Nanopartikel-basierende molekulare Fluoreszenz-Endoskopie für Colonkarzinom-Detektion (NanoEFEct)

Das Projekt wird Nanopartikel, welche bereits im Labor produziert werden, folgendermaßen adaptieren. In der gegenwärtigen Form bestehen die Nanopartikel aus Humanem Serum Albumin und sind mit Lektin-Targeting- Gruppen ausgestattet, welche molekulare Targets in der apikalen Glykokalyx von Endothelzellen erkennen (Oligolaktosaminen). Um starke Signale im Magnetresonanz-Imaging (MRI) zu erzeugen, tragen diese Nanopartikel als Signalgruppen Gadolinium-DTPA-Chelate. Sie wurden erfolgreich eingesetzt, um die vaskuläre Wand in lebenden Ratten im MRI darzustellen ("Molekulare Bildgebung"). Das Projekt wird nun diese Nanopartikel mit anti-EpCAM-Antikörpern als Targeting-Gruppen sowie mit zugelassenen Fluorochromen (IndoCyanin Green, ICG) ausstatten, und sie für Anwendungen in der Diagnostik bei der klinischen Kolonoskopie entwickeln. Diese Austausch-Aktionen sind prinzipiell einfach und bedürfen keiner tiefen theoretischen Überlegungen und werden erwartungsgemäß ohne Problem ablaufen. Jedoch, um diese neue Version der Nanopartikel für Anwendungen in der Fluoro-Endoskopie einzusetzen, bedarf es adäquate und eingehende Grundlagenforschung. Das Verhältnis an Targeting-Gruppen (anti-EpCAM) und Signal-Gruppen (ICG) pro Nanopartikel wird untersucht und optimiert. Die resultierenden Nanopartikel werden an vitalen humanen Biopsaten der Kolonwand ex situ topikal getestet (positives Votum der Ethikkommission liegt vor). Die optischen Geräte, die für dieses Testing notwendig sind, werden als feste Anlage aufgebaut. Nach diesem ex situ Testing werden die Nanopartikel in einem Mausmodell (internationaler Partner) topikal sowie auch intravenös appliziert und die Verteilung, Clearance sowie die Pharmakokinetik der Nanopartikel eingehend untersucht, um eventuelle toxische Nebenwirkungen zu eliminieren und die Interaktionen der Nanopartikel mit lebenden Geweben zu beschreiben. Bei jedem Schritt wird das Projekt Daten erheben, verarbeiten, und in einheitlicher Format speichern und Standard Arbeitsanweisungen generieren, um spätere translationelle Forschung zu fördern.

Unser Projekt NanoEFEct hat mit Hilfe von Nanopartikeln eine neue Methode zur Früherkennung von Darmkrebs entwickelt. Darmkrebs gehört zu den häufigsten Krebserkrankungen, weltweit gibt es jährlich rund 1,4 Millionen Neuerkrankungen, und verursacht hohe Todesraten, zum großen Teil aufgrund der Schwierigkeit, Frühstadien zu erkennen: selbst in einer völlig gesäuberten Darmwand ist es nicht immer möglich, Krebszellen im Frühstadium eindeutig zu erkennen. Hier setzt die Forschungsarbeit unseres Projekts an: unser Konzept ist, mit Hilfe der Nanopartikel Krebszellen zum Leuchten zu bringen, wodurch sie viel leichter zu diagnostizieren sind. Die Nanopartikel werden während der Endoskopie an unklare Stellen der Darmwand aufgetragen, binden an Krebszellen und beginnen mit Hilfe eines speziellen Lichtes zu leuchten, und signalisieren so das Vorhandensein von Tumorzellen. NanoEFEct, ein Konsortialprojekt im EU-Transcan Programm, ist auf internationale, translationelle Krebsforschung ausgerichtet und bestand aus 5 Konsortialpartnern, wobei die verantwortliche Koordination des Projekts der Innsbrucker Partner durchführte. Drei der Partner (Innsbruck in Österreich, Trondheim in Norwegen und Porto in Portugal) beschäftigten sich mit der Entwicklung von Nanopartikeln, die den Zweck erfüllten, Dickdarmkrebs zum Leuchten zu bringen, sowohl in Geweben des Menschen wie auch in experimentellen Tumoren in Mäusen und testeten auch die Nanopartikel der jeweiligen anderen Partner. Unser vierter Partner an der Klinik für Gastroenterologie (Medizinische Universität Erlangen, Deutschland) prüfte die jeweiligen Nanopartikel in Zell- und Maus-Studien. Unser fünfter Partner war CESAR (Wien, Österreich), ein Management-Team mit langjähriger Erfahrung im Koordinieren von klinischer Forschung, welches als verantwortliche Schnittstelle zwischen den Partnern des Projektes und den Gesundheitsbehörden fungierte. Unsere Arbeit bewies definitiv, dass unser Forschungsziel, die Diagnose von frühen Dickdarm Tumoren zu verbessern, indem man diese in der Dickdarmwand zum Leuchten bringt, realisierbar ist. Unser erfolgreiches Konzept funktioniert im Labor und muss nun für die Anwendung im klinischen Bereich weiter verfeinert werden. Im Laufe unserer weiteren Arbeiten werden wir die Vor- und Nachteile von allen Nanopartikel-Versionen des Projekts studieren, um die wirksamste und die sicherste Version zu identifizieren. Das in diesem Projekt erlangte Wissen zur Entwicklung von diagnostischen Produkten für die klinische Anwendung bei Dickdarmkrebs kann ebenso und vergleichsweise einfach für die Diagnostik anderer Krebsarten verwendet werden, so z.B. bei Lungenkrebs, Krebsarten der Luftwege und im Urogenitaltrakt. Der soziale und wirtschaftliche Impakt unserer Arbeit ist deshalb sehr groß. In Zukunft werden wir unsere Arbeit auf die Entwicklung von sicheren und wirksamen Nanopartikeln für die Diagnose von verschiedenen, bedeutenden Krankheiten fokussieren.