Neuer Diagnosechip ermöglicht schnelle Überwachung der Behandlung von Hirntumor

Neuer Diagnosechip ermöglicht schnelle Überwachung der Behandlung von Hirntumor

Neuer Diagnosechip zieht von Tumorzellen freigesetzte Pakete aus dem Blut und zeigt, ob Krebszellen während der Chemotherapie-Infusion abgestorben sind.

Forscher der Northwestern Medicine und der University of Michigan haben gezeigt, dass die Wirksamkeit einer Chemotherapie bei Hirntumor, die mit einer Technik durchgeführt wird, die die Blut-Hirn-Schranke öffnet, durch eine Blutentnahme überwacht werden kann.

Der neue Test könnte Patienten mit einer Form von Hirntumor namens Glioblastom helfen, indem er Ärzte darüber informiert, ob sie mit einem bestimmten Chemotherapeutikum fortfahren, das Medikament wechseln oder die Behandlung abbrechen sollen. Die Studie wurde hauptsächlich von den National Institutes of Health finanziert.

„Anstatt Monate warten zu müssen, können wir nach einer Dosis wissen, ob eine bestimmte Behandlung wirkt“, sagte Adam Sonaband, Neurochirurg von Northwestern Medicine, Mitautor der in Nature Communications veröffentlichten Studie. „Das ist enorm für Glioblastom-Patienten. Es könnte potenziell verhindern, dass Patienten längere Zeit wirkungslose Behandlungen erhalten, und so auch unnötige Nebenwirkungen vermeiden.“

Das Glioblastom ist eine häufig tödlich verlaufende Erkrankung, bei der die meisten Patienten innerhalb von zwei Jahren sterben und nur 10 % der Patienten nach fünf Jahren noch leben. Der Tumor entsteht aus dem Gehirn und dringt in dieses ein, so dass er nicht vollständig entfernt werden kann. Einige verbleibende Krebszellen verbleiben nach der Operation und führen zur Entstehung neuer Tumoren. Und im Gegensatz zu anderen Krebsarten können die meisten Chemotherapeutika und Krebsmedikamente die Blut-Hirn-Schranke, die das Gehirn vor Giftstoffen schützt, nicht überwinden.

Forscher des Northwestern Medicine Malnati Brain Tumor Institute führten eine frühere klinische Studie mit dem SonoCloud-9 von Carthera in Lyon, Frankreich, durch – einem therapeutischen Ultraschallgerät, das die Blut-Hirn-Schranke etwa eine Stunde lang öffnete, damit das Chemotherapeutikum Paclitaxel eindringen konnte. Diese neue Analyse, die eine Diagnosetechnologie der University of Michigan testet, zeigt, dass die Öffnung der Blut-Hirn-Schranke auch dazu führt, dass Tumorinhalte ins Blut gelangen. So lässt sich anhand von Blutabnahmen vor und nach jeder Behandlung beurteilen, wie gut eine Behandlung wirkt.

Im Blut des Patienten schweben winzige Partikel, sogenannte extrazelluläre Vesikel, die von den Krebszellen freigesetzt wurden. Diese Partikel fungieren als Botenstoffe und transportieren spezielle Teile genetischen Tumormaterials und Proteine. Die große Herausforderung besteht darin, herauszufinden, wie man nur diejenigen findet und herauszieht, die aus Krebszellen stammen und nicht aus anderen Teilen des Körpers.“

Sunitha Nagrath, Dwight F. Benton-Professorin für Chemieingenieurwesen an der UM und Mitautorin der Studie

Das Team aus Michigan hat einen Weg gefunden, extrazelluläre Vesikel und Partikel (EVPs) aus Krebszellen mit einem spezifischen Lipid oder Fettmolekül einzufangen, das häufig auf der Oberfläche des Exosoms zu finden ist. Durch die Isolierung aus Blutplasmaproben, die durch ihren GlioExoChip laufen, werden Blutentnahmen zu „flüssigen Biopsien“.

„Zellen nutzen extrazelluläre Vesikel und Partikel für die Kommunikation, und EVPs können für das Fortschreiten der Krankheit missbraucht werden. Es ist spannend, Teil dieser Technologie zu sein, die EVPs erfolgreich zur Überwachung des Behandlungserfolgs bei Tumoren einsetzen kann“, sagte Abha Kumari, ein Ph.D. Student im Chemieingenieurwesen an der UM und Co-Erstautor der Studie.

EVPs aus Zellen, die während der Behandlung absterben, lassen sich leichter auffangen, da das zum Einfangen der EVPs verwendete Lipid häufiger vorkommt. Daher zählte das Team vor und nach jeder Behandlung die extrazellulären Vesikel, die von Tumoren stammten, und berechnete ein Verhältnis, indem es die Anzahl nach der Chemotherapie durch die Anzahl vor der Chemotherapie dividierte. Wenn dieses Verhältnis mit jeder Chemotherapie-Sitzung anstieg, war die Behandlung erfolgreich. Bleib der Wert unverändert oder ging er zurück, galt die Behandlung letztlich als erfolglos.

„Das Öffnen der Blut-Hirn-Schranke ermöglicht die Messung von aus Tumoren stammenden Vesikeln im Blut und liefert so ein klinisch bedeutsames Flüssigbiopsiesignal“, sagte Mark Youngblood, Assistenzarzt für Neurochirurgie an der Northwestern Medicine und Co-Erstautor der Studie. „Der GlioExoChip bietet eine schnelle und minimalinvasive Möglichkeit, das Ansprechen auf die Behandlung bei einer Krankheit zu überwachen, bei der MRT-Scans oft irreführende Ergebnisse liefern.“

Als Nächstes werden die Forscher ihre Ergebnisse mit anderen Glioblastom-Therapien validieren und weiterhin die Nützlichkeit des Nachweises extrazellulärer Vesikel zur Beurteilung der Behandlung anderer Krebsarten untersuchen.

Zusätzliche Unterstützung für diese Studie wurde vom Lou and Jean Malnati Brain Tumor Institute des Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center, der Moceri Family Foundation, dem UM Forbes Institute for Cancer Discovery, dem US-Verteidigungsministerium, der American Brain Tumor Association, Tap Cancer Out und der Focused Ultrasound Foundation bereitgestellt. Sachleistungen wurden von Carthera, dem Hersteller des SonoCloud-9-Geräts, bereitgestellt, einem Prüfprodukt, das außerhalb klinischer Studien noch nicht zugelassen ist.

Auch Forscher aus Carthera haben zu dieser Studie beigetragen.

Das Gerät wurde in der Lurie Nanofabrication Facility gebaut. Die Studie wurde mit Hilfe des Michigan Center for Materials Characterization, des Biointerfaces Institute Nanotechnicum und der Proteomics Resource Facility durchgeführt.

Das Team hat mit Unterstützung von UM Innovation Partnerships Patentschutz beantragt und sucht nach Partnern, um die Technologie auf den Markt zu bringen.

Quellen: