Unter den bösartigen Gehirntumoren ist das sogenannte Astrozytom besonders häufig und ebenso gefährlich: Die aggressiv wachsende Geschwulst operativ zu entfernen, kann schwierig sein, da die Zellen invasiv in die gesunde Umgebung einwachsen. Zudem kehrt die Krebserkrankung nach der Therapie in sieben von zehn Fällen zurück, und die Prognose ist dementsprechend ungünstig. Die Fünf-Jahres-Überlebensrate liegt denn auch lediglich bei fünf Prozent. Nun will ein Team der Empa und dem Spitalverbund «HOCH Health Ostschweiz» in St. Gallen unter Leitung der Neurochirurgin Isabel Hostettler die Heilungschancen der Tumorerkrankung mit einem neuartigen und sanfteren Therapieansatz auf der Basis von sogenannten Nanozymen verbessern. Das Projekt kann dank der grosszügigen Unterstützung der Hedy Glor-Meyer Stiftung, der «Swiss Cancer Foundation» sowie vier weiterer Stiftungen durchgeführt werden.

Die Blut-Hirn-Schranke umgehen

Derzeit werden Operationen, Bestrahlung und Chemotherapie kombiniert, um Astrozytome zu behandeln. Gerade für die Therapie mit Medikamenten stellt der Ort des Tumors – das Gehirn – aber ein Problem dar. Denn der körpereigene Schutz, die Blut-Hirn-Schranke, die das Organ vor schädlichen Einflüssen aus dem Blutkreis-lauf schützt, verhindert gleichzeitig das Eindringen bestimmter Medikamente.
Empa-Forscher Giacomo Reina und sein Team vom «Nanomaterials in Health» Labor in St. Gallen wollen diese Barriere nun mit einem trickreichen Ansatz umgehen: Sie entwickeln bioverträgliche Nanomaterialien, die als Nanomedikamente wirken und direkt vor Ort während einer Tumoroperation im Gehirn eingesetzt werden sollen. «Da Krebszellen einen besonders aktiven Stoffwechsel haben, reichern sich die Wirkstoffe spezifisch im Tumorgewebe an», so Reina. Ein weiterer Vorteil: Für eine besonders präzise Wirkung können die Nanozyme mit Nah-Infrarotlicht aktiviert werden.

Sanft aber kraftvoll

Die neuartige Therapie kombiniert dabei gleich mehrere Wirkmechanismen: Nanozyme, Nanomaterialien mit enzymähnlicher Wirkung, können beispielsweise inaktive Vorstufen von Arzneistoffen aktivieren oder reaktive Sauerstoffverbindungen erzeugen, die den Tumor schädigen. Ihre Winzigkeit erlaubt es ihnen dabei, tief in das Gewebe einzudringen und auch bösartige Zellen in einigen Millimetern Entfernung anzugreifen. Zudem lassen sich dank der Steuerung mit Licht die Dosierung und damit die Nebenwirkungen der Therapie so gering wie möglich halten.
Das Team steht in den Startlöchern, um seine ambitionierten Ziele in Angriff zu nehmen. Am Ende des vierjährigen Projekts soll das Nanomedikament als minimalinvasive und wenig belastende Ergänzung zu vorhandenen Therapien bereit für klinische Tests sein. Dabei haben die Forschenden hochgesteckte Hoffnungen: «Nanozyme könnten möglicherweisen sogar Rückfälle bei einer Astrozytom-Erkrankung verhindern, wenn die Krebsform bereits resistent gegen gängige Chemotherapien geworden ist», sagt Giacomo Reina. Zudem habe der Ansatz ein vielversprechendes Potenzial für die Behandlung anderer Hirn- und Rückenmarks-Tumorerkrankungen.

Empa-Forschungsinitiative: Onkologie

Mit jährlich rund 45'000 Neuerkrankungen und 17'000 Todesfällen bleibt Krebs eine der grössten Herausforderungen für die öffentliche Gesundheit in der Schweiz. Die Onkologie-Initiative der Empa will diesem Problem mit innovativen, materialbasierten Ansätzen begegnen, die den genetischen und metabolischen Fingerabdruck der Patientinnen und Patienten mit einbeziehen. Fünf Empa-Labore bündeln dafür ihre Expertise in (Nano-)Materialwissenschaften, Sensorik, Bildgebung sowie in fortschrittlichen in-vitro- und in-silico-Modellen, um neue Strategien für Diagnose, Monitoring und Therapie zu entwickeln. Ziel ist es, diese innovativen Ansätze gemeinsam mit Partnern aus Klinik und Industrie in die Praxis zu überführen. Die erste Phase der Initiative läuft von 2025 bis 2035. Ein Beispiel weiterer Projekte der Onkologie-Initiative ist die Untersuchung von Schilddrüsenkarzinomen mittels eines innovativen 3D-Bildgebungsverfahrens. Diese Technologie ermöglicht eine deutlich präzisere und vor allem zerstörungsfreie Analyse von Biopsieproben.