Gasfallende Strukturen verbessern die Tumorbehandlung

Neuartige sauerstoffbindende Materialien, die mit einem Schlagsiphon hergestellt werden, können verwendet werden, um die Reaktion von Krebszellen auf Bestrahlung und bestimmte Chemotherapien zu verbessern. Die Materialien, die als Schäume, Feststoffe oder Hydrogele formuliert werden können, sollen laut den Forschern, die sie entwickelt haben, hohe Konzentrationen therapeutischer Gase wie Sauerstoff transportieren, die dann direkt in Tumorgewebe injiziert werden können.

Die Forscher, angeführt von James Byrne und Jianling Bi von der University of Iowa stellten die gaseinschließenden Materialien (GeMs) unter Verwendung von Druckbehältern her: einem Schlagsiphon und einem Parr-Reaktor (einem Rühr-Hochdruckreaktor). Der Schlagsiphon, der besser für die Erzeugung von Schaum auf heißer Schokolade oder Cappuccinos bekannt ist, erzeugt Materialien, die Gas bei Standarddrücken einschließen, während der Parr-Reaktor Feststoffe erzeugt, die Gase bei Drücken von bis zu 600 PSI (3.45 MPa) einfangen können. Bei der Parr-Methode wird unter Druck stehender Sauerstoff physisch in einer natürlichen Polymermatrix eingeschlossen, ein Prozess, der zur Herstellung einiger Arten von kohlensäurehaltigen Süßigkeiten verwendet wird.

Die GeMs bestehen aus Xanthangummi und Natriumalginat, die häufig als Hilfsstoffe bei der Herstellung von Arzneimitteln verwendet werden und daher von der US-amerikanischen Food and Drug Administration allgemein als sicher angesehen werden.

GeMs-Schäume können in Tumorgewebe injiziert werden

„Wir können die geschäumten GeMs mit einer Spritze direkt in das Tumorgewebe injizieren“, erklärt Byrne. „Die soliden GeMs können in klinisch einsetzbaren Formen hergestellt werden, ähnlich wie Brachytherapie-Implantate oder Referenzmarken für die radiografische Bildführung, und dann mit einer Nadel in Tumore implantiert werden.“

Laut Byrne können diese Materialien die Wirksamkeit von Standard-Chemotherapien und Strahlenbehandlungen verbessern, indem sie beispielsweise die Sauerstoffmenge in soliden Tumoren erhöhen. „Die meisten Tumore haben einen sehr niedrigen Sauerstoffgehalt, was als Hypoxie bezeichnet wird“, erklärt er. „Vor Jahrzehnten konnten Forscher zeigen, dass eine Erhöhung der Sauerstoffmenge in Krebszellen ihre Reaktion auf Bestrahlung und bestimmte Chemotherapien verbessern kann.“

Das Team demonstrierte, dass die Materialien extrem hohe Sauerstoffmengen lokal in zwei Arten von Tumoren bei Mäusen abgeben können, wodurch die Wirksamkeit von Standardbehandlungen verbessert wird. „Dies ist sehr relevant für klinische Situationen, in denen bestimmte Krebsarten schlecht auf Strahlen- und Chemotherapie ansprechen, oder für einen Tumor, der chirurgisch entfernt wird“, sagt Byrne.

Die erhöhten Sauerstoffwerte scheinen auch die immunogene Tumorumgebung in malignen peripheren Nervenscheidentumoren zu verbessern, fanden die Forscher heraus. Solche Tumoren, die so genannt werden, weil sie periphere Nerven umhüllen, sind chirurgisch schwer zu entfernen, da sie den Nerv schädigen können, was zu Lähmungen, schweren Erkrankungen oder sogar zum Tod führen kann. Die Verbesserung der immunogenen Tumorumgebung bedeutet, dass das körpereigene Immunsystem den Tumor besser erkennt, erklärt Byrne, was dazu beiträgt, die Wirksamkeit von Immuntherapien zu verbessern, was möglicherweise die Behandlung von Metastasen ermöglicht.

Weitere Behandlungen können erforderlich sein

„Die Hauptanwendungen für diese Materialien werden die Behandlung von hypoxischen Tumoren in Kombination mit anderen Therapien sein“, sagt Byrne Physik-Welt. „Sie bieten auch die Möglichkeit, andere Gase und Medikamente zur Verbesserung der Krebstherapie zu testen.“

Mikrobläschen bieten eine Zwei-in-Eins-Krebsbehandlung

Byrne betont, dass diese Arbeit eine große Teamarbeit war, die mehrere Institutionen umfasste, darunter die University of Iowa, das Massachusetts Institute of Technology, das Brigham and Women's Hospital, das Beth Israel Deaconess Medical Center und die Harvard Medical School. „Die Fertigstellung dieses Projekts wäre ohne den Einsatz vieler Einzelpersonen nicht möglich gewesen“, fügt er hinzu.

Die Forscher wollen nun untersuchen, ob die GeMs kontinuierlich verabreicht werden müssen, um die Größe eines Tumors zu reduzieren. „Die Tatsache, dass das Tumorwachstum bei den von uns getesteten Techniken eher verlangsamt als vollständig gestoppt wird, deutet auch darauf hin, dass möglicherweise weitere Behandlungen erforderlich sind“, erklären sie. „Solche Behandlungen könnten die Verwendung verschiedener Arten von Druckgefäßen und höhere Drücke umfassen, um die Gasmenge zu verbessern, die in einen Tumor abgegeben wird.“

Die Arbeit ist detailliert in Fortgeschrittene Wissenschaft.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/gas-trapping-structures-improve-tumour-treatment/