Ultraschall könnte Wirkstoffabgabe bei Gliomen verbessern

Forschende von UVA Health zeigen, dass Gliome für die gezielte Wirkstoffabgabe mithilfe fokussierten Ultraschalls möglicherweise besser zugänglich sind als gesundes Hirngewebe.

Gliome sind die häufigsten primären Hirntumoren bei Erwachsenen. Zu dieser Gruppe gehören auch Glioblastome, die tödlichste Form dieser Tumoren. Obwohl bestehende Therapien die Überlebenszeit verlängern und die Lebensqualität verbessern können, bleibt die Prognose insbesondere bei Glioblastomen ungünstig. Daher werden neue Therapieansätze benötigt.

Eine besondere Herausforderung bei der Behandlung von Hirntumoren besteht darin, Wirkstoffe durch die Blut-Hirn-Schranke in das erkrankte Gewebe zu bringen. Diese natürliche Schutzbarriere hält Krankheitserreger und schädliche Substanzen vom Gehirn fern, erschwert dadurch aber auch den Transport vieler Medikamente.

Fokussierter Ultraschall kann genutzt werden, um die Blut-Hirn-Schranke für kurze Zeit und räumlich präzise zu öffnen. Dazu werden Mikrobläschen in die Blutbahn eingebracht und anschließend mit Ultraschall angeregt. Die dabei entstehenden mechanischen Kräfte können die Blut-Hirn-Schranke vorübergehend durchlässiger machen, sodass Wirkstoffe in das umliegende Gewebe gelangen können.

In Hirntumoren ist die Struktur der Blut-Hirn-Schranke durch Veränderungen der Tumorzellen verändert. Dadurch kann ihre Funktion weniger vorhersehbar sein. Vor diesem Hintergrund war bislang unklar, wie zuverlässig fokussierter Ultraschall die Wirkstoffabgabe auch im Tumorgewebe ermöglicht und welche Molekülgrößen sich dafür besonders eignen.

„Um diese zentrale Frage zu untersuchen, entwickelte Dr. Wilson Miller gemeinsam mit meinem Doktoranden Matthew Hoch ein MRT-Verfahren, mit dem sich die Wirkstoffabgabe mit bislang unerreichter räumlicher Auflösung messen lässt“, erklärt Richard J. Price, Ko-Direktor des Focused Ultrasound Cancer Immunotherapy Center von UVA Health. Das Verfahren sei erstmals mit fokussiertem Ultraschall kombiniert worden.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Gliome für die Wirkstoffabgabe mithilfe fokussierten Ultraschalls möglicherweise sogar besser zugänglich sind als gesundes Hirngewebe. Bei bestimmten Wirkstoffen könnte die Methode im Tumorgewebe daher besonders effektiv sein.

Mittlere Wirkstoffgrößen besonders geeignet

Neben der grundsätzlichen Zugänglichkeit der Tumoren untersuchten die Forschenden, welche Größe die Wirkstoffmoleküle für eine möglichst effiziente Abgabe haben sollten. In Experimenten mit Gliomen in Mäusen zeigte sich ein mittlerer Größenbereich als besonders günstig.

Sehr kleine Moleküle wurden weniger effizient transportiert als größere Moleküle, während sehr große Moleküle ebenfalls weniger geeignet waren. Die Forschenden identifizierten damit einen Bereich, in dem die Wirkstoffabgabe am effektivsten war.

Fokussierter Ultraschall kann dabei ohne operative Öffnung des Schädels eingesetzt werden. Niedrigfrequente Schallwellen könnten es ermöglichen, Wirkstoffe gezielt in das Tumorgewebe zu transportieren. Der Ansatz könnte damit grundsätzlich auch für Wirkstoffe interessant sein, die die Blut-Hirn-Schranke bislang nur schwer überwinden.

MRT ermöglicht präzise Steuerung und Kontrolle

UVA Health hat die Forschung zum fokussierten Ultraschall unter anderem mit Blick auf dessen mögliche Nutzung für die Tumortherapie ausgebaut. Inzwischen steht den Forschenden ein MRT-gesteuertes fokussiertes Ultraschallsystem zur Verfügung, das die Wirkstoffabgabe im Gehirn gezielt steuern und gleichzeitig bildgebend überwachen kann.

Die Kombination aus Bildgebung und Ultraschall soll dazu beitragen, besser zu verstehen, wie sich Wirkstoffe im Gehirn und innerhalb von Tumoren verteilen und unter welchen Bedingungen ihre Abgabe optimiert werden kann.

„Das neue MRT-gesteuerte fokussierte Ultraschallsystem ermöglicht es unseren Forschenden, die Behandlung gezielt einzusetzen und ihre Auswirkungen mit hoher Präzision zu überwachen“, erklärt James Stone von UVA Health. Die Kombination könne dazu beitragen, die Wirkstoffabgabe bei Hirntumoren weiter zu optimieren und neue Therapieansätze näher an eine klinische Anwendung heranzuführen.

Perspektiven für neue Therapien

Perspektivisch könnte der Ansatz auch mit anderen modernen Therapien kombiniert werden, darunter Immun- und Gentherapien. Bis zu einer Anwendung bei Patientinnen und Patienten sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich.

Die bisherigen Ergebnisse stammen aus präklinischen Modellen und müssen zunächst in weiteren Studien bestätigt werden. Entscheidend wird dabei sein, ob sich die gezielte Wirkstoffabgabe mithilfe fokussierten Ultraschalls sicher und zuverlässig auf die klinische Behandlung von Hirntumoren übertragen lässt.

(lj/BIERMANN)

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