Radioaktive Trojaner im Kampf gegen Metastasen

Kurt de Swaaf
23. April 2013, 17:22
  • Ein Listeria-Bakterium unter dem Elektronenmikroskop: Forscher versetzten die Bakterien mit radioaktiven Isotopen und ließen sie auf Krebsgeschwüre los.
    foto: archiv

    Ein Listeria-Bakterium unter dem Elektronenmikroskop: Forscher versetzten die Bakterien mit radioaktiven Isotopen und ließen sie auf Krebsgeschwüre los.

Listerien gelten normalerweise als gefährliche Erreger - Die Bakterien können aber auch genutzt werden, um eine Art nukleare Sprengköpfe in Krebszellen einzuschleusen

So mancher nennt ihn den schleichenden Tod. Das pankreatische duktale Adenokarzinom, besser bekannt als Bauchspeicheldrüsenkrebs, ist eine besonders heimtückische Krankheit. Die Geschwüre bilden bereits Metastasen, bevor sie aufgrund spezifischer Symptome entdeckt werden können. Die Tochtertumoren setzen sich vor allem in der Leber fest. Sie widerstehen klassischen Strahlen- und Chemotherapien und wachsen aggressiv weiter. Nur vier Prozent der Patienten überlebt länger als vier Jahre.

"In den vergangenen 25 Jahren hat es praktisch keine Fortschritte in der Behandlung von Pankreaskrebs gegeben", erklärt Claudia Gravekamp, Wissenschafterin am Albert Einstein College of Medicine in New York, im Gespräch mit dem Standard. Auch die relativ neuen Medikamente Gemcitabin und Erlotimib können den fatalen Krankheitsverlauf im Durchschnitt lediglich um ein halbes Jahr bremsen.

Langfristig jedoch könnte es nun Anlass zur Hoffnung geben. Gravekamp und ihr Forscherteam haben eine neue potenzielle Möglichkeit zur Bekämpfung von Bauchspeicheldrüsenkrebs-Metastasen entdeckt. Die Experten nutzen dazu spezielle Mikroorganismen: Bakterien der Spezies Listeria monocytogenes.

Parasiten als Transportmittel

Normalerweise gelten die Listerien selbst als gefürchtete Krankheitserreger. Sie können gefährliche Infektionen auslösen. Die Keime agieren mitunter sogar als intrazelluläre Parasiten. Sie können in Körperzellen eindringen und sich dort vermehren. Schwere Gewebeschäden sind die Folge.

Schon vor einigen Jahren kamen Mediziner auf die Idee, die invasiven Fähigkeiten von L. monocytogenes zu therapeutischen Zwecken zu nutzen. Die Einzeller sollten tumorspezifische Antigene in spezialisierte weiße Blutkörperchen, sogenannte Antigen-präsentierende Zellen, einschleusen und so das Immunsystem bei der Erkennung von Krebszellen unterstützen. Man nutzte dazu genetisch modifizierte Listerien, deren Erbgut so verändert ist, dass sie nicht lang im menschlichen Körper überleben können und deshalb keine Gesundheitsgefahr darstellen.

In den ersten Tests bei Patientinnen mit Gebärmutterhalskrebs zeigte die Methode Wirkung. Interessanterweise jedoch überlebte ein Teil der eingesetzten Bakterien. Sie hatten sich in den Krebsgeschwüren angesiedelt. Die Karzinome stellen für Listerien ein Refugium dar, weil das Immunsystem in der Umgebung eines Tumors unterdrückt ist. Die Krebszellen litten allerdings erheblich unter der Anwesenheit der Eindringlinge, denn die Keime produzierten reichlich freie Sauerstoffradikale - und zerstörten so viele ihrer Wirte.

Für Claudia Gravekamp und ihre Kollegen waren diese Beobachtungen der Funken zu einer neuen Überlegung. Wenn die Listerien eine Vorliebe für Tumorzellen haben, dann könnte man sie auch als Transportvehikel nutzen. Für eine tödliche Fracht. Eine Art nuklearer Sprengkopf in Mikroformat.

Strahlende Wirkung

Die Wissenschafter nahmen spezielle, an der Zellwand von L. monocytogenes bindende Antikörper und versahen diese mit radioaktivem Rhenium. Dieses Isotop setzt Betastrahlung mit relativ kurzer Reichweite frei, hat eine sehr kurze Halbwertszeit von nur 17 Stunden und löst zudem nur geringe Nebenwirkungen aus, erläutert Claudia Gravekamp. Für den therapeutischen Einsatz optimal geeignet. Die strahlenden Teilchen sollen von den Bakterien zu den Tumoren transportiert werden und dort ihre verheerende Wirkung entfalten.

Die ersten Tierversuche sind erfolgreich verlaufen. In Mäusen mit künstlich erzeugtem, metastasierendem Pankreaskrebs zerstörten die radioaktiv ausgestatteten Bakterien binnen weniger Tage rund 90 Prozent aller Tochtergeschwüre. Bei den primären Tumoren war die Effektivität indes deutlich geringer - vermutlich weil diese nur wenig wachsen. Radioaktivität beeinträchtigt über DNA-Schäden vor allem teilungsaktive Zellen. Die detaillierten Studienergebnisse wurden am Montag vom Fachblatt Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) online veröffentlicht.

Dass die Listerien so treffsicher ihr Ziel erreichen, ist auch einem krankheitsspezifischen Mechanismus zu verdanken, betont Claudia Gravekamp. Die Bakterien dringen in immunreaktion-unterdrückende Zellen (MDSC) ein, die vom Knochenmark aus zu den Metastasen wandern. "Diese transportieren sie dann wohlbehalten zu den Tumorzellen." Ganz wie Trojanische Pferde.

Jetzt geht es darum, die Methode weiter zu optimieren und kliniktauglich zu machen, sagt die Molekularbiologin. "Schließlich wollen wir alle Metastasen töten, und nicht nur 90 Prozent." (Kurt de Swaaf, DER STANDARD, 24.04.2013)

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21 Postings

Das sind ja wunderbare Neuigkeiten...

Die Frage ist allerdings, ab wann wird das ganze tatsächlich auch angewandt?

netter versuch

Aber wo ist der DOI oder gar der PNAS Link?
Merci!

Ein hochenergetischer b-Strahler wie Renium hat aber in Gewebe noch eine Reichweite von

gut enem Milimeter. Noch besser geeignet dürften a-Strahler sein, mit einer Reichweite im bereich von nur ~100µm.
http://www.bueso.de/node/4184
http://de.wikipedia.org/wiki/Thorium-Reihe

jo, aber sie dürfen die bakterienzellen selbst net hinmachen

ein alphastrahler an der oberfläche hätte nur zu gute chancen, den boten zu töten.

und auch wenn der betastrahler eine reichweite von ca 1mm hat, den hauptteil des schadens richtet er in deutlich näherer umgebung an. abgesehen davon, der verweis auf die thorium-reihe is grad etwas unklar. rhenium ist leichter als blei und thallium, wird also von den 4 zerfallsreihen nie erreicht. rhenium ist einfach net "part of the game".

praktischerweise zerfallen die beiden in frage kommenden rhenium isotope (186 und 188) entweder in ein stabiles osmium-atom, oder in eins, das zwar ein alpha-strahler ist, mit 10^15 jahren hwz aber als quasi stabil angesehen werden kann.

btw, metastasen haben schnell mehr als 1mm durchmesser...

Oh, danke für den Hinweis, dass das mit der Thoriumreihe nicht ganz klar war:

Eine Tocherfirma von Areva hat es gerade erst 2012 geschafft Blei212 als Alternative zum betastrahlenden Rhenium zu Isolieren und in Mengen anzubieten wie diese für medizinische Anwendunge gebraucht werden.(Bl212 selbst ist auch ein Betastrahler aber aus der Thoriumreihe geht hervor, dass das Zerfallsprodukt dann ein Alphastrahler mit Zerfallszeiten im Minutenbereich ist.)
Inwieweit aber die Listerien selbst auch zerstört werden(und zwar bevor diese Ihr Ziel erreichen) ist aber eine Gute Frage -eine nichttriviale Frage, nachdem ich die Listerien auf jeden Fall mit so viel an Strahlern beladen muss, dass es reicht um nachher deutlich mehr Zellvolumen an Krebs abzutöten.

diese listerien müssen sich für die therapie nicht vermehren, da der nachwuchs keine betastrahler mehr trasportiert. die schädigung durch radioaktivität tritt hauptsächlich bei der zellteilung ein. also hofft man wohl, dass sie die paar stunden überleben, bis sie in der metastase angekommen sind.

Danke! (dürfte ja im Tierversuch ja auch so funktioniert haben)

Der meiner meinung nach nicht triviale Teil dabei ist aber ob das auch noch so funktioniert wenn man statt einem low-LET(http://de.wikipedia.org/wiki/Line... etransfer) Strahler einen high-LET Strahler verwendet.
Die Zellschäden sind ja dabei ja lokal sehr viel gravierender.

Zum Thema ob das mit LET-Strahlern auch funktioniert hatte ich noch einen Geistesblitz:

Sollte gehen, da der Energieverlust am Anfang der Flugbahn deutlich kleiner ist und erst gegen Ende Ihr Maximum erreicht:
http://en.wikipedia.org/wiki/File... in_Air.png
Die cm Angaben auf der x-Achse gelten für Luft, Wasser(Gewebe) ist ~1000x dichter, ein cm entspricht also ~10µm.
Listerien sind aber nur ~1µm groß!

die methode ist schon auch interessant

was wäre, wenn man etwas weiter oben ansetzt. bei Ra224. das hat eine hwz von 3,66 tagen, gibt den listerien also genug zeit, die tumore zu infiltrieren. beim zerfall wird ein alpha-teilchen abgegeben, und gleich darauf noch 2 weitere, womit es bei blei 212 ankommt, das per betastrahlung dann zu ihrem Bi212 wird, welches wieder alpha abstrahlt.
am ende kommt man dann bei Blei 208 an, das stabil ist.

unterm strich würde jedes radium-atom immerhin 4 alpha-teilchen und 3 elektronen abgeben (betastrahlung).

damit kann man die menge an benötigten material reduzieren. weil es is ja halt noch immer ein schwermetall, das am ende entsteht.

der elegante part ist halt, das man bakterien als vektoren einsetzt...

Dass sich die Strahlung wie es Grisu beschreibt erst am Zielort zu IHrem Maximum

aufbaut wäre ansich keine so schlechte Idee nicht, nur fürchte ich macht uns das Rn220 da einen Strich durch die Rechnung, da ein Edelgas, dass vermutlich aus der Zelle ausgasen würde?!
Zu Ihrer unteren Andeutung, dass man Medikamente(Chemotherapeutika) mit Strahlern kominieren könnte hatte ich auch eine Idee:
Es wird gerade erforscht zu Cis-Platin und Carbo-Platin analoge Medikamente mit Ruthenium herzustellen. Dieses entsteht in großen Mengen in Kernreaktoren/fällt in der WAA an, sowohl nichtradioaktive als auch aktive Isotope. Man könnte also so ein Medilament mit z.b. Ru97 erzuegen. Problem dabei ist, dass der Zerfall von Ru-97 nicht nur ein b- sondern auch ein g-Quant emittiert(215keV).

prinzipiell ja

aber das Rn220 is heiße 50 sekunden stabil (hwz 55,6s), und zerfällt schnell genug weiter, ich glaube nicht, das es in der zeit weit genug kommt.

zu Cis-Platin und dergleichen kann ich nichts sagen, außer halt, das ich es gut finde, das solche ansätze genutzt werden. tut vielleicht dem ein oder anderen weh, das krebsmedikamente plötzlich aus atommüll gewonnen werden könnten... aber die betreffenden patienten werden jede hilfe dankbar annehmen.

Ein Nuklid mit passender Zerfallsreihe hätte einen "Zeitzünder".

Wenn ein Nuklid und dessen Tochternuklid längere Halbwertszeiten haben, die weiteren Zerfallsprodukte (möglichst viele, möglichst energiereiche) aber kürzere, dann steigt die Strahlung anfänglich auf ein Vielfaches an, weil die Isotope der Zerfallsreihe erst nach und nach gebildet werden und zu strahlen beginnen.

Wenn nun die HWZ der ersten Nuklide der Zeit entsprechen, in der die Listerien mit ihrer tödlichen Fracht die Tumorzellen finden, wird die Strahlung erst am Zielort intensiv.

"..können aber auch genutzt werden, um eine Art nukleare Sprengköpfe in Krebszellen einzuschleusen"

noch reisserischer gehts nicht?

der durchschnittsösterreicher macht sich dabei sowieso schon in die hose, "oh mein gott, strahlung!!"

Ich finde diese Wortwahl in Ordnung, weil solcherweise auch mir Laien der Sachverhalt verständlich wird.

Dazu noch genetisch modifizierte Listerien.

Gene! Atome! Die zwei verlässlichsten Aufreger des Österreichers.

ich dachte auch zuerst

Bitte, bringts die Überschrift genau so im Heute ;)

1. ist die Strahlung von Chemo viel stärker
2. sind das tatsächlich freiwerdende nukulare Partikel die die Zellen zerstören.

jedoch findet richtiger Weise keine Explosion statt.

Chemo hat jetzt eigentlich nicht viel mit strahlung zu tun.

die normale "chemo" sollte garnicht strahlen. das passiert doch nur mit selektiven bestrahlungen. (wobei medikamente mit strahlenden komponenten auch vorstellbar sind). allerdings sind bestrahlungen wirklich viel stärker, als diese neue methode, bei der die kollateralschäden weit geringer sind.

der artikelteaser is aber tatsächlich etwas unwissenschaftlich gewählt. es ist ein strahlendes element, das man per bakterien zielgerichtet direkt dorthin bringt, wo man es gern hätte. die methode is ansich genial. der typische durchschnittsmensch liest aber was nuklearsprengköpfen und denkt sofort an hiroshima, nagasaki, tschernobyl und jetzt auch fukushima... und hat plötzlich schiss.

"Nukleare Sprengköpfe" passt schon, denn der "typische Durchschnittsmensch" hat langjährige Hollywood-Ausbildung und weiß deshalb, dass man jedes existenzbedrohende Problem mit einer Atombombe aus der Welt schaffen kann.

Und was zielsicher und nebenwirkungsfrei gegen Alien-Angriffe, Asteriodeneinschläge und sonstige Widrigkeiten des Erdendaseins hilft, kann ganz sicher auch besonders bösartigen Krebs killen.

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