Neue Nano-Partikel sollen aggressive Hirntumore im Operationssaal bekämpfen

St. Gallen – Aggressive Hirntumore wie Astrozytome gehören zu den schwierigsten Krebsarten. Sie wachsen diffus ins gesunde Gewebe ein, lassen sich oft nicht vollständig entfernen und kehren bei rund 70 Prozent der Patientinnen und Patienten zurück. Die Fünf-Jahres-Überlebensrate liegt bei etwa fünf Prozent. Ein Forschungsteam aus St. Gallen arbeitet nun an einem neuen Ansatz, um verbliebene Tumorzellen gezielter zu bekämpfen – mithilfe winziger, lichtaktivierbarer Nanopartikel, sogenannter Nanozyme.

Das Grundproblem ist bekannt: Die Blut-Hirn-Schranke schützt das Gehirn zwar vor schädlichen Substanzen, verhindert aber gleichzeitig, dass viele Medikamente den Tumor erreichen. Selbst nach Operation, Bestrahlung und Chemotherapie bleiben häufig mikroskopisch kleine Tumorreste zurück, die später zu Rückfällen führen.

Ein interdisziplinäres Team der Empa und des Spitalverbunds HOCH Health Ostschweiz will genau diese Hürde überwinden. Die Idee: Die Nanozyme werden direkt während der neurochirurgischen Operation in das betroffene Gewebe eingebracht. Aufgrund ihrer extrem geringen Größe können sie mehrere Millimeter tief ins Hirngewebe eindringen – auch in Bereiche, die chirurgisch nicht mehr sicher erreichbar sind.

„Die Nanozyme sollen sich bevorzugt im Tumorgewebe anreichern, weil Krebszellen einen deutlich höheren Stoffwechsel haben als gesunde Zellen“, erklärt Empa-Forscher Giacomo Reina. Anschließend sollen sie von außen mit Nah-Infrarotlicht aktiviert werden. Je nach Einstellung können sie dabei reaktive Sauerstoffverbindungen erzeugen, die Tumorzellen schädigen, oder inaktive Wirkstoffe direkt im Gewebe aktivieren.

Im «Nanomaterials in Health» Labor der Empa in St. Gallen untersuchen die Forschenden die Anti-Tumor-Wirkung von Nanozymen anhand von komplexen menschlichen Zellmodellen wie Organoiden und «Organ-on-Chip»-Systemen. Das Bild zeigt die 3D-Zellkultur eines Astrozytoms. Die Zellen (Grün: Lebende Zellen, Rot: Zelluntergang, Blau: Zellkerne) werden für die Erforschung von Therapien für die personalisierte Medizin eingesetzt. — © Selina Camenisch/Empa

Auch die Neurochirurgin Isabel Hostettler, die das Projekt gemeinsam mit Reina leitet, sieht vor allem Potenzial in der Behandlung verbliebener Tumorzellen nach der Operation. Ob sich damit Rückfälle langfristig verhindern lassen – auch bei therapieresistenten Tumoren – ist jedoch noch offen.

Das Projekt ist auf vier Jahre angelegt und wird durch mehrere Stiftungen finanziert, darunter die Hedy Glor-Meyer Stiftung und die Swiss Cancer Foundation. Ziel ist ein minimalinvasives Verfahren, das bestehende Therapien ergänzen und später in klinische Studien überführt werden könnte.

Fachleute weisen darauf hin, dass sich die Technologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet. Vor einer möglichen Anwendung am Patienten müssen unter anderem die langfristige Verträglichkeit der Partikel, ihre Steuerbarkeit im lebenden Gehirn sowie Sicherheitsfragen umfassend geklärt werden.

Sollte sich der Ansatz bewähren, könnte er nicht nur bei Astrozytomen, sondern auch bei anderen Tumoren des zentralen Nervensystems eine Rolle spielen. Für Betroffene wäre es ein weiterer Schritt hin zu präziseren und schonenderen Behandlungsmöglichkeiten in einem Feld, in dem Fortschritte bislang nur langsam erzielt wurden.