ELPHI: Ein Steuerbares Implantat für Chemotherapie im Gehirn

Die Diagnose Gehirnkrebs, auch bekannt als Glioblastom (GBM), ist ernüchternd. Aufgrund des aggressiven und stark infiltrierenden Wachstums dieser Tumore stoßen gängige therapeutische Maßnahmen an ihre Grenzen. Trotz der Kombination von operativer Tumorentfernung mit Chemo- und Strahlentherapie haben die meisten Patienten eine Lebenserwartung von zirka 15 Monaten. Dieser Problematik nehmen sich das Team rund um Rainer Schindl, Linda Waldherr (beide Gottfried Schatz Forschungszentrum) und Silke Patz (Neurochirurgie) von der Medizinischen Universität Graz an. Ihr Ziel ist es, ein Gehirnimplantat zur gezielten und zeitlich kontrollierten Abgabe von neuen Chemotherapeutika, zu entwickeln. Die Idee kam Linda Waldherr zu Beginn ihres PhD Studiums vor zwei Jahren. Ich wusste von dieser Technologie und dass unsere Kooperationspartner physiologisch relevante Anwendungsgebiete für diese suchten. Die Idee der Anwendung für Gehirntumore habe ich eigentlich nur nebenher erwähnt, doch Rainer fand es spannend und hat mich gebeten der Sache nachzugehen. Mittlerweile forschen wir seit über zwei Jahren in dem Gebiet. Bei einigen Geräten und Versuchsaufbauten mussten wir sehr improvisieren, da es für unsere Experimente entweder nur sehr teure Produkte und Messstände, oder eben auch gar keine Angebote, gibt. Teilweise musste ich selbst darüber schmunzeln wie sehr ich typische Laborgegenstände für unsere Forschung zweckentfremdet habe. Aber die Kreativität und der Aufwand haben sich gelohnt und wir werden bald erste Ergebnisse publizieren., so die Jungforscherin. Für ihr Vorhaben haben die Grazer Forscher mittlerweile ein multidisziplinäres Team, bestehend aus schwedischen Materialwissenschaftlern der Linköping University und Experten der Medizinischen Universität in den Bereichen Neurotraumatologie, Neurochirurgie, Neuropathologie und dem Otto Loewi Forschungszentrum, aufgebaut (siehe Foto). Gemeinsam haben sie das Ziel, das Implantat vom derzeitigen Anfangsstadium im Zellkulturlabor bis hin zur Patientenanwendung zu entwickeln. Diese Neuerung hat zwei gravierende Vorteile. Zum ersten können wir mit dieser Technologie äußert präzise die Chemotherapeutika verabreichen und das direkt und ausschließlich an ihrem gewünschten Wirkungsort. Zweitens ermöglicht dieses Implantat den Einsatz von Chemotherapeutika die in der klassischen intravenösen Therapie nicht verwendet werden können, da sie die Bluthirnschranke nicht überschreiten können, erklärt Schindl. Durch diese Neuerung der Glioblastomtherapie erhoffen sich die Forscher sowohl bessere Therapierbarkeit, lebensverlängernde Effekte, als auch eine R eduktion der Nebenwirkungen da einerseits weniger toxische Chemotherapie zum Einsatz kommt und die Effektivität der Strahlentherapie gesteigert werden soll. Für ihre revolutionäre Idee wurde das Forschungsteam kürzlich ausgezeichnet. Das neue 1000 Ideen Programm des FWF hat es zum Ziel, innovative und neuartige Hochrisikoprojekte finanziell zu unterstützen und voranzutreiben. Dieses Förderungsprogramm ist für unsere Idee wie maßgeschneidert. Wenn wir allerdings gewusst hätten, dass die Chancen sind diesen Antrag durchzubekommen, bei zirka 8 % liegen, hätten wir vermutlich nicht mitgemacht., so Silke Patz. Mit Hilfe dieser Förderung möchte das internationale Forscherteam nun die Prototypforschung vorantreiben und komplexe Gehirntumormodelle mit den Implantat-Prototypen behandeln.

Für die erste Publikation "Targeted Chemotherapy of Glioblastoma Spheroids with an Iontronic Pump" haben wir bereits umfangreiche Öffentlichkeitsarbeit gemacht. Die Infos dazu sind in https://wiley.altmetric.com/details/103920619/news zusammengefasst. Derzeit arbeiten wir an einer zweiten Pressemitteilung für unser neues Paper im Journal of Controlled Release und möchten diesen neuen Artikel gerne mit dem FWF teilen, sobald wir diesen vollständig verfasst haben. Hier möchten wir die beiden Hauptpublikationen zusammenfassen, wir würden aber vorschlagen mit der Veröffentlichung dieses Abstracts noch auf den press release zu warten: Die therapeutische Behandlung von Glioblastoma multiforme (GBM), dem tödlichsten Hirntumor, stellt aufgrund begrenzter chirurgischer Optionen und der schützenden Blut-Hirn-Schranke (BBB) enorme Herausforderungen dar. In diesem FWF finanzierten Projekt haben wir eine grundlegend neue Technologie etabliert, um elektronisch die lokale und räumliche die Behandlung von GBM-Tumoren durch hoch effiziente Chemotherapeutika wie Gemcitabin (Gem) zu ermöglichen. In zwei Publikationen im Journal of Controlled Release und Advanced Materials Technologies bestätigt unsere Forschung die überlegene Wirksamkeit von Gem bei der Abtötung von GBM-Zellen im Vergleich zum Goldstandard Temozolomid, wobei neuronale Zellen eine viel geringere Empfindlichkeit aufweisen. Durch den Einsatz von elektronisch gesteuerten organischen Ionenpumpen ("GemIPs") gelang es uns, eine präzise und gezielte Gem-Lieferung an GBM-Zellen zu erreichen, was eine beispiellose Kontrolle und langanhaltende Wirksamkeit zeigt. In einem entscheidenden Experiment mit einem GBM-In-vivo-Tumormodell vergleichen wir die GemIP-Behandlung mit konventioneller täglicher Chemotherapie. Die Ergebnisse waren erstaunlich: Nur GemIPs führten zu einer signifikanten Hemmung des Tumorwachstums, während eine tägliche Dosierung keine Unterdrückung des Tumorwachstums bewirkte. Beide Methoden stoppten jedoch den Zellzyklus und induzieren programmierten Zelltod. Der Hauptvorteil besteht darin, dass GemIPs eine langanhaltende, hohe lokale Gem-Konzentration nahe der Tumorstelle aufrechterhielten, die die kurzfristigen Effekte der täglichen Chemotherapie übertrafen. Somit hat diese neue lokal gesteuerte Chemotherapie die Möglichkeit die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden und ermöglicht eine langanhaltende und kontrollierte Dosierung von potenten Chemotherapeutika.