Radiosensibilisatoren, Nanotherapeutika und nanopartikelgebundenes Albumin-Paclitaxel

Nanotechnologie bildet bereits die Grundlage diagnostischer Instrumente unserer klinischen Praxis. Bestimmte im Blut zirkulierende Moleküle, die wir Tumormarker nennen, lassen sich mit Nanopartikeln (NT) heute empfindlicher und früher erkennen. So wurde ein biologischer Barcode-Test entwickelt, der Gold-NT zum Nachweis des prostataspezifischen Antigens PSA verwendet. Er erkannte PSA-Anstiege empfindlicher und half dadurch besser zu bestimmen, wer nach Prostataoperation eine Salvage-Strahlentherapie erhalten sollte.

• Was sind Nanopartikel, welche Beispiele gibt es? Nanotechnologie bei der Krebsdiagnose

Von Glioblastomzellen, einer Hirntumorart, ins Blut freigesetzte Mikrovesikel konnten mit NT-basierten Methoden nachgewiesen werden. Dadurch ließen sich Rückfallpotenzial und Therapieansprechen beurteilen.

Nanotechnologie wurde auch in Geräte zum Einfangen zirkulierender Tumorzellen integriert. Diese lösen sich vom Haupttumor in Gefäße ab und gelangen in den Blutkreislauf. In lebenswichtigen entfernten Organen bilden sie Keime für weitere Tumoren, also Metastasen, und lösen damit einen für viele Krebstodesfälle verantwortlichen Mechanismus aus. Ihre Nachweisinstrumente ermöglichen Echtzeitüberwachung und frühe Diagnose. Zudem könnten sie in der Strahlenonkologie die Echtzeitbeurteilung des Therapieansprechens erlauben.

Anorganische Nanopartikel und Radiosensibilisatoren

Seit Langem besteht Interesse an Radiosensibilisatoren. Diese Medikamente machen Tumorzellen empfindlicher für Bestrahlung und erhöhen so ihre Wirksamkeit. Dazu können Chemotherapeutika und zielgerichtete Medikamente dienen. Eine besondere Strategie verwendet Materialien hoher Ordnungszahl, um die Strahlendosis im Tumor zu erhöhen. Die absorbierte Dosis hängt mit der hohen Ordnungszahl des Materials zusammen. Ziel ist eine höhere Tumordosis bei niedrigerer Dosis für benachbartes Normalgewebe. Viele Studien verwendeten dafür Gold-NT. Gold besitzt eine hohe Ordnungszahl, wurde medizinisch bereits sicher eingesetzt und hat ein inertes, also inaktives, sicheres Profil. Der derzeit sicherste Verabreichungsweg scheint jedoch die direkte Tumorinjektion zu sein.

Nanotherapeutika zur Verstärkung der Radiochemotherapie

Radiochemotherapie, also gemeinsame Chemo- und Strahlentherapie, ist eine wichtige onkologische Option. Sie verlängerte Überleben und verbesserte Krankheitskontrolle, besitzt aber mehr Nebenwirkungen als andere Möglichkeiten. Eine ideale Behandlung steigert die Wirksamkeit und senkt Nebenwirkungen. Wie erwähnt besitzen NT wichtige Eigenschaften für den Chemotherapeutikatransport, etwa bevorzugte Tumoranreicherung und fehlendes Eindringen in normale Gefäße. Dadurch gelangt weniger Medikament in Normalgewebe, Nebenwirkungen sinken und der Wirkstoff wird langsam und kontrolliert verteilt.

Liposomale Formulierungen des Chemotherapeutikums Doxorubicin waren die ersten für Krebs entwickelten NT-Therapeutika. Dabei ist Doxorubicin in ein pegyliertes, also mit Polyethylenglykol beschichtetes Liposom eingekapselt. Das Medikament wurde gegen Kaposi-Sarkom entwickelt, eine AIDS-bezogene Erkrankung mit Läsionen an Haut, Mundinnerem, Nase, Rachen und anderen Organen. Liposomal umhülltes Doxorubicin ist weniger herztoxisch als die klassische Form und wird auch bei Eierstockkrebs und multiplem Myelom eingesetzt.

Nanopartikel-Albumin-gebundenes Paclitaxel (nab-Paclitaxel)ist ein kürzlich zugelassenes Nanopartikel-Chemotherapeutikum. Es trug positiv zur Behandlung von Bauchspeicheldrüsen-, Brust- und Eierstockkrebs bei. Durch radiosensibilisierende Eigenschaften erlaubte es auch eine Verringerung der Strahlendosis um bis zu %50.

Bei nichtkleinzelligem Lungenkrebs wurden polymere NT-Formulierungen von Paclitaxel und Docetaxel zusammen mit Strahlentherapie erprobt.

Außerdem werden NT-Formulierungen bestimmter als kleine Moleküle zu toxischer Medikamente mit weniger Nebenwirkungen und hoher Wirksamkeit einsetzbar. Wortmannin ist beispielsweise ein DNA-reparaturhemmender Radiosensibilisator. Seine NT-Formulierung wird 3-5 Mal besser vertragen als die kleine Molekülform.

Strahlenvermittelte Arzneimitteltransportsysteme mit NT

Strahlentherapie kann den Tumorzugang von NT-Therapeutika erleichtern. Ionisierende Strahlung kann die Durchlässigkeit tumorversorgender Gefäße erhöhen und den erwähnten EPR-Effekt auslösen (erhöhte Permeabilität und Retention: enhanced permeability and retention (EPR) effect). Bei ausreichend energiereicher Strahlung werden Atome ionisiert. Dabei können Elektronen abgegeben werden und Ionen entstehen. Lebende Zellen, besonders ihre DNA, werden dadurch geschädigt. Auf diesem Prinzip beruht Strahlentherapie: DNA-Schäden lösen Tumorzelltod aus.

Studien zeigten tatsächlich, dass Strahlentherapie die Tumoranreicherung von NT-Therapeutika erhöht. Diese bevorzugte Anreicherung kann anschließend durch hyperthermieausgelöste Wirkstofffreisetzung in eine wirksame Behandlung übergehen.

Nach den verfügbaren Daten und Studien könnte strahlenvermittelter Arzneimitteltransport eine neue Strategie der Krebsbehandlung sein.

Zukunft

Fortschritte der Krebsbehandlung verliefen parallel zu technologischen Entwicklungen. So wurde die als großer Fortschritt der Strahlenonkologie geltende intensitätsmodulierte Strahlentherapie (intensity-modulated radiation therapy) durch Fortschritte in Physik und Informatik möglich. Dass Nanotechnologie künftig eine große treibende Kraft der Onkologie sein wird, erscheint nahezu sicher.

NT-basierte Medikamente könnten somit die Strahlentherapie verstärken, metastatische Lymphknoten besser erkennbar machen, individualisierte Behandlung ermöglichen und eine stärkere Chemotherapiewirkung bei weniger Nebenwirkungen versprechen.