Krebs ist ein universelles Problem, das unzählige Menschen auf der ganzen Welt betrifft. Viele entscheiden sich für eine Operation in der Hoffnung, dass ein Chirurg einen Tumor vollständig entfernen kann, ohne dass gesundes Gewebe beeinträchtigt wird. Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Instrumente und Techniken entwickelt, um die Durchführung dieser Operationen zu verbessern, und visuelle Bildgebungsverfahren wie leuchtende Farbstoffe haben sich als sehr nützlich erwiesen.
Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass einige Sonden auch in gesundem Gewebe durch endogene Enzyme aktiviert werden können, wodurch Hintergrundfluoreszenz entsteht und es schwieriger wird zu beurteilen, was entfernt werden sollte. Das Gegenteil ist auch möglich, wenn Krebszellen unmarkiert bleiben und während der Operation übersehen werden, was die Wahrscheinlichkeit eines erneuten Auftretens erhöht.
Unsere Gruppe hat diesen aktuellen Mangel erkannt und diese Methode verbessert, um Krebszellen im Körper zum Leuchten zu bringen. In Tests an Mäusen haben wir Tumoren ein spezielles Enzym zugeführt und eine Fluoreszenzsonde verwendet, die sich nur einschaltet, wenn dieses Enzym vorhanden ist.
Ryosuke Kojima, außerordentlicher Professor, Labor für chemische Biologie und molekulare Bildgebung, Universität Tokio
Kojima fügte hinzu: „Ältere Sonden beleuchten oft versehentlich gesundes Gewebe und erzeugen Hintergrundgeräusche, aber unsere hochselektive oder bioorthogonale Farbstoffsonde ist so konzipiert, dass sie vollständig ausgeschaltet bleibt, es sei denn, sie trifft auf das passende technische Enzym. Wir haben das Enzym im Wesentlichen durch wiederholte Mutation und Selektion, eine Form der gerichteten Evolution, trainiert, damit es die Sonde stark genug aktivieren konnte, um in lebenden Tieren zu wirken.“
Kojima hat zusammen mit Professor Yasuteru Urano und ihrem Team eine spezielle Fluoreszenzsonde entwickelt, die nicht so leicht durch natürliche Enzyme im Körper aktiviert wird und so unerwünschtes Hintergrundleuchten verhindert. Diese Sonde wurde mit einem passenden Reporterenzym gepaart, das speziell darauf zugeschnitten ist, sie einzuschalten, sodass Fluoreszenz hauptsächlich dort auftritt, wo das Enzym abgegeben wird. Bei Tests an Mäusen mit Bauchfellkrebs erreichte das manipulierte Enzym die Tumoren in der Bauchwand und wurde von der Sonde verfolgt, die wie erwartet aufleuchtete.
„Dadurch konnten wir winzige, millimetergroße Tumorläsionen mit extrem geringem Hintergrundrauschen erkennen, ein Kontrastniveau, das bei Operationen sehr nützlich sein könnte“, sagte Kojima. „Kurzfristig könnte sich dieses System zu einem leistungsstarken Forschungsinstrument entwickeln und längerfristig könnte es Chirurgen helfen, Tumore vollständiger zu entfernen, indem es Krebszellen deutlich hervorhebt. Eine große Hürde für den klinischen Einsatz wird darin bestehen, sicherzustellen, dass das manipulierte Enzym bei Patienten keine unerwünschte Immunantwort auslöst.“
Das System könnte über den in diesen Studien verwendeten Peritonealkrebs hinaus auch an andere Krebsarten angepasst werden, da viele Krebsarten entsprechende Antigene aufweisen, verräterische Marker für Tumorgewebe. Durch den Austausch der tumorzielenden Komponente (z. B. eines Antikörpers oder Nanokörpers gegen ein ausgewähltes Antigen) könnte das gleiche Enzym-Sonden-Paar im Prinzip auf andere Krebsarten umgeleitet werden.
Wenn man noch weiter in die Zukunft blickt, könnte diese Forschung sogar bei der gezielten Medikamentenabgabe hilfreich sein, bei der anstelle leuchtender Farbstoffe krebsbekämpfende Medikamente an die Orte geschickt werden, an denen sie benötigt werden, und nirgendwo sonst. Aber wie Kojima betont, steht es noch am Anfang, die Versuche wurden nur an Mäusen durchgeführt und es ist noch viel Arbeit nötig, bis es als sicher genug für Versuche am Menschen gilt.
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