Beschichtung von Nanopartikeln verbessert die Verabreichung von Krebsmedikamenten und verringert Nebenwirkungen

Eine aktuelle Studie der University of Mississippi legt nahe, dass ein „Löffel Zucker“ tatsächlich dazu beitragen kann, dass Medikamente effektiver wirken und gleichzeitig die schädlichen Nebenwirkungen von Krebsbehandlungen verringert werden.

Statt eines Löffels Zucker verwendeten die Forscher Glykopolymere – Polymere aus natürlichem Zucker wie Glukose –, um Nanopartikel zu beschichten, die Krebsmedikamente direkt an Tumore transportieren. Sie fanden heraus, dass die Glykopolymere das Anhaften von Proteinen an den Nanopartikeln verhinderten und so die Immunreaktion des Körpers auf die Behandlung verringerten.

Dadurch reagierte der Körper besser auf die Therapie.

„Das Hauptproblem besteht darin, dass Krebsmedikamente unglaublich giftig sind“, sagt Thomas Werfel, außerordentlicher Professor für Biomedizintechnik.

„Das therapeutische Fenster dieser Medikamente ist sehr eng: Die Dosis, bei der sie wirksam sind, ist fast die gleiche wie die Dosis, bei der sie toxisch werden. Und sobald die Dosis ausreicht, um den Tumor abzutöten, verursacht sie auch Toxizität und zahlreiche Nebenwirkungen, die wir zu vermeiden versuchen.

Warum passiert das? Weil nur ein kleiner Teil des Medikaments den Tumor erreicht – in den meisten Fällen weniger als 1 %; mehr als 99 % gelangen in andere Körperteile.“

Thomas Werfel, Außerordentlicher Professor für Biomedizintechnik, University of Mississippi

Dieses Austreten toxischer Medikamente in andere Körperteile kann schwere Erkrankungen wie Leukämie, allergische Reaktionen und sogar die Entstehung neuer Krebsarten verursachen. Wenn jedoch mehr Medikamente den Tumor erreichen, können die Nebenwirkungen reduziert werden.

Vorteile von Glykopolymeren

Werfel und Kenneth Hulugalla, ein Doktorand der Biomedizintechnik aus Kandy, Sri Lanka, veröffentlichten ihre Ergebnisse im Oktober in der Zeitschrift ACS Nano.

Nanopartikel – Partikel, die weniger als ein Tausendstel der Breite eines menschlichen Haares betragen – haben sich in der Krebsbehandlung als wirksam erwiesen, da sie Medikamente direkt an Tumore abgeben. Allerdings neigen Proteine, darunter auch solche, die eine Immunreaktion auslösen, dazu, sich um die Nanopartikel zu verklumpen, wodurch der Körper die Behandlung als fremd einstuft.

Diese Immunresistenz verringert die Wirksamkeit des Medikaments.

„In den letzten 30 Jahren war Polyethylenglykol (PEG) der Goldstandard zum Schutz dieser Partikel vor der Immunreaktion“, sagte Hulugalla.

Allerdings verlieren Beschichtungen auf PEG-Basis bereits nach der ersten Anwendung ihre Wirksamkeit: Das Immunsystem erkennt das Medikament schnell als fremd und verhindert so, dass es in den Tumor eindringt.

Glykopolymere hingegen haben diesen Nachteil nicht.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass mit Glykopolymer beschichtete Nanopartikel unerwünschte Immunreaktionen deutlich reduzieren und gleichzeitig die Wirkstoffverabreichung sowohl in Zell- als auch in Tiermodellen dramatisch verbessern. Diese Forschung könnte ein wichtiger Schritt hin zu wirksameren Krebsbehandlungen sein.“

Tierstudien

Werfel und Hulugalla testeten die mit Glykopolymer beschichteten Nanopartikel an Mäusen mit Brustkrebs und stellten fest, dass mehr Nanopartikel die Tumore erreichten als PEG-basierte Partikel. Im nächsten Schritt ihrer Forschung werden diese Nanopartikel mit Medikamenten beladen und ihre Wirksamkeit gegen Krebs getestet.

„Langfristig wollen wir dieses Phänomen nicht nur aus einer Schutzperspektive untersuchen, sondern auch daran arbeiten, Nanopartikel aktiv auf Tumore auszurichten“, sagte Werfel.

„Wir sehen bereits, dass Glykopolymere das Immunsystem weniger stimulieren, die Partikel länger im Körper verbleiben und den Tumor besser erreichen. Das ist großartig.“

Der nächste Schritt besteht darin, zu untersuchen, wie wir Tumore gezielt angreifen können. Welche biologischen Marker können wir nutzen, um mehr Partikel oder Medikamente im Tumor anzureichern? Diese Fragen stehen derzeit im Vordergrund.“

Die Studie wurde in ACS Nano veröffentlicht.