Bildreportage: Nano-Eisen gegen Tumore Krebs-Forscher und Onkologen wissen seit Langem, dass Tumorgewebe besonders empfindlich auf Hitze reagiert, und suchen nach Wegen, dies für die Therapie zu nutzen. Die MagForce AG setzt auf Eisenoxid-Nanopartikel und ein magnetisches Wechselfeld, um gezielt Tumore stark aufzuheizen. An mehreren deutschen Universitätskliniken wird dieses Verfahren derzeit in der Praxis erforscht. Für das Nanoportal Baden-Württemberg öffneten die Ärzte der Abteilung Neurochirurgie an der Universitätsklinik Münster die Türen zum Behandlungsraum. Hirntumor in Computerdarstellung. Foto: MagForce AG Wer in Deutschland an Krebs erkrankt, wird heute nach drei Standardverfahren behandelt: Operation, Chemotherapie, Bestrahlung - die Ärzte entscheiden, in welcher Kombination sie zum Einsatz kommen. Patienten mit einem bösartigen Hirntumor, einem Glioblastom, gewinnen dadurch durchschnittlich ein Jahr, bevor der Tumor erneut zu wachsen beginnt. Heilung ist bisher nicht möglich. An den Universitätskliniken Münster, Berlin, Kiel, Düsseldorf, Gießen, Frankfurt und Köln wird ein Verfahren erforscht, mit dessen Hilfe Hirntumore wirksamer und für die Patienten schonender bekämpft werden könnten. Es setzt auf Hitze. März 2014 1
NanoTherm heißt das neue Medizinprodukt. Es enthält Eisenoxid-Nanopartikel in flüssigerverteilung. Gelingt es, Tumorgewebe stark zu erhitzen, werden die Zellen zerstört oder so geschädigt, dass Chemotherapie oder Bestrahlung besseren Erfolg zeigen im Idealfall bliebe Patienten eine weitere Chemo- oder Strahlentherapie erspart. Das Problem: Die Hitze soll nur den Tumor treffen, nicht das gesunde Gewebe in seiner Umgebung. In der NanoTherm -Therapie sollen Nanopartikel aus Eisenoxid genau das ermöglichen. März 2014 2
Modelldarstellung eines Eisenoxid-Nanopartikels mit seiner Hülle. Foto: MagForce AG Etwa 15 nm messen die Eisenoxid-Nanopartikel im Durchmesser. Sie sind von einer Hülle aus Aminosilan umgeben. Diese sorgt dafür, dass die Partikel sich in Wasser sehr fein verteilen, ohne zu verklumpen. Im Tumor dagegen vermittelt die Hülle, dass sich die Teilchen prompt zusammenlagern. Sie bleiben an Ort und Stelle und bilden stabile Nanopartikel-Depots im Gewebe. März 2014 3
Mit Hilfe einer Sonde werden die Eisenoxid-Nanopartikel in den Tumor eingebracht. Foto: MagForce AG Mit Hilfe einer Kanüle wird das schwarzbraune Ferrofluid direkt in den Tumor gespritzt. Die Neurochirurgen bringen es über mehrere Einstichkanäle in den Tumor ein, damit es dort möglichst gleichmäßig verteilt ist. Da sich die Eisenoxid-Teilchen im Tumorgewebe zu kleinen Depots zusammenlagern und sich nicht weiterbewegen, soll zwischen den Depots nicht mehr als ein Zentimeter liegen, um eine gleichmäßige Abdeckung des Tumors zu gewährleisten. Pro Nanopartikel-Depot werden ca. 0,3 ml des Ferrofluids mit einem Abstand von jeweils 1 cm ins Tumorgewebe eingebracht, in der Studie sind es insgesamt nicht mehr als 8-10 ml pro Patient. März 2014 4
NanoTherm in einem Modell-Gewebe. Die Eisenoxid-Nanopartikel verteilen sich auf kleinem Raum und bilden Depots. Durch kluges, punktgenaues Einspritzen verteilen die Ärzte die Eisenoxid-Partikel rein mechanisch zwischen den Tumorzellen und sorgen dafür, dass sie nicht in gesundes Gewebe gelangen: Sie drücken das Ferrofluid langsam aus der Kanüle heraus, während sie die Kanüle aus dem Stichkanal ziehen. Wie eine Spur bleiben die Eisenoxid-Teilchen dort liegen, wo sie die Kanüle verlassen haben. Da sie keinerlei Wechselwirkung mit ihrer Umgebung eingehen, bewegen sie sich nicht eigenständig weiter (im Bild: Eisenoxid-Nanopartikel in einem Gewebe- Modell). Sie werden weder abgebaut noch abtransportiert und bleiben dauerhaft eingekapselt im Gewebe. März 2014 5
Simulation der Temperaturverteilung in der Software NanoPlan. Foto: MagForce AG Für die Planung der Therapie nutzen die Ärzte ein spezielles Computerprogramm: Mit Hilfe von Computertomographie-Bildern der Nanopartikel-Depots und Bildern des Tumors aus der Magnetresonanztomographie können sie mit NanoPlan simulieren, wie sich die Temperaturen im Tumor entwickeln und verteilen werden, wenn das Magnetfeld in verschiedenen Stärken wirkt. März 2014 6
NanoActivator. Foto: MagForce AG Nun kommt der NanoActivator ins Spiel: Mit einer hohen Wechselspannung erzeugt er ein magnetisches Wechselfeld, in dem die Magnetkerne der superparamagnetischen Eisenteilchen im Gewebe zu schwingen beginnen. Je höher die Magnetfeldstärke, desto mehr Energie wird auf die Eisenteilchen übertragen. Dadurch werden sie heiß und erwärmen so auch die Tumorzellen in ihrer Umgebung. Dieses Verfahren lässt sich theoretisch beliebig oft wiederholen. Nach allem, was bisher bekannt ist, hat das Magnetfeld für die Patienten selbst keine Nebenwirkungen. Auch die Eisenoxid-Partikel stellen für die Menschen nach bisherigem Kenntnisstand kein zusätzliches gesundheitliches Risiko dar. Setzte sich die Therapie durch, könnten Krebspatienten auf diese Weise mehrfach behandelt werden. März 2014 7
Blick ins Innere des NanoActivators. 22.000 Volt sorgen für ein starkes Magnetfeld. Die 22.000 Volt des Wechselfeldapplikators erzeugen ein starkes Magnetwechselfeld. Mit seiner Hilfe gelingt es, das Tumorgewebe auf bis zu 80 C zu erwärmen. Das umliegende, gesunde Gewebe wird hingegen nicht beeinträchtigt, weil die Eisenpartikel gezielt nur in den Tumor eingebracht wurden. Durch die Erwärmung sterben die Zellen ab oder werden geschwächt und auf diese Weise empfindlicher für Chemotherapien und Bestrahlung, die dadurch besser wirken. März 2014 8
Eine Thermosonde wird in das Modell eines Tumors eingeführt. Im Rahmen der Studie erhalten Patienten nach der Injektion der Nanopartikel sechs therapeutische Anwendungen im NanoActivator innerhalb von drei Wochen. Wie heiß das Gewebe tatsächlich wird, wird bei der ersten Behandlungssitzung gemessen: Eine exakt geeichte Thermosonde wird in einen vorher gelegten Katheter, der quer durch das Tumorgewebe liegt, eingeführt und misst die tatsächliche Erwärmung entlang einer Achse durch den Tumor. Die Messung wird mit der Simulation der Temperaturverteilung der NanoPlan -Software abgeglichen und die Magnetfeldstärke gegebenenfalls angepasst. Die Ärzte kennen deshalb die genaue Temperatur im Gewebe des jeweiligen Patienten, können das Magnetwechselfeld entsprechend einstellen und so das Tumorgewebe kontrolliert erhitzen. März 2014 9
Fläschchen mit NanoTherm -Magnetflüssigkeit auf dem Tisch des NanoActivators. Die NanoTherm-Therapie ist bereits in der Europäischen Union zur Behandlung von Hirntumoren zugelassen. Unter den kontrollierten Studienbedingungen in den beteiligten Universitätskliniken soll nun herausgefunden werden, ob die Patienten bei zumutbaren Bedingungen auch einen zusätzlichen Nutzen haben, und wann er am größten ist. Bestätigen sich die Ergebnisse der früheren Studien, dass die Glioblastom-Patienten von dieser Therapie profitieren, wird der Einsatzbereich dieses Verfahren wesentlich größer. Der Einsatz auch für andere Krebsarten ist in der Planung. März 2014 10
Behandlungsraum. Während der Patient direkt im stärksten Magnetfeld des Gerätes liegt, steuert der Arzt die Behandlungseinheit vom Computer aus. Patienten, die an der NanoTherm -Studie teilnehmen, werden nach einer Zufallsmethode auf drei Gruppen verteilt: Die erste Gruppe wird ausschließlich bestrahlt, eine zweite Gruppe ausschließlich mit NanoTherm behandelt. An den Patienten einer dritten Gruppe wird die Kombination beider Verfahren erprobt. In diese Kombinationstherapie aus NanoTherm und Bestrahlung des Tumors setzen die Mediziner die größten Hoffnungen. März 2014 11
Professor Dr. med. Walter Stummer. Der Neurochirurg ist Direktor der Klinik für Neurochirurgie und Neuroonkologie am Universitätsklinikum Münster und leitet die Glioblastom-Studie. Ich hoffe sehr, dass wir den Nutzen dieser Therapie belegen können. Sie könnte die Lebensqualität und die Heilungschancen vieler Krebspatienten in Zukunft deutlich verbessern. Im Jahr 2017 werden wir Gewissheit haben, sagt Professor Walter Stummer, der die deutschlandweite Glioblastom-Studie leitet. Als Spezialist für Hirntumore hat der Neurochirurg jedoch nicht nur die Entwicklung neuer Therapien im Blick. Er plädiert auch für Verbesserungen der etablierten Systeme: Für bessere Behandlungsmöglichkeiten von Hirntumoren und anderer Krebsarten ist noch etwas ganz entscheidend: Die regelmäßige Nachsorge, das heißt die kontinuierliche Kontrolle von Krebspatienten im Magnetresonanztomographen in kurzen Zeitabständen. Nur so lässt sich rechtzeitig erkennen, ob ein Tumor zurückkommt. Nur dann können alte wie neue Anschlussbehandlungen Erfolg haben. März 2014 12