Tumortherapie mit magnetischen Nanopartikeln – in silico, in vitro und in vivo

Einleitung: Die zahlreichen Nebenwirkungen einer systemischen Chemotherapie können durch eine lokale, zielgerichtete Applikation des Wirkstoffs vermieden werden. Dies ist mit magnetischen Nanopartikeln (MNP) möglich. Die MNP werden dabei in Magnetoliposomen an ein Pharmakon gebunden und im Zielgebiet mithilfe von Magnetfeldfallen angereichert. Die Anlage eines magnetischen Wechselfeldes generiert Hitze, die den Wirkstoff lokal in hoher Konzentration freisetzt und zusätzlich zur hyperthermen Therapie verwendet werden kann.

Ziele: Bisher können durch Pharmakotargeting mit magnetischen Nanopartikeln nur oberflächliche Tumore behandelt werden. Um auch Tumore im Körperinneren zu erreichen, sollen die Magnetfeldfallen endoskopisch platziert werden. Hierzu ist eine Optimierung sowohl der Magnetfeldfallen als auch der Magnetoliposome und ihrer Zusammensetzung nötig. Als Anwendungsbeispiele dienen Tumore des Pankreas, des Ösophagus und des Gallengangs (Klatskin).

Methodik: Mithilfe eines neuentwickelten Computermodells wurden geeignete Magnetfeldfallen in den Zielorganen und die Akkumulation der MNP in den Tumorgefäßen simuliert, um so die Magnetfeldfallen für jede Tumorentität zu optimieren. Die Toxizität und Interaktion der verschiedenen Magnetoliposome mit den Zellen wurde in humanen Karzinomzelllinien sowie non-malignen Zelllinien untersucht (XTT, Fluoreszenzmikroskopie, TEM). Schließlich wurden die optimierten Magnetfeldfallen und Magnetoliposome ins präklinische Tiermodell Schwein übertragen.

Ergebnis: Durch die Simulationen in silico konnte jeweils eine Magnetfeldfalle gefunden werden, die eine hohe Targetingeffizienz durch ein ausreichend hohes Magnetfeld in den Tumorgefäßen erlaubt. In vitro konnte die Magnetoliposomzusammensetzung mit der geringsten Toxizität und der höchsten Magnetisierung ermittelt werden. Des Weiteren wurden die unterschiedlichen Magnetoliposome hinsichtlich ihrer Aufnahme durch die Zellen charakterisiert. In vivo konnte abschließend eine deutliche Akkumulation der Magnetoliposome im Zielgebiet nachgewiesen werden.

Schlussfolgerung: Die lokale Behandlung von Tumoren im Körperinneren durch endoskopisches Targeting von magnetischen Nanopartikeln ist möglich. Weitere Versuche in Tiermodellen der verschiedenen Tumorentitäten müssen folgen.