Können Sauerstoff-Mikrobläschen die Strahlentherapie effektiver machen?

Photoakustisches Bild mit Sauerstoff (rot) im Tumorgewebe nach Abgabe der Mikrobläschen.

Bildnachweis: John Eisenbrey, Ph.D., Thomas Jefferson University

Eine neue Studie an Mäusen weist auf die Möglichkeit hin, dass mikroskopisch kleine, sauerstofftragende Blasen die Behandlung von Brustkrebs verbessern können.

In der NCI-gestützten Studie verwendeten die Forscher diese „Mikrobläschen“ und Ultraschallwellen , um die Sauerstoffmenge in Tumoren zu erhöhen. Diese Behandlung verbesserte die Fähigkeit der Strahlentherapie, das Wachstum von Brusttumoren bei Mäusen zu verlangsamen , erheblich. Der Ansatz erhöhte auch, wie lange die Mäuse ohne Fortschreiten ihrer Krankheit lebten, im Vergleich zu Mäusen, die vor der Bestrahlung keine mikroskopischen Blasen erhielten.

Die neue Studie wurde am 21. Januar im International Journal of Radiation Oncology * Biology * Physics veröffentlicht .

Wenn der Ansatz auf den Menschen übertragen werden kann, "könnten wir potenziell viel mehr für unser Geld bei der Behandlung eines Tumors durch Bestrahlung bekommen, ohne die Toxizität zu erhöhen", sagte der leitende Forscher der Studie, John Eisenbrey, Ph.D. von der Thomas Jefferson University.

Sauerstoffzufuhr zur Auffrischung der Strahlentherapie

Die Strahlentherapie ist eine tragende Säule der modernen Krebstherapie. Zum Beispiel wird ungefähr die Hälfte aller Frauen mit Brustkrebs irgendwann während der Behandlung bestrahlt.

Viele Tumoren sind jedoch resistent gegen die zelltötende Wirkung von Strahlung. Ein Großteil dieser Resistenz wird durch den geringen Sauerstoffgehalt in Tumoren verursacht: Für die Strahlentherapie wird Sauerstoff benötigt, um die Moleküle zu erzeugen, die als freie Radikale bezeichnet werden und Krebszellen abtöten. Wenn der Sauerstoffgehalt in einem Tumor niedrig ist, ist die Strahlentherapie weniger wirksam.

Seit Jahrzehnten haben Forscher verschiedene Methoden zur Erhöhung der Sauerstoffmenge in Tumoren getestet, sagte Eric Bernhard, Ph.D., Leiter der Abteilung für Strahlentherapieentwicklung in der Abteilung für Krebstherapie und -diagnose von NCI, der nicht an der Studie beteiligt war.

Diese Ansätze reichen von der Unterbringung von Patienten in Überdruckkammern vor der Strahlentherapie bis hin zur Verwendung von Medikamenten, die den Blutfluss oder die Anzahl der Blutzellen, die Sauerstoff transportieren, erhöhen, erklärte Dr. Eisenbrey.

Leider seien diese systemischen Ansätze größtenteils gescheitert, da der menschliche Körper so programmiert ist, dass der Sauerstoffgehalt im Blut konstant bleibt. Daher entschied sich sein Team, zu prüfen, ob Mikrobläschen, die die Größe der roten Blutkörperchen aufweisen, die für die medizinische Bildgebung verwendet werden, lokal mechanisch funktionieren und Sauerstoff zu Tumoren transportieren können.

Nach der Herstellung ihrer Mikrobläschen testeten die Forscher zunächst, ob die Blasen, wenn sie durch einen Ultraschallimpuls ausgelöst werden, Sauerstoff in das Tumorgewebe von Mäusen treiben könnten, die menschliche Brusttumoren tragen. Zu diesem Zweck injizierte das Team zunächst die Mikrobläschen in den Blutkreislauf. Nachdem die Blasen im Körper zirkuliert hatten, richtete sich Ultraschall auf die Tumoren, um die Blasen zu „platzen“ und Sauerstoff in das Tumorgewebe zu treiben.

Überprüfen eines Sauerstoffzuwachses

Das Team verwendete dann sowohl eine mechanische Sonde als auch eine Art von Bildgebung, die als photoakustische Bildgebung bezeichnet wurde, um Sauerstoff in Tumoren vor und nach der Injektion von Mikrobläschen und Ultraschall zu messen.

Unter Verwendung der Sonde stellten sie fest, dass der Sauerstoff in Tumoren nach dem Ultraschallimpuls durchschnittlich auf ein Niveau anstieg, das Zellen strahlungsempfindlich machte, und diese Niveaus wurden für mindestens 2 Minuten aufrechterhalten.

Die photoakustische Bildgebung zeigte, dass der Sauerstofftransport in den Tumoren nicht von einem Molekül im Blutkreislauf abhängt, das Hämoglobin genannt wird . Die Forscher hätten das nicht erwartet, sagte Dr. Eisenbrey. Die fehlende Abhängigkeit vom Hämoglobin-Transport könne jedoch erklären, dass die Sauerstoffmoleküle auch Teile des Tumors erreichten, die nicht unmittelbar an die Blutgefäße angrenzten, in denen sich die Mikrobläschen befanden.

"Ursprünglich war die Hypothese, dass wir Sauerstoff nur dort abgeben würden, wo eine aktive Blutversorgung besteht", sagte er. "Sobald die Sauerstoffblasen platzen, wird der Sauerstoff tatsächlich aus der Blutversorgung in die sauerstoffarmen Teile des Tumors transportiert", fügte er hinzu.

Ansatz verbessert Ergebnisse

Als nächstes testeten die Forscher, ob die Behandlung mit Mikrobläschen die Tumoren empfindlicher für Strahlentherapie machte. Für diese Analyse teilten sie ähnliche tumortragende Mäuse in fünf Gruppen ein.

Eine Kontrollgruppe erhielt allein Bestrahlung. Eine zweite Kontrollgruppe erhielt die Sauerstoff-Mikrobläschen und den Ultraschall, jedoch keine Strahlentherapie. Die dritte Kontrollgruppe erhielt die Sauerstoff-Mikrobläschen und die Strahlung, jedoch keine Ultraschallauslösung. Eine letzte Kontrollgruppe erhielt stickstoffhaltige Mikrobläschen, Ultraschall und Strahlentherapie. Die Versuchsgruppe erhielt die Sauerstoff-Mikrobläschen und Ultraschall plus Strahlentherapie.

Die Mäuse in der Versuchsgruppe, die alle drei Teile der Behandlung erhielten, hatten die besten Ergebnisse. Obwohl die Wirkung der Sauerstoffmikrobläschen bei den Tieren unterschiedlich war, verzögerte sie das Tumorwachstum im Durchschnitt um etwa einen Monat und verringerte die Wachstumsrate im Vergleich zu den vier anderen Gruppen. Die Mäuse in der Versuchsgruppe lebten auch länger, ohne Symptome eines fortschreitenden Krebses zu zeigen.

Interessanterweise zeigten die Mäuse, die Stickstoff-Mikrobläschen gefolgt von Bestrahlung erhielten, eine leichte Verringerung des Tumorwachstums im Vergleich zu den anderen drei Kontrollgruppen. Frühere Studien haben gezeigt, dass die durch das Platzen von Mikrobläschen verursachten mechanischen Schäden selbst eine gewisse Sensibilisierung für Strahlung bewirken können, erklärte Dr. Eisenbrey.

Bewegen Sie die Technik in menschliche Prüfungen

Ein möglicher Vorteil eines auf Mikrobläschen basierenden Ansatzes zur Verbesserung des Ansprechens auf die Strahlentherapie besteht laut Dr. Eisenbrey darin, dass viele Mikrobläschenprodukte bereits von der Food and Drug Administration für die diagnostische Bildgebung zugelassen wurden. Dies kann es einfacher machen, die Genehmigung der Behörde einzuholen, um sie im Rahmen einer Krebstherapie in einer Studie am Menschen zu testen.

Das Team hat bereits eine Mikrobläschen-Studie bei Menschen mit Leberkrebs gestartet. Bei dieser Studie werden jedoch nur die Blasen verwendet, um Krebszellen mechanisch zu schädigen, nicht um Sauerstoff zuzuführen.

Dr. Eisenbrey fügte hinzu, dass einige Knicke aus dem Ansatz mit sauerstofftragenden Mikrobläschen herausgearbeitet werden müssen, bevor er an Menschen getestet werden kann. Dazu gehört die Verlängerung der Zeit, in der der Sauerstoffspiegel im Tumorgewebe erhöht wird, um der längeren Dauer zu entsprechen, die für die Abgabe der Strahlentherapie in der Klinik erforderlich ist.

Das Team möchte das System auch an Modellen anderer Krebsarten testen, darunter Glioblastom, Leberkrebs sowie Kopf- und Halskrebs.

"Die Kombination von sauerstofftragenden Mikrobläschen mit der ultraschallgetriggerten Abgabe an solide Tumoren ist ein neuartiger Ansatz zur Verbesserung der Sauerstoffversorgung und der Empfindlichkeit gegenüber Strahlung des Tumors und verdient weitere Untersuchungen", so Dr. Bernhard abschließend.

Quelle: National Cancer Institute

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