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Kohlenstoff-Nanoröhrchen: Belädt man solche Nanostrukturen mit einem Chemotherapeutikum, so kann man dieses gezielt im Tumor anreichern.
 
Onkologie 21. Februar 2014

Nanomedizin gegen Krebs

Nanotechnologie eröffnet ungeahnte Möglichkeiten.

Drug Targeting, der zielgerichtete Transport von Wirkstoffen, ist nur eine der vielfältigen Einsatzgebiete von Nanopartikeln in der Medizin.

Im Vorfeld des Weltkrebstages wurde heuer zum zweiten Mal der „Nano World Cancer Day“ begangen. 13 Länder beteiligten sich diesmal an der europaweiten Veranstaltung unter der Schirmherrschaft der Europäischen Technologieplattform Nanomedizin (ETPN), darunter auch Österreich: Das Comprehensive Cancer Center Graz präsentierte am 31. Jänner zukunftsweisende Diagnose- und Therapiemöglichkeiten von Krebserkrankungen.

Was ist Nano?

Nano, das sind feinste Strukturen bis zu einer Größe – oder vielmehr Kleinheit – von 100 Nanometern. Prof. Dr. Josef Smolle, Rektor der Medizinischen Universität Graz, erklärt, warum die Medizin in die Nanotechnologie große Hoffnungen setzt: „Diese Kleinheit, die in Summe zu großer Oberfläche bei minimalem Volumen führt, gibt den Partikeln spezifische physikalische Eigenschaften, die die gleichen chemischen Verbindungen in größerer Ausdehnung nicht haben.“ Beispiele sind Kohlenstoff-Nanoröhren, die aus „zusammengerolltem“ Graphen bestehen, oder Liposomen, die von einer Lipid-Doppelmembran ähnlich wie eine Zelle umgeben sind.

Eröffnet ungeahnte Möglichkeiten

Die Anwendungen in der Medizin sind vielfältig und betreffen die bildgebende Diagnostik, die Labordiagnostik und die Therapie, wobei oft die Onkologie – die Tumorbehandlung – im Vordergrund steht. Ein plakativer Wirkmechanismus ist schon allein auf die spezifische Größe der Nanopartikel zurückzuführen: Erstens ist das ungeordnete, bösartige Krebsgewebe für Nanopartikel leichter zugänglich, d. h sie dringen bevorzugt in Tumoren ein. Nachdem – zweitens – der Lymphabfluss aus dem Krebsgewebe in der Regel gestört ist, ist auch der Abtransport verzögert, sodass sich Nanopartikel selektiv im Tumor anreichern. Kombiniert man nun die Partikel mit einem Stoff, der mit radiologischen Methoden sichtbar gemacht werden kann, so kann man das für die diagnostische Bildgebung verwenden. Belädt man die Nanostrukturen dagegen mit einem Chemotherapeutikum, so kann man dieses gezielt im Tumor anreichern, gesundes Gewebe schonen und Nebenwirkungen vermindern. Überzieht man die Nanopartikel jedoch mit spezifischen Molekülen, die an bestimmte Rezeptoren im Tumorgewebe binden, so eröffnen sich beinahe unlimitierte Möglichkeiten bis hin zu einer personalisierten Medizin, in der jedem Patienten die optimale Therapie mit dem individuell angepassten Wirkprinzip selektiv im Tumor angeboten werden kann.

Nanoträger machen Krebsmedikamente besser verträglich

„Nanotechnologie in der Medizin wird in Zukunft Therapieoptionen für Krebs eröffnen, die wir uns bisher nicht vorstellen konnten“, meint auch Prof. Dr. Andreas Zimmer vom Institut für Pharmazeutische Wissenschaften, Karl Franzens Universität Graz. „Der zielgerichtete Transport von Wirkstoffen mithilfe von Nanopartikeln, das sogenannte Drug Targeting, wird bessere Wirkungen und weniger Nebenwirkungen von Krebstherapeutika ermöglichen.

Auch der Onkologe Prof. Dr. Thomas Bauernhofer, Universitätsklinik für Innere Medizin, Graz, erhofft sich große Fortschritte durch die Nanotechnologie. Mit der neuen Formulierung von Chemotherapeutika mit Nano-Trägerstoffen wie z.B. dem Nanopartikel-Albumin gekoppeltem Paclitaxel (nab-Paclitaxel) wird ein sehr wirksames Therapeutikum für diverse Krebserkrankungen wie Brust- und Ovarialkarzinom auch besser verträglich. Allergische Reaktionen auf den zuvor für Paclitaxel verwendeten Lösungsvermittler treten, so Bauernhofer, nicht mehr auf. Damit ist eine nebenwirkungsreiche anti-allergische Prophylaxe vor der Chemotherapieverabreichung nicht mehr notwendig. Bauernhofer: „Bei gleichem therapeutischem Index kann die Therapie dadurch sicherer und nebenwirkungsärmer angeboten werden. Eine Kombinationstherapie mit nab-Paclitaxel zeigt darüber hinaus auch Wirksamkeit bei bisher nur schwer therapierbaren lokal fortgeschrittenem oder metastasiertem Bauchspeicheldrüsenkrebs.“ Studien zeigen, dass mit dieser neuen Therapie die Überlebenszeit von Patienten mit metastasiertem Bauchspeicheldrüsenkrebs fast verdoppelt werden kann. Nab-Paclitaxel erhielt kürzlich die europaweite Zulassung in dieser Indikation.

Nanotechnologie in der Krebsdiagnostik

Auch in der Diagnose von Krebserkrankungen werden große Fortschritte erwartet. Mit Geräten wie dem Atomic-Force-Mikroskop können Auflösungen im Nanometerbereich erzielt werden. Elastizitätsmessungen des Gewebes mit dieser neuen Technologie lassen die Abgrenzung von gesunden und malignen Gewebeproben in einem nur zwei Stunden dauernden automatisierten Analyseverfahren zu. Abklärungen von Gewebeproben aus der Brust hinsichtlich des Vorliegens von Brustkrebs können mit dieser zusätzlichen Diagnostik zielgerichteter und schneller erfolgen, betont Bauernhofer. „Auch in der Biomarkerforschung wird die Nanotechnologie Verbesserungen durch Nanopartikel mit paramagnetischen Eigenschaften zur Detektion von im Blut zirkulierender tumorassoziierter Parameter wie microRNAs oder Tumor-DNA bringen.“

Von der Forschung in die Anwendung: Next generation

Der Nanomedizin und den nano-basierten Medikamenten werden in den kommenden Jahren prognostiziert, dass sie ein wesentlicher Treiber der medizinischen und pharmazeutischen Entwicklung sein werden, mit großem Einfluss auf die Gesundheit der Gesellschaft. Allerdings sind nano-basierte Medikamente durch die fehlende Existenz von effizienten und robusten Herstellungsverfahren limitiert, mit denen diese „Next-generation“-Medikamente in einem breiten Maßstab, mit höchster Qualität aber auch auf höchstem Sicherheitsstandard hergestellt werden können. Prof. DI Dr. Johannes Khinast von der Research Center Pharmaceutical Engineering GmbH, Technische Universität Graz, bringt das auf den Punkt: „Während im Labor hochkomplexe Nanomedikamente im Kleinstmaßstab durchaus erzeugt werden können, ist deren großtechnische Herstellung für eine breite Patientenschicht bei weitem nicht garantiert.“ Dieses Nadelöhr versucht Khinast durch seine Forschung zu eliminieren. Prozesswissenschaftliche Ansätze in Kombination mit dem Verständnis von Nanosystemen werden eingesetzt, um solche Herausforderungen zu meistern. Zum Beispiel wurde gemeinsam mit Prof. Eva Roblegg von der Karl-Franzens-Universität Graz ein Prozess entwickelt, mit dessen Hilfe man in einem einstufigen Verfahren nano-partikuläre Wirkstoffe in feste Materialien quasi einschmelzen kann, um eine vorzeitige Freisetzung oder Agglomeration zu verhindern. Im Gegensatz zur existierenden Technologie kann dieser Prozess sofort zur Herstellung modernster Nanomedikamente mit hoher Qualität genutzt werden. Andere Entwicklungen, auch im Bereich der personalisierten Medizin, sind ebenfalls in der Endphase.

Chancen und Risiken der Nanotechnologie ausloten

Den Hoffnungen auf bessere Heilungsmöglichkeiten von Krebserkrankungen stehen jedoch auch Bedenken bezüglich der Nanotechnologie gegenüber. Eine besondere Herausforderung an alle Handelnden, betont Gesundheitsminister Alois Stöger zum Nano World Cancer Day. Derzeit können noch keine endgültigen Aussagen über möglichen Nutzen oder mögliche Risiken dieser Technologien getroffen werden. Das bedeutet aber auch, dass der Erwerb von zuverlässigem Wissen über Natur und Verhalten dieser neuen Technologien im Zentrum steht.

Stöger: „In Österreich – ebenso weltweit – hat sich eine umfangreiche und vielfältige Forschungslandschaft im Bereich der Nanotechnologien etabliert. Als Folge der Empfehlungen des österreichischen Nanoaktionsplans hat sich auch die österreichische Begleitforschung zur Nanotechnologie in den letzten Jahren wesentlich weiterentwickelt. Die Erkenntnisse aus dieser Forschung sind ein zentraler Beitrag für einen adäquaten Umgang mit Nanomaterialien. Parallel dazu und eng mit den Forschungsaktivitäten verbunden, hat sich ausgehend vom österreichischen Nanoaktionsplan (NAP) in Österreich eine sehr aktive und effiziente Szene der Nano-Risiko-Governance herausgebildet.“

Als Beispiele werden die Schaffung einer unabhängigen Risikoforschung (EHS-Forschungsprogramm) und das unter der Federführung des Gesundheitsministeriums eingerichtete Nanoinformationsportal www.nanoinformation.at genannt. „All diese Aktivitäten werden in der einen oder anderen Form in der Ende letzten Jahres im BMG eingerichteten Nanoinformationskommission fortgesetzt.“

Wo Nanomedizin bereits Realität ist

Schon heute profitieren Patienten von den Vorteilen der Nanotechnologie. Insgesamt befinden sich bereits rund 230 Produkte auf dem Markt oder in der klinischen Prüfung. Die Nanomedizin ermöglicht Technologien in allen Gesundheitsfeldern und bei wichtigen Erkrankungen, nicht nur bei Krebs, sondern auch bei kardiovaskulären, entzündlichen und neurodegenerativen Erkrankungen, sowie Erkrankungen des Bewegungsapparates und entzündliche Erkrankungen) und beinhaltet derzeit 49 zugelassene Produkte. Viermal so viele befinden sich in der Prüfung, wovon sich bereits die Hälfte in Studien der Phase II oder III befindet (Quelle: Bionest Partners – Nanomedicine study 2013 for LEEM-Segmentation workshop April 16th 2013).

Die meisten Zulassungsanträge betreffen derzeit den Bereich der Nanoapplikation und Pharmazeutika. Sie machen zehn Prozent der pharmazeutischen Pipeline aus, wobei 80 Prozent der 230 Produkte auf den Therapiebereich entfallen. Die übrigen Produkte betreffen Bildgebung, Diagnostika (in vitro und in vivo), Impfstoffe und Biomaterialien (Nanomedicine Map: www.etp-nanomedicine.eu ).

Mit 78 Produkten in der klinischen Entwicklung oder auf dem Markt ist die Onkologie der führende therapeutische Bereich der Nanomedizin, die zahlreiche neue Instrumente und Möglichkeiten wie beispielsweise eine frühere Diagnosestellung und bessere Bildgebung sowie eine bessere, wirksamere und gezieltere Therapie ermöglicht. In den vergangenen zehn Jahren wurden enorme Fortschritte gemacht: Der erste Nachweis des krebsbekämpfenden Potenzials der Nanotechnologien in den USA gelang 1995, als die FDA ein verkapseltes Liposom zur Applikation einer vor allem für das Herz verträglicheren Form des Chemotherapeutikums Doxorubicin zuließ.

Man sollte jedoch „vorsichtig optimistisch“ sein, da viele in Tierversuchen vielversprechende Anwendungen bei Tests am Patienten versagten. Dennoch dürfen insbesondere realistische Erwartungen in durch nanotechnologische Entwicklungen verbesserte bildgebende Verfahren zur Überwachung der individuellen Reaktion im Sinne einer personalisierteren und wirksameren Medizin gesetzt werden ( Lammers T: International Journal of Pharmaceutics 2013 ).

Weitere Informationen: www.nanoworldcancerday.eu

MUG/IS/CL, Ärzte Woche 9/2014

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