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Die wegweisende Krankenschwester Florence Nightingale, die im Krimkrieg Verwundete versorgte, beschrieb bekanntlich frische Luft und Licht als wesentliche Hilfsmittel, um die Hygiene zu verbessern und Infektionen zu verringern. Heute spielen Sauerstoff und Licht erneut eine Schlüsselrolle in der Medizin, diesmal im Kampf gegen Krebserkrankungen.
Bei der photodynamischen Therapie (PDT) wird Licht mit einem organischen lichtempfindlichen Molekül, einem sogenannten Photosensibilisator, kombiniert. „Wenn Photosensibilisatoren einem Tumor verabreicht und mit Licht bestrahlt werden, übertragen sie Energie auf den Sauerstoff“, erklärt Sergio Moya vom Zentrum für kooperative Forschung an Biomaterialien CIC biomaGUNE in Spanien, der das Projekt OXIGENATED koordiniert.
„Dadurch wird eine Reihe von Reaktionen ausgelöst, die die Zerstörung bösartiger Zellen bewirken und das Immunsystem aktivieren.“ Über diese Ereignisse kann der Tumor beseitigt werden.
Ein wesentlicher Vorteil der PDT ist, dass sie sehr zielgerichtet funktioniert. Licht und Photosensibilisatoren werden auf den Tumor beschränkt, somit können Kollateralschäden an gesundem Gewebe in anderen Körperregionen weitgehend vermieden werden. Für den Erfolg der PDT ist jedoch die Anwesenheit von Sauerstoff unerlässlich.
„Die Schwierigkeit besteht darin, dass Tumoren oft durch eine begrenzte Verfügbarkeit von Sauerstoff gekennzeichnet sind“, so Moya. „Wenn wir die Sauerstoffverfügbarkeit in der Tumorumgebung für die Wirkung des Photosensibilisators erhöhen könnten, dann würde das Ergebnis der photodynamischen Therapie optimiert.“
Neue Wege für den Sauerstofftransport
Genau dieses wesentliche Ziel verfolgte das im März 2019 gestartete Projekt OXIGENATED, das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt wird. „Unser Ziel war es von Anfang an, neue Möglichkeiten zu ergründen, sowohl Sauerstoff als auch Photosensibilisatoren zum Tumor zu transportieren“, bemerkt Moya. „Wir haben festgestellt, dass eine höhere Verfügbarkeit von Sauerstoff für die Einleitung von Oxidationsreaktionen zu einer wirksameren photodynamischen Therapie führen würde.“
Das Projektteam entwickelte zu diesem Zweck Nanopartikel auf der Grundlage von Hämoglobin, dem natürlichen Sauerstoffträger des Körpers, der in den roten Blutkörperchen vorkommt. Unverändertes Hämoglobin kann nicht direkt in den Körper abgegeben werden, da es Nebenwirkungen verursachen kann.
„Unsere Arbeit umfasste daher die Entwicklung, Konstruktion und Charakterisierung von Nanopartikeln mit Hämoglobin-Kernen“, sagt Moya. „Diese könnten eingesetzt werden, um sicher und ohne unerwünschte Wirkungen Sauerstoff zuzuführen.“
Hämoglobin wurde erfolgreich in Polymer- oder Proteinmatrizen eingeschlossen. Dieses Verfahren verhindert nachweislich, dass Hämoglobin in den Blutkreislauf gelangt, während seine Fähigkeit, Sauerstoff zu transportieren und abzugeben, erhalten bleibt.
Förderung nichtinvasiver Verfahren zur Krebsbehandlung
Moya und sein Team erhoffen sich, durch die auf diese Weise erhöhte PDT-Wirksamkeit eine attraktive Alternative zu Chemotherapeutika und anderen, invasiveren Methoden der Krebstherapie anbieten zu können. Die Ergebnisse des im August 2024 endenden Projekts haben bereits angedeutet, dass dies durchaus möglich ist.
„Bislang wurden die Experimente mit In-vitro-Zellkulturen durchgeführt“, fügt Moya hinzu. „In der nächsten Projektphase werden wir in vivo experimentieren, um die Funktionalität dieser Nanopartikel nachzuweisen.“
Durch den internationalen Austausch und die Einbeziehung junger Forschender soll das Projekt sicherstellen, dass die Forschung in diesem vielversprechenden Bereich langfristig fortgesetzt wird.
„Mit der Lockerung der COVID-19-Beschränkungen konnten wir den Forschungsaustausch schnell wieder aufnehmen“, so Moya. „In den kommenden Monaten werden mehr Forschende die Gelegenheit erhalten, im Ausland zu arbeiten und gleichzeitig das Hauptziel des Projekts, die Wirksamkeit dieses neuen Verfahrens zu demonstrieren, zu erreichen.“
Wirksame minimalinvasive Therapien wie die verbesserte photodynamische Behandlung verringern nicht nur die finanzielle Belastung der Gesundheitssysteme, sondern verbessern auch die Behandlungsergebnisse und die Lebensqualität der Krebserkrankten. Wie sagte Florence Nightingale doch einst: „Das Leben ist ein wunderbares Geschenk.“