Vom Bioabfall zur Präzisionskrebsbehandlung
Diagnose und Behandlung von Krebs stützen sich oft auf unterschiedliche Technologien, was bedeutet, dass ärztliche Teams möglicherweise verschiedene Verfahren benötigen, um Tumore zu lokalisieren, ihre Eigenschaften zu bewerten und die Behandlung durchzuführen. Die Entwicklung sicherer Instrumente, die diese Funktionen in sich vereinen, könnte dazu beitragen, die Krebsbehandlung präziser zu gestalten und gleichzeitig die Belastung für die Betroffenen zu verringern.
Von Biomasse zu multifunktionalen Nanohybriden
Mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) hat das Team des Projekts UNAT(öffnet in neuem Fenster) ultrakleine Nanohybride auf Kohlenstoffbasis untersucht, die dazu dienen sollen, Krebsbildgebung und -therapie auf einer einzigen Plattform zu vereinen. Die Forschungsgruppe versucht, durch Integration organischer Kohlenstoffstrukturen mit Metallkomponenten deren komplementäre Eigenschaften für theranostische Anwendungen zu nutzen. Ein charakteristisches Merkmal dieses Ansatzes ist die Betonung einer nachhaltigen Synthese. Kohlenstoffkerne können aus Biomasse und Bioabfall hergestellt werden, darunter Kaffeeabfälle(öffnet in neuem Fenster) und Erdnussschalen(öffnet in neuem Fenster), die alternative Quellen zur Herstellung von Nanomaterialien darstellen. Die resultierenden Nanohybride können auf eine Weise funktionalisiert werden, dass sie steuern, wie sie mit biologischen Zellen interagieren und wo sie sich ansammeln.
Bildgebung und Behandlung auf einer Plattform
„Die innerhalb des Projekts UNAT entwickelten Nanohybride auf Kohlenstoffbasis stellen ein äußerst vielversprechendes medizinisches Instrument der nächsten Generation dar, da sie fortgeschrittene Diagnostik und gezielte Therapie nahtlos in einer einzigen, ultrakleinen Plattform vereinen“, erklärt Hauptforscher Vladimir Lysenko. Dank ihrer Winzigkeit (unter 20 nm) und ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften können die Nanohybride unterschiedliche Bildgebungssignale erzeugen. Im Gegensatz zu üblichen klinischen Kontrastmitteln sind die UNAT-Nanohybride bimodal und emittieren multispektrale Fluoreszenz zur hochauflösenden zellulären und intraoperativen Visualisierung. Gleichzeitig ermöglichen sie eine kontrastreiche Magnetresonanztomografie (MRT) tief im Gewebe. In der klinischen Praxis würde dies bedeuten, dass bei gleichzeitiger Aktivierung sowohl der Fluoreszenz- als auch der MRT-Signale in einem speziellen Bereich eine hohe diagnostische Sicherheit besteht, dass es sich um Krebsgewebe handelt. Wichtig ist, dass ihre ultrakleine hydrodynamische Größe und ihre negative Oberflächenladung eine schnelle und effiziente Ausscheidung sowohl über die Nieren als auch über die hepatobiliären Wege gewährleisten. Dadurch werden Risiken in Bezug auf Langzeittoxizität praktisch ausgeschlossen.
Auf gutem Weg zur personalisierten Krebsbehandlung
Im Zuge von UNAT wurde das Potenzial dieser Nanohybride nicht nur als Bildgebungsmittel, sondern auch als therapeutische Werkzeuge aufgezeigt. Mehrere Kohlenstoffpunkte zeigten in vivo eine intrinsische Antitumoraktivität(öffnet in neuem Fenster), wobei mit einer stickstoffreichen Formulierung in einem Mausmodell eine Hemmung des Tumorwachstums von bis zu 93 % erreicht und Lungenmetastasen reduziert wurden. Gadoliniumhaltige Nanohybride demonstrierten bei wiederholter Verabreichung in vivo radiosensibilisierende Wirkungen, was in einer 97 %igen Hemmung des Tumorwachstums resultierte. Obwohl noch erhebliche Schritte erforderlich sind, bevor ein klinischer Einsatz in Betracht gezogen werden kann, bilden die UNAT-Ergebnisse eine Grundlage für die Weiterentwicklung. Die Forschungsgruppe muss die Mechanismen hinter den starken Antitumoreffekten aufklären, die Verabreichung optimieren und die Nanohybride an einem breiteren Spektrum von Tumormodellen erproben. Die nächste Phase umfasst zudem den Schutz des geistigen Eigentums, die Maßstabserweiterung der Synthese unter den Bedingungen der guten Herstellungspraxis sowie formelle toxikologische und pharmakokinetische Studien, bevor potenzielle klinische Phase-I-Versuche stattfinden können. Verlaufen diese Schritte erfolgreich, könnte die multimodale Technologie zu einer stärker personalisierten Krebsversorgung beitragen und gezieltere Behandlungsentscheidungen sowie die langfristige Überwachung des Ansprechens auf die Therapie unterstützen. „Anstatt sich ausschließlich auf Reaktionen auf Populationsebene zu stützen, könnte ein solcher Ansatz dazu beitragen, diejenigen Patientinnen und Patienten zu ermitteln, die am ehesten von einer bestimmten Behandlung profitieren“, fasst Lysenko zusammen.
