Nanotechnologie: Gezielter Angriff auf bösartige Zellen


Nanotechnologie: Gezielter Angriff auf bösartige Zellen

Mit Nanotechnologie, Gold und Lasern: An der Universität Duisburg-Essen entwickeln Forscher eine ungewöhnliche Methode, um das Wachstum von Tumoren auf zuhalten.

Nanotechnologie: Wissenschaft der kleinsten Dimension

Als Ronja Schirrmann an diesem Dienstagmorgen um halb neun die Laborräume betritt, ist sie eine der ersten aus ihrer Arbeitsgruppe. Es wird ein langer Tag werden, das ist der Nachwuchswissenschaftlerin bewusst, seit sie das heutige Experiment geplant hat. Zwölf Stunden Minimum – so lange dauert es, bis sie die komplexe Versuchsreihe Schritt für Schritt durchlaufen hat und sie erste Daten sammeln kann. Schirrmann ist an der Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde der Universitätsmedizin Essen tätig. Sie ist Teil eines Forscherteams, das Wissenschaft in kleinsten Dimensionen betreibt – auf der Ebene von Nanoteilchen.
Das Wort „Nano“ stammt aus dem Griechischen und bedeutet „Zwerg“. Unfassbar winzig wäre wohl passender: Ein Nanometer ist der milliardste Teil eines Meters, also etwa die Größe eines Apfels verglichen mit der Größe der Erde. Nanoteilchen aus Gold sollen in Zukunft dabei helfen, schädliche Zellen abzutöten. Weitere Zutaten für diese Idee sind Antikörper und Laserstrahlen.

Im Visier: schädliche Immunzellen

Das Forscherteam hat es nicht auf die Krebszellen selbst abgesehen, sondern auf deren Handlanger: Immunzellen, die den Körper eigentlich beschützen sollen, aber nun die Seite gewechselt haben. „Wir arbeiten daran, dem Tumor eines seiner wichtigsten Werkzeuge zu entziehen – von ihm selbst umprogrammierte Zellen der Körperabwehr“, erläutert Schirrmann.

Normalerweise ist das Immunsystem darauf trainiert, Bedrohungen auszuschalten. Doch Tumorzellen können Immunzellen umprogrammieren. „Die Immunzellen helfen dem Tumor dann dabei, weiter zu wachsen, neue Blutgefäße zu bilden oder sich im Körper auszubreiten. Die Immunantwort auf die Bedrohung wird unterdrückt, Medikamente werden wirkungslos. Das wollen wir verhindern, indem wir die umprogrammierten Immunzellen abtöten.“

Nanotechnologie-Labor

Rezepte aus der Nanoküche

Doch zunächst muss Ronja Schirrmann die Zielobjekte ihres Experiments einsatzbereit machen. Als erstes werden die entsprechenden Immunzellen aus Blutproben isoliert – ein Vorgang, der einen großen Teil des Vormittags in Anspruch nimmt. Sind die Zellen bereit, werden sie im nächsten Schritt mit den verschiedenen Zutaten aus der Nanoküche vermischt. Die erste Zutat bilden spezielle Antikörper, welche bestimmte Oberflächenmoleküle auf den schädlichen Immunzellen erkennen und sich an sie heften. „Unsere Therapie soll ausschließlich bösartig gewordene Immunzellen abtöten“, erläutert Schirrmann. „Die gesunden Abwehrzellen bleiben unangetastet. “
Eine weitere Zutat sind an die Antikörper angekoppelte Moleküle, die erst aktiv werden, wenn sich die Antikörper mit ihren passenden Tumor- Immunzellen verbunden haben. Dann greifen sie sich buchstäblich die letzte Zutat in diesem Gemisch: winzige Nanostäbchen aus Gold. Ungefähr eine Stunde gibt Ronja Schirrmann den Nanowerkzeugen Zeit, um ihr Ziel zu erkennen und zu binden. Zeit genug für sie, eine Kleinigkeit zu essen und ihrem Chef, Professor Dr. Sven Brandau, einen Besuch abzustatten.

Immuntherapie 2.0

Seit mehr als 20 Jahren beschäftigt sich der Biologe schon mit Immuntherapien gegen Krebs, die mittlerweile fest in der klinischen Praxis etabliert sind. „Doch immer wieder entdecken wir Schlupflöcher, die Tumore ausnutzen, um dem Immunsystem zu entgehen. Mit dem Einzug der Nanotechnologien in die Krebsmedizin haben sich jedoch neue Möglichkeiten für die weltweite Forschergemeinde ergeben “, so Brandau.

Visionäre neue Konzepte

Das Essener Projekt, das die Deutsche Krebshilfe mit 798.000 Euro unterstützt, ist Teil des Förderprogramms „Visionäre neue Konzepte in der Krebsforschung“. Damit unterstützt die Stiftung zukunftsweisende und unkonventionelle Projekte mit dem Ziel, neue und bisher kaum betretene Pfade in der Krebsforschung zu gehen. „Wir sind sehr froh, dass die Deutsche Krebshilfe hinter unserem Projekt steht“, sind sich Schirrmann und Brandau einig. Entstanden ist dieses ambitionierte Vorhaben in Zusammenarbeit mit Professorin Dr. Barbara Saccà von der Fakultät für Biologie der Universität Duisburg-Essen sowie Professor Dr. Sebastian Schlücker, Fakultät für Chemie der Universität Duisburg-Essen. „Ziel war es, unsere Kenntnisse aus dem jeweiligen Fachgebiet zu vereinen, um eine zielgerichtete Krebstherapie entwickeln zu können.“

Tumorwachstum durch Nanotechnologie aufhalten

Zurück im Labor: Ronja Schirrmann überführt das Gemisch aus Immunzell-Nanoteilchen nun in spezielle Gefäße. Diese stellt sie in einen großen Kasten, in dem sich ein speziell für das Projekt konstruierter, experimenteller Laser befindet. Schirrmann schließt die Klappe und startet per Mausklick das Bestrahlungsprogramm: Fünf Minuten lang werden die Zellen mit dem Laser bestrahlt. Die Nano-Goldstäbchen erhitzen sich dadurch auf 70 Grad – genug, um die bösartigen Immunzellen buchstäblich zum Schmelzen zu bringen. „Ein solches Verfahren wird als photothermale Therapie bezeichnet“, sagt Brandau. „Wenn wir diese Technologie für unsere Zwecke optimiert haben, können wir zukünftig gezielt krebsfördernde Zellen abtöten, ohne gesundes Gewebe zu beeinträchtigen.“ Später wird Schirrmann den Versuch auswerten und die Ergebnisse am nächsten Tag in einer
Videokonferenz mit den drei beteiligten Arbeitsgruppen diskutieren. Die Richtung ist klar: Wissenschaftler konnten bereits aufzeigen, dass das Unterdrücken schädlicher Immunzellen das Tumorwachstum aufzuhalten kann. Professor Brandau ist zuversichtlich: „Wir haben zwar noch viel Forschungsarbeit vor uns, sind aber optimistisch, dass wir dieses Verfahren zu einer neuartigen Präzisions-Immuntherapie weiterentwickeln können.“

Fachinterview: Therapiemethode für fast alle Tumorarten

Prof. Sven Brandau, Nanotechnologie

Professor Dr. Sven Brandau,

Klinik für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Universitätsklinikum Essen

Wie können die Nanowerkzeuge im Patienten zum Tumor gelangen?

„Antikörper sind frei beweglich und finden von selbst ihre Ziele. Geplant ist zunächst eine direkte Injektion in das Krebsgewebe. Dort würden sich die modifizierten Antikörper „frei verteilen“ und ihrer Aufgabenachgehen.“

Bei welchen Krebsarten könnte dieses Verfahren zum Einsatz kommen?

„Das Prinzip sollte bei fast allen soliden Tumorarten anwendbar sein. Die Wirksamkeit hängt weniger von der Krebsart an sich ab, sondern vielmehr davon, wie der Tumor im Inneren aufgebaut ist. Also beispielsweise, welche Zellen eingeströmt sind. Dies kann man auf Gewebeschnitten vor Therapiebeginn analysieren und dann entscheiden, ob das Verfahren in diesem speziellen Fall eingesetzt werden kann.“

Wie sind die Zukunftsaussichten?

„Wir entwickeln die Technik zunächst im Labor an isolierten Immunzellen und dreidimensionalen Zellkulturen von gesunden Spendern und Tumorpatienten. Im nächsten Schritt wäre dann ein präklinisches Modell notwendig, in dem wir die intratumorale Injektion und die Aktivierung der Nanowerkzeuge durch Laserlicht testen. Im Erfolgsfall bildet das System auch eine Plattformtechnologie, mit der im Grunde jede beliebige Zielzelle adressiert werden kann und durch Laserbestrahlung dann eliminiert wird.“

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