Einfach erklärt
Ein besonders aggressiver Hirntumor lässt sich schwer behandeln: Krebszellen wachsen zwischen gesundem Gewebe, und eine natürliche Schutzbarriere hält viele Medikamente vom Gehirn fern. Forschende haben bei Tieren eine Methode getestet, die mithilfe gezielter Schallwellen kleine Wirkstoffpäckchen ins Gehirn bringt. Dadurch wuchs der Tumor langsamer, und die Tiere lebten länger. Für eine Behandlung von Menschen ist die Methode aber noch nicht erprobt.
Ein Tumor, der sich nur schwer entfernen und kontrollieren lässt
Das Glioblastom ist der häufigste bösartige Hirntumor bei Erwachsenen und zählt zu den besonders aggressiven Krebsarten. In den USA sterben Schätzungen zufolge jedes Jahr mehr als 13.000 Menschen daran. Die Herausforderung besteht nicht nur darin, einen sichtbaren Tumor zu finden und zu entfernen: Krebszellen können auch in das gesunde Hirngewebe ringsum eindringen.
Wenn sich Tumorzellen mit gesundem Hirngewebe vermischen, ist für Chirurginnen und Chirurgen oft keine klare Grenze erkennbar. Sie können deshalb nicht ohne Weiteres alle Krebszellen entfernen, ohne dabei gesunde Bereiche des Gehirns zu schädigen. Zurückgebliebene Tumorzellen können die Krankheit weiter vorantreiben. Das macht es schwierig, das Glioblastom selbst nach einer Operation unter Kontrolle zu bringen.
Üblicherweise versuchen Ärztinnen und Ärzte zunächst, den Tumor so weit wie möglich operativ zu entfernen. Anschließend kommen Bestrahlung und Chemotherapie zum Einsatz, um verbliebene Krebszellen zu bekämpfen und das Leben der Patientinnen und Patienten zu verlängern. Doch auch mit diesen Behandlungsschritten bleibt die Erkrankung komplex. Sie können nicht sicherstellen, dass alle im gesunden Gewebe verteilten Krebszellen beseitigt werden. Daher richtet sich das Interesse auf neue Ansätze, die schwer erreichbare Tumorzellen aufspüren oder mehrere Faktoren angehen könnten, die das Wachstum des Tumors unterstützen.
Eine weitere Hürde ist unabhängig davon, wie sich der Krebs im Gehirn ausbreitet: die Blut-Hirn-Schranke. Dieses natürliche Schutzsystem trennt das Blut vom Hirngewebe und hält schädliche Stoffe wie Gifte und Krankheitserreger fern. Was das Gehirn schützt, erschwert jedoch zugleich die Behandlung: Viele Medikamente können die Barriere nicht in ausreichender Menge überwinden, um den Tumor zu erreichen.
Kleine Moleküle sollen mehrere Gene ins Visier nehmen
Das Team der University of Virginia schlägt einen Ansatz vor, der nicht nur ein einzelnes Ziel in der Krebszelle angreift. Im Mittelpunkt stehen sogenannte Mikro-RNAs, kleine Moleküle aus Erbmaterial, die die Aktivität von Genen beeinflussen können. In den von Roger Abounader geleiteten Versuchen identifizierten die Forschenden Mikro-RNAs, die in die Aktivität mehrerer Gene eingreifen können, die mit der Entstehung und dem Wachstum des Glioblastoms zusammenhängen.
Mehrere Gene ins Visier zu nehmen, könnte wichtig sein, weil Krebswachstum nicht unbedingt von einem einzigen Schalter abhängt. Verschiedene molekulare Prozesse können dazu beitragen, dass sich Tumorzellen vermehren und am Leben bleiben. Mikro-RNAs könnten grundsätzlich mehrere solcher Faktoren gleichzeitig bremsen, statt jeden davon mit einem eigenen Medikament anzugehen. Die Forschenden weisen darauf hin, dass es gegen einige Moleküle, die das Krebswachstum fördern, derzeit keine gezielten Medikamente gibt. Deshalb sei dieser Ansatz einen genaueren Blick wert.
Mehrere Angriffspunkte bedeuten allerdings weder, dass die Behandlung schon einsatzbereit wäre, noch, dass sie bei Patientinnen und Patienten sicher wirken würde. Entscheidend ist, ob die Moleküle das gewünschte Gewebe erreichen und dort in einem lebenden Organismus die Krebszellen beeinflussen. In dieser Studie geht es deshalb nicht darum, Mikro-RNAs einfach allein zu verabreichen. Untersucht wird vielmehr, wie sich die Moleküle transportieren und durch jene Barriere bringen lassen, die normalerweise viele Stoffe vom Gehirn fernhält.
Eine vorübergehende Öffnung der Blut-Hirn-Schranke
Um das Transportproblem anzugehen, kombinierte das Team Nanopartikel, die Mikro-RNAs tragen, mit gezielten Ultraschallwellen und winzigen Mikrobläschen. Mithilfe von Magnetresonanztomografie wird der Ultraschall auf den gewünschten Bereich ausgerichtet. So lässt sich der Eingriff auf die vorgesehene Stelle konzentrieren, statt ihn ungezielt auf das Gehirn wirken zu lassen.
Die winzigen Bläschen helfen dabei, die Blut-Hirn-Schranke unter Einwirkung des Ultraschalls kurzzeitig zu öffnen. Diese vorübergehende Veränderung gibt den Nanopartikeln die Gelegenheit, ins Gehirn zu gelangen und die Mikro-RNA mit sich zu führen. Sobald die genetische Fracht den Zielbereich erreicht hat, kann sie die Aktivität von Genen beeinflussen, die mit dem Tumorwachstum verbunden sind.
Der Ansatz bringt also drei Schritte zusammen: Der Ultraschall wird auf den passenden Bereich gerichtet, die Mikrobläschen ermöglichen einen begrenzten und vorübergehenden Durchtritt, und Nanopartikel transportieren die genetische Fracht. Dabei erfüllt jedes Element eine eigene Aufgabe. Die Schallwellen transportieren den Wirkstoff nicht selbst, die Bläschen sind nicht der Wirkstoff, der auf Gene zielt, und die Nanopartikel dienen als Transportmittel. Der Kern der Innovation ist die Kombination dieser Schritte, mit der die Moleküle gezielt ins Gehirn transportiert werden.
Die vorübergehende Öffnung der Blut-Hirn-Schranke bleibt ein sensibler Teil des Verfahrens, denn die Barriere erfüllt eine wichtige Schutzfunktion. Es reicht daher nicht, lediglich zu zeigen, dass die Wirkstofffracht ins Gehirn gelangen kann. Weitere Forschung muss klären, wie sich das Verfahren gezielt und zugleich sicher und wirksam einsetzen lässt. Die veröffentlichten Ergebnisse belegen nicht, dass die Technik bereits als Behandlung zur Verfügung steht. Sie beschreiben eine experimentelle Strategie, die noch untersucht wird.
Was haben die Versuche gezeigt?
Die Forschenden testeten das Verfahren sowohl im Labor als auch an Tiermodellen des Glioblastoms. Den Ergebnissen des Teams zufolge ging die Behandlung mit Mikro-RNA mit einem langsameren Tumorwachstum einher. Außerdem lebten die behandelten Tiere länger. Das sind ermutigende erste Hinweise, doch sie beantworten noch nicht, ob sich die Methode bei Menschen anwenden lässt oder wie sie im Vergleich zu etablierten Behandlungen abschneiden würde.
Zwischen einem Erfolg in einem Tiermodell und einer wirksamen Behandlung beim Menschen liegt ein weiter Weg. Bevor das Verfahren in Therapiestudien mit Patientinnen und Patienten geprüft werden kann, muss es in den nächsten Forschungsphasen weiter untersucht werden. Aus den vorgestellten Ergebnissen geht weder hervor, dass eine Behandlung am Menschen begonnen hat, noch, dass die Methode das Glioblastom heilen kann. Treffender ist daher: Das Team hat erste Hinweise darauf geliefert, dass sich der Transport genetischer Moleküle mit einer gezielten Öffnung der Blut-Hirn-Schranke verbinden lässt. Damit ist die Methode nicht als Behandlung der Krankheit erwiesen.
Dennoch wirft der Ansatz eine wichtige Forschungsfrage auf: Können kleine Moleküle aus Erbmaterial mehrere Faktoren ausschalten, die Krebs fördern, und zugleich die Barriere überwinden, die sie sonst vom Gehirn fernhält? Dass das Team das Tumorwachstum bei Tieren bremsen konnte, gibt dieser Frage eine experimentelle Grundlage, beantwortet sie aber noch nicht abschließend. Weitere Studien müssen zeigen, ob sich der Effekt in anderen Untersuchungen wiederholen lässt und anhält. Erst danach ließe sich prüfen, ob eine klinische Bewertung möglich ist.
Wer hinter der Forschung steht – und was die Ergebnisse aussagen
Geleitet wurde die Arbeit von Roger Abounader, der sowohl einen Doktortitel in Medizin als auch einen Ph.D. besitzt. Er ist Professor an der School of Medicine der University of Virginia und arbeitet in den Fachbereichen Mikrobiologie, Immunologie und Krebsbiologie. Seine Tätigkeit ist außerdem mit dem Comprehensive Cancer Center der Universität und dem Center for RNA Science and Medicine verbunden. Die Studie erschien im Journal of Clinical Investigation, kurz JCI. Der vollständige Text wurde von den Forschenden frei zugänglich gemacht.
An der Studie beteiligt waren außerdem Shekhar Saha, Ying Zhang, Myron K. Gilbert Jr., Colin Dobb, Farina Hanif, Elizabeth Qian Xu Mulhall, Silvia Bednarek, Yunan Sun, Pawel Marcinkiewicz, Xintao Wang, Jeong Kwak, Ahsan H. Bhullar, Haolin Li, Cady Hudson, Manikarna Dinda, Tapas Saha, Matthew McCord, Fadila de Jesus, Nicola Cruickshanks, Rosemar Rivera-Colon, Lily Del Olio, Rajitha Anbu, Wenji Liu, Sunghee Choi, Benjamin Kivas, Pankaj Kumar, Alexander L. Klibanov, David Schiff, Jung Soo Suk, Justin Hanz, Jaime Mata und Markus Hafner sowie Abounader.
Die wichtigste finanzielle Unterstützung kam vom National Cancer Institute, das zu den National Institutes of Health gehört. Sie wurde über die Fördermittel U01 CA220841 und P30 CA044579 bereitgestellt. Hinzu kam Unterstützung des National Institute of Neurological Disorders and Stroke über R01 NS122222 und R21 NS122136. Weitere Mittel erhielt das Team aus einem Pilotförderprogramm des Comprehensive Cancer Center der University of Virginia sowie von der Schiff Foundation, der Ben and Catherine Ivy Foundation und der Focused Ultrasound Foundation. Die Forschenden gaben an, keine finanziellen Interessen an der Arbeit zu haben.
Die Studie ist Teil der umfassenderen Bemühungen an der University of Virginia, den Einsatz fokussierten Ultraschalls in der Krebsforschung weiterzuentwickeln. Gemeinsam mit der Focused Ultrasound Foundation, die ihren Sitz in Charlottesville hat, gründete die Universität ein Zentrum. Dort soll untersucht werden, wie sich die Technik mit der Krebsimmuntherapie verbinden lässt. Das Comprehensive Cancer Center der Universität gehört zu den 57 Einrichtungen in den USA, die vom National Cancer Institute als umfassendes Krebszentrum anerkannt sind. Diese Hintergründe ändern jedoch nichts daran, dass die Glioblastom-Studie noch experimentell ist und einen Nutzen für Patientinnen und Patienten bislang nicht belegt hat.
Fazit
Die Arbeit verbindet zwei Ansätze: Mehrere Gene, die das Tumorwachstum unterstützen, sollen mit Mikro-RNAs beeinflusst werden, und fokussierter Ultraschall soll helfen, diese Moleküle durch die schützende Blut-Hirn-Schranke ins Gehirn zu bringen. Dafür setzte das Team der University of Virginia Nanopartikel mit Mikro-RNA sowie Ultraschall und winzige Bläschen ein, die einen vorübergehenden Durchtritt ermöglichen. In Labor- und Tierversuchen wuchs das Glioblastom langsamer, und die Tiere lebten länger. Das ist ein früher, vielversprechender Befund – aber noch kein Nachweis, dass das Verfahren Menschen hilft. Weitere Forschung ist nötig, bevor es als Behandlung geprüft werden kann. Die Studie zeigt eine mögliche Richtung, um zwei große Hürden zugleich anzugehen: die vielen Faktoren, die den Tumor am Leben halten, und die Schwierigkeit, Medikamente ins Gehirn zu bringen.