Die Fähigkeit von Krebszellen Mehrfachresistenzen gegen Chemotherapeutika zu entwickeln, bleibt eine der Hauptursachen für Tumorrezidive und Krebsmetastasen. Neue Erkenntnisse lassen aber hoffen, dass es Onkologen eines Tages gelingen könnte, die Resistenzeigenschaften von Krebszellen auszuschalten.
Forschung und Ergebnisse
Von Professor Xiaoming „Shawn” He, University of Maryland Fischell, Department of Bioengineering, und Forschern von fünf weiteren wissenschaftlichen Institutionen veröffentlichte Erkenntnisse stellen eine Technik vor, die speziell entwickelte Nanopartikel und eine Nah-Infrarot-Lasertherapie verwendet, damit Krebszellen ihre Mehrfachresistenzen zeitweise verlieren. Dies schafft ein „therapeutisches Fenster” für die Chemotherapie, um selbst die resistentesten Zellen zu bekämpfen, die nach einer Operation oder früheren Behandlung übriggeblieben sind. Die Forschungsergebnisse wurden Anfang 2018 in Nature Communications veröffentlicht.
„Durch die Verabreichung von Medikamenten innerhalb dieses therapeutischen Fensters können Onkologen bei den Patienten die Chemotherapeutika niedriger dosieren und dabei das Potenzial für ein verbessertes Behandlungsergebnis nutzen – und das alles bei gleichzeitiger Minimierung der Medikamententoxizität auf gesunde Organe”, so Xiaoming He.
Einer der Hauptgründe, warum Krebszellen Resistenzen entwickeln, ist die Überexpression von sogenannten Effluxpumpen – Proteinen, die eine Zelle schützen, indem sie unerwünschte toxische Substanzen auspumpen, bevor diese ihr avisiertes Ziel erreichen. So schützen sich Effluxpumpen vor Toxinen, darunter praktisch auch alle klinisch relevanten Chemotherapeutika.
Effluxpumpen benötigen eine chemische Energiequelle, um zu funktionieren. Durch Unterbrechung der Energiezufuhr zu den Pumpen könnte die Resistenz von Zellen gegenüber Medikamenten wie Chemotherapeutika reduziert oder sogar eliminiert werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse entwickelten die Forscher einen Weg, um die den Effluxpumpen zur Verfügung stehende Energiequelle Adenosintriphosphat (ATP) zu reduzieren.
Das Forscherteam konzentrierte sich auf ein speziell entwickeltes Nanopartikel mit Ziel Mitochondrien, den ATP-liefernden Energiegeneratoren der Zelle. Sobald die Nanopartikel die Mitochondrien erreicht haben, triggern die Forscher mit einem Nah-Infrarot-Laser eine chemische Reaktion, welche die den Pumpen zur Verfügung stehende ATP-Menge reduziert und damit die Energieversorgung unterbricht. Eine solche Behandlung reduziert sowohl die Expression der Effluxpumpen als auch deren Verteilung auf der Zellmembran.
Die Ergebnisse zeigen, dass die mit Medikamenten beladenen Nanopartikel in Kombination mit der Nah-Infrarot-Lasertherapie das Wachstum multiresistenter Tumoren ohne erkennbare systemische Toxizität wirksam hemmen können.
Bewertung der Ergebnisse und Perspektiven
Seit Jahren konzentrieren sich Forscher darauf, mit Hilfe von Nanopartikeln mehr Chemotherapeutika in Krebszellen einzubringen, ohne gezielt die Wurzel der Arzneimittelresistenz anzugreifen. Bahnbrechend an der hier vorgestellten Arbeit soll laut den beteiligten Forschern sein, dass Nanopartikel nicht nur eingesetzt werden, um Chemotherapeutika an den Zielort innerhalb der Krebszellen zu bringen, sondern dass auch die Funktion der Effluxpumpen beeinträchtigt wird, sodass Sicherheit und Wirksamkeit der Krebstherapie deutlich verbessert werden können.
Literatur
Hai Wang, Zan Gao, Xuanyou Liu, Pranay Agarwal, Shuting Zhao, Daniel W. Conroy, Guang Ji, Jianhua Yu, Christopher P. Jaroniec, Zhenguo Liu, Xiongbin Lu, Xiaodong Li, Xiaoming He. Targeted production of reactive oxygen species in mitochondria to overcome cancer drug resistance. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-02915-8
