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Theranostik für eine personalisierte Krebsmedizin

Tumordiagnostik
Theranostik kann die personalisierte Medizin verbessern

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Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte ist Inhaber des Lehrstuhls Anorganische Chemie I an der Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität Bochum. In seiner Arbeit widmet er sich auch dem Thema Theranostik (Bild: RUB, Marquardt)
Ein Theranostikum, das Tumorzellen durch die Bestrahlung mit sichtbarem Licht erkennbar macht, konnte ein deutsch-spanisches Team herstellen und seine Wirksamkeit gegen Lungenkrebszellen belegen. Wie die Kombination aus einem Biomolekül und einem Metallkomplex die Krebszellen gezielt aufsuchen, binden, markieren und schädigen kann, erklärt Prof. Nils Metzler-Nolte, der an der Ruhr-Universität Bochum mit seinem Team am Projekt beteiligt war.

Susanne Schwab
susanne.schwab@konradin.de

Herr Prof. Metzler-Nolte, seit wann sind Sie im Bereich der Theranostik tätig?

Unser Forschungsbereich arbeitet schon lange mit Metallen in der Biologie. Das ist unser Kerngeschäft. Die Motivation dafür kommt aus dem therapeutischen Bereich: Metallverbindungen wie Cisplatin werden bereits erfolgreich in der Krebstherapie eingesetzt. Unser Ziel ist es, diese Therapien zu verbessern, also mit weniger Nebenwirkungen für den Patienten. Aber auch spezifischere Therapien für bestimmte Tumore sollen dadurch ermöglicht werden. Der Bereich Diagnostik, also die Bildgebung, ist für uns dagegen noch relativ neu. Daran arbeiten wir erst seit drei, vier Jahren.

Warum funktioniert die Tumortherapie mit Metallen gut?

Das liegt daran, dass Metalle besondere Eigenschaften haben. Beispielsweise können sie den Oxidationszustand ändern, also ganz leicht Elektronen abgeben und aufnehmen. Wenn man die Metalle genauer untersucht, stellt man zudem fest, dass sie sehr gute optische Eigenschaften besitzen und sich in der Mikroskopie leicht detektieren lassen. Diese Eigenschaft ist für die Diagnostik wichtig. Unsere Aufgabe ist es, zu schauen, welches Metall ist biologisch aktiv und kann als Krebsmedikament eingesetzt werden und welches Metall lässt sich zudem leicht detektieren.

Und wie findet man den richtigen Metallbaustein?

Mit einem gutes Wissen über das Periodensystem der Elemente lässt sich herausfinden, welches Element die besten Eigenschaften für die jeweiligen Anforderungen besitzt. Mich als Grundlagenforscher fasziniert besonders daran, dass man im Periodensystem ganz gezielt nach einem Element mit bestimmten Eigenschaften suchen kann.

Wie hat sich die Theranostik in den letzten Jahren entwickelt und welche Materialien spielen dabei eine Rolle?

Ich beobachte das Thema schon länger im Hinblick auf die Kombination verschiedener Metalle mit sowohl therapeutischen Eigenschaften als auch diagnostischen Möglichkeiten. Gerade bei den Metallverbindungen hat sich der Teil für die Diagnostik lange Zeit um radioaktive Metalle herum gruppiert, die sich mit den entsprechenden bildgebenden Methoden detektieren lassen. Bei der Arbeit mit radioaktiven Metallen muss man allerdings immer das Problem der Sicherheitsbedingungen und der Auflagen beachten, die zu erfüllen sind. Da ist es natürlich viel eleganter, mit optischen Methoden das Gleiche erreichen zu können. Dieser Weg hin zu den optischen Methoden hat sich in den letzten zehn Jahren stark weiterentwickelt.

Sie arbeiten an einem Konzept, das die Therapie und Diagnostik von Tumoren in nur einem Schritt ermöglicht. Worum geht es dabei? Was war die Aufgabe Ihrer Projektgruppe?

Die Aufgabe meiner Gruppe war es, Metallverbindungen zu finden, die Krebszellen töten können. Wir waren also für den therapeutischen Teil verantwortlich. Um die Krebszellen zu zerstören, verwenden wir Peptide, also ganz kleine organische Moleküle, die an einen Rezeptor auf der Oberfläche von Zellen binden. Diese Rezeptoren werden in den Krebszellen in besonderer Weise ausgebildet, so dass ein Molekül daran andocken kann. Anschließend wurde das Peptid mit einer toxischen Goldverbindung ausgestattet. Die Forschergruppe aus Saragossa, mit der wir an diesem Projekt zusammengearbeitet haben, hat das Verfahren entwickelt, mit dem sich dieses Metall mit dem Fluoreszenzmikroskop optisch gut verfolgen lässt. Die spanischen Kollegen sind Spezialisten für die optische Mikroskopie und die Untersuchung der Zellen, also den Diagnostik-Teil.

Im Laufe des Projekts konnten Sie nicht nur die leuchtenden Eigenschaften des Moleküls für dessen Nachweis innerhalb der Zellen zeigen, sondern außerdem seine toxische Wirkung nachweisen. Gibt es nun, anderthalb Jahre später, weitere Erkenntnisse?

Ja, seit Abschluss des Projekts arbeiten wir daran, die Diagnostik zu verbessern. Wir haben nämlich festgestellt, dass die Wellenlänge, mit der sich der Iridium-Komplex beobachten lässt, sehr kurz ist und eine hohe Energie benötigt. Das ist zum einen schlecht für die Zellen und zum anderen können wir nicht weit genug ins Gewebe schauen. Dafür bräuchten wir Licht, das tiefer in die Haut eindringen kann. Aktuell arbeiten wir an Kombinationen mit Gold und anderen Metallen, die eine Beobachtung mit längeren Wellenlängen zulassen.

Tumorzellen durch die Bestrahlung mit sichtbarem Licht erkennbar zu machen wäre ein wichtiger Schritt in der Krebsdiagnostik und -therapie. Wann könnte solch ein Projekt zur Anwendung kommen?

Wir sind hier noch sehr weit auf der Grundlagenseite und im experimentellen Stadium. Natürlich haben wir die Zytotoxizität, also die Fähigkeit chemischer Substanzen, Zellen und Gewebe zu schädigen, bereits getestet. Aber wenn man das Projekt jetzt weiter verfolgen will, müsste man bei Nagetieren schauen, wie giftig die Verbindungen tatsächlich sind, bevor die Therapie für den Patienten weiterentwickelt werden kann. Und um solch ein Projekt zur Anwendung zu bringen, müssen wir mit Unternehmen zusammenarbeiten. Dafür sind wir an der RUB nicht passend aufgestellt.

Eignet sich der Theranostik-Ansatz auch zur Behandlung anderer Tumore?

Ja, unbedingt. Die Wahl der Lungenkrebszellen lag bei uns an den Erkenntnissen aus anderen Arbeiten. Wir wussten, dass das Peptid, das die von uns gewählten Metalle zusammenhält, besonders gut bei Lungenkrebszellen reagiert. Aber in die Lunge zu schauen, ist natürlich schwierig. Andere Organe, wie beispielsweise der Darm, wären diagnostisch mit einem Endoskop leichter zu erreichen. Wir schauen mit diesem theranostischen Ansatz aber auf jeden Fall noch in die Zukunft. Konkrete Anwendungen gibt es derzeit nicht.

Welche Möglichkeiten wird die Theranostik Ihrer Meinung nach künftig für die Medizin bieten?

Das Stichwort ist hier die Personalisierte Medizin: Aktuell macht die Personalisierte Medizin nur eine Vorhersage, was für einen Patienten das Beste ist. Mit Theranostik kann ich für diesen Patienten über eine Genanalyse die notwendigen Daten finden, dafür ein gewünschtes Medikament nehmen und es mit einem diagnostischen Marker verbinden. So lässt sich die personalisierte Therapie zusätzlich noch individuell diagnostisch begleiten, und ich kann jederzeit überprüfen, ob das Medikament dort landet, wo ich es haben möchte. Meine Vision ist es, jeden einzelnen Patienten künftig mit einer Art Baukasten individuell versorgen zu können.


Kontakt zu Prof. Metzler-Nolte und seinem Fachbereich an der RUB:
Ruhr-Universität Bochum
Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte
Lehrstuhl Anorganische Chemie I
Fakultät für Chemie und Biochemie
Universitätsstr. 150
44801 Bochum
www.chemie.rub.de/ac1
E-Mail: nils.metzler-nolte@rub.de
Twitter: @NMNLab

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