nanobläschen, die mit dem inerten Gas Perfluorpropan gefüllt waren, in einen Tumor. Anschließend richteten sie mithilfe von Ultraschall Schallwellen auf den Tumor, um die Bläschen sanft „zu rütteln“ und so die steife Tumorstruktur abzubauen, ohne Zellen zu zerstören.
Die Zusammenarbeit zwischen dem Labor für Nanotechnologie und Immuntherapie sowie dem Labor für Ultraschall und Nanomedizin des Henry Willson Payne Professor of Radiology an der medizinischen Fakultät und Direktors des CWRU Center for Imaging Research zeigte, dass die Tumoren weicher, homogener und für Immunzellen sowie Nanopartikel besser durchdringbar wurden.
„Wir senken die Abwehr des Krebses und geben unseren Therapien eine faire Chance, tatsächlich zu gewinnen“, sagte der Professor für Biomedizintechnik. „Wir haben kein neues Medikament erfunden, aber es hat das Potenzial, jede bestehende oder neu entstehende Therapie deutlich wirksamer zu machen.“
Noch bemerkenswerter: Die Behandlung aktivierte Immunzellen, die sich bereits im Tumor befanden, ohne zusätzliche Therapien. „Sie beginnen, Gefahrensignale auszuschütten und weitere Immunzellen an den Tumorort zu rekrutieren“, sagten die Forschenden. „Und nicht nur das: Die Killer-T-Zellen, die diesen Krebs angreifen, suchen anschließend auch andere Tumoren auf – sogar solche, die nicht behandelt wurden.“
Die Nanobläschen-Behandlung machte die Tumoren für mindestens fünf Tage weicher, während unbehandelte Tumoren steifer wurden und sich schwieriger behandeln ließen. Als die Forschenden später Lipidnanopartikel injizierten, die RNA enthielten und die T-Zell-Aktivität des Tumors verstärkte, verteilte sich die Behandlung im gesamten Tumor, statt an der Injektionsstelle zu verbleiben.
„Jeder Tumor, aus dem man eine Biopsie entnehmen kann, könnte potenziell mit Nanobläschen versorgt werden“, erklärten die Forschenden. „Das ist besonders wichtig bei soliden Tumoren, die schwer zu behandeln sind und bei denen Ultraschall bereits eingesetzt wird, etwa bei Leber-, Prostata- und Eierstockkrebs.“
Die im Labor entwickelten Nanobläschen werden von Visano Theranostics, einem vom Professor mitgegründeten Unternehmen, zur Detektion von Prostatakrebs kommerzialisiert. Ein Antrag auf Investigational New Drug wird innerhalb der nächsten 18 Monate bei der FDA eingereicht; die therapeutische Anwendung könnte sich daran anlehnen und dadurch klinische Studien innerhalb von zwei Jahren ermöglichen.
Die Forschung wurde durch Fördermittel des Case Comprehensive Cancer Center und der National Institutes of Health unterstützt.