Eine von Forschern der University of Texas in Dallas und des UT Southwestern Medical Center entwickelte Technik zur Verabreichung von Medikamenten durch die Blut-Hirn-Schranke hat sich in einer präklinischen Studie zur Behandlung von Glioblastomen, dem häufigsten menschlichen Hirntumor, als vielversprechend erwiesen.
Die Forscher demonstrierten die Methode an Mäusen in einer Studie, die online am 15. August in Nature Communications veröffentlicht wurde.
Das Glioblastom ist ein aggressiver Hirntumor, von dem in den USA jährlich etwa 12.000 Menschen betroffen sind. Patienten haben eine mittlere Überlebenszeit von 15 bis 18 Monaten nach der Diagnose. Aktuelle Behandlungen, zu denen Operationen, Chemotherapie und Bestrahlung gehören, sind weitgehend wirkungslos. Es ist schwierig, eine Chemotherapie bei Glioblastom-Tumoren durchzuführen, da die meisten Medikamente die Blut-Hirn-Schranke nicht passieren. Dabei handelt es sich um eine einzigartige Eigenschaft der Blutgefäße im Gehirn, die Substanzen im Blutkreislauf einschränken und aktiv daran hindern, das Gehirnparenchym zu erreichen.
Die Barriere wirkt wie ein hochselektiver Filter und eine Schutzbarriere für das Gehirn, sagte der Mitautor der Studie, Dr. Zhenpeng Qin, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Fellow, Eugene McDermott Professor an der Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science.
„Die größte Herausforderung bei der Behandlung einer Gehirnerkrankung ist diese Barriere. Es ist erstaunlich; sie ist nur einen Mikrometer dick, aber sie verhindert, dass 98 % der Moleküle in das Gehirn gelangen“, sagte Qin. Zum Vergleich: Der Durchmesser menschlicher Haare beträgt 70 Mikrometer.
Qin arbeitete mit den Kollegen von UT Southwestern, Dr. Robert Bachoo, Co-Korrespondentautor und außerordentlicher Professor für Neurologie und Innere Medizin, und Dr. Elizabeth Maher, Professorin für Innere Medizin und Neurologie, zusammen. Die Forschung umfasste gentechnisch veränderte Mäuse, die Mutationen aufwiesen, die bei menschlichen Glioblastompatienten gefunden wurden.
Qins Medikamentenverabreichungsmethode basiert auf der gleichzeitigen Verabreichung von Medikamenten mit gefäßzielgerichteten Goldnanopartikeln, die in den Blutkreislauf injiziert werden. Von einer externen Quelle geben Forscher kurze Laserpulse ab, die durch den Schädel der Maus dringen und die Goldnanopartikel aktivieren. Diese Aktivierung erzeugt thermomechanische Wellen und macht die Blut-Hirn-Schranke kurzzeitig durchlässig, sodass Medikamente ihr Ziel erreichen können. In ihren Experimenten verwendeten die Forscher Paclitaxel, ein Chemotherapeutikum zur Behandlung von Eierstock-, Brust- und Lungenkrebs, das wegen eines potenziellen Einsatzes gegen Hirntumor aufgegeben wurde, weil das Wirkstoffmolekül allein die Barriere nicht überschreitet.
Die Studie zeigte, dass der neue Ansatz die Hürde überwunden hat, obwohl noch Jahre der Forschung erforderlich sein werden, bevor die Methode am Menschen getestet werden kann. Weitere präklinische Studien sind im Gange.
„Die Tumoren sind kleiner geworden und wir haben die Überlebensrate um mehr als 50 % gesteigert“, sagte Qin. „Wir erhoffen uns dadurch erweiterte Therapiemöglichkeiten zur Behandlung von Erkrankungen des Gehirns und des Zentralnervensystems.“
Qin hat seit 2019 zwei Zuschüsse in Höhe von insgesamt mehr als 1 Million US-Dollar vom Cancer Prevention & Research Institute of Texas erhalten, um seine Forschung zu finanzieren, die seiner Meinung nach „ohne die Unterstützung von CPRIT unmöglich wäre“.
Darüber hinaus wurde die Arbeit durch Zuschüsse des Verteidigungsministeriums, der National Science Foundation (2123971), der National Institutes of Health (RF1NS110499) und der American Heart Association finanziert.
Cai Q, Li X, Xiong H, Fan H, Gao X, Vemireddy V, Margolis R, Li J, Ge X, Giannotta M, Hoyt K, Maher E, Bachoo R, Qin Z.
Die optische Modulation der Blut-Hirn-Tumor-Schranke erweitert die therapeutischen Möglichkeiten zur Behandlung von Glioblastomen.
Nat Commun. 2023 15. August;14(1):4934. doi:10.1038/s41467-023-40579-1
