Neue Krebstherapie mit Ultraschall und Bestrahlung
Demonstrator of a robotic system for combined ultrasound radiotherapy developed at ICCAS, consisting of a KUKA LBR Med robot arm with attached treatment head.
Image: ICCAS
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts für Computerassistierte Chirurgie (ICCAS) der Universität Leipzig und des Nationalen Zentrums für Strahlenforschung in der Onkologie (OncoRay) in Dresden haben aussichtsreiche Ergebnisse bei einer neuen Krebstherapie aus fokussiertem Ultraschall (FUS) und ionisierender Strahlung erzielt.
Die Resultate der Forschungsgruppe um ICCAS-Direktor Prof. Dr. Andreas Melzer wurden aktuell in der Fachzeitschrift CELLS veröffentlicht. Das Verbundprojekt SONO-RAY wird mit mehr als sechs Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.
Beide Behandlungstechniken – fokussierter Ultraschall (FUS) und Strahlentherapie – werden bereits als Einzelverfahren erfolgreich klinisch angewendet. Die Strahlendosis ist jedoch nicht immer ausreichend, um den Tumor zu vernichten, und oft mit schwerwiegenden Nebenwirkungen verbunden. Die Forschungsgruppe geht davon aus, durch die kombinierte Behandlung mit den hochintensiven mechanischen Wellen des Ultraschalls eine Verbesserung der Strahlentherapie zu erzielen.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am ICCAS der Universität Leipzig konnten im Labor nachweisen, dass die Vitalität von Krebszellen durch den Einfluss von fokussiertem Ultraschall abnimmt. „Die Zellen reagieren nach der Anwendung der Schallwellen sensibler auf die Strahlung, sodass die Dosis der ionisierenden Strahlung reduziert werden kann und mehr Tumorzellen absterben“, erklärt Projektleiter Prof. Melzer.
„Dies wiederum könnte im klinischen Einsatz Nebenwirkungen reduzieren und die Wirksamkeit verbessern. Die Experimente zeigen, dass der Ultraschalleinfluss die Reparatur der durch die Bestrahlung erzeugten DNA-Schäden in den Krebszellen behindert“, sagt Melzer. Die Ergebnisse wurden in enger Zusammenarbeit mit der Klinik für Strahlentherapie am Leipziger Universitätsklinikum erzielt. Bisher ist eine Anwendung bei Tumoren im Gehirn, zum Beispiel dem Glioblastom und beim Prostatakarzinom denkbar.
Um die neue Behandlung aus Ultraschall und Strahlung genau zu planen und zu überwachen, kommt die Magnetresonanztomografie (MRT) zum Einsatz. In vorklinischen Studien wurde eine für das Projekt gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik (IBMT, Sulzbach & St. Ingbert) entwickelte MRT-FUS-Technik erfolgreich etabliert. Tests am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie (IZI) in Leipzig zeigten ein vermindertes Tumorwachstum nach der kombinierten Behandlung in einem Mausmodell. Es gab keine erkennbaren Schäden in gesunden Organen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die FUS-Erwärmung ein sicheres und effizientes Mittel ist, um die Wirkung der Strahlentherapie zu verstärken und die Chancen für eine weniger invasive Krebstherapie zu erhöhen. „Zudem arbeiten wir am ICCAS an einem Robotersystem, das den FUS exakt zum Zielpunkt führen und die gleichzeitige Ultraschall-Strahlentherapie ermöglichen soll“, spricht Melzer einen weiteren Schwerpunkt der Forschungsarbeit an.
Das Team in Dresden um Prof. Dr. Mechthild Krause, Direktorin des OncoRay und Dr. Aswin Hoffmann, Gruppenleiter für MRT-basierte Strahlentherapie im OncoRay, wendet seit September 2019 in einer Pilotstudie MRT-gesteuerten FUS bei Patienten mit lokal begrenztem Prostatakarzinom an. Das kranke Gewebe wird in der Prostata durch Ultraschallwellen stark erhitzt und abgetragen. Dies erfolgt über die Harnröhre unter MRT-Kontrolle. Es handelt sich um eine gezielte und organerhaltende Behandlung.
Die Ergebnisse der präklinischen Experimente zur gleichzeitigen Behandlung von Krebs mittels Bestrahlung und fokussiertem Ultraschall sind vielversprechend und weitere Untersuchungen sind notwendig, um den Einsatz in klinischen Studien zu prüfen. Eine Weiterentwicklung des technischen Gesamtsystems ist ebenso erforderlich, bevor die neuartige Therapie an Patientin oder Patient zum Einsatz kommen kann.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Andreas Melzer
Direktor ICCAS, Medizinische Fakultät der Universität Leipzig
+49 341 – 9712000
Andreas.Melzer@medizin.uni-leipzig.de
Prof. Dr. Mechthild Krause
Direktorin OncoRay, Universitätsklinikum Dresden
+49 351 – 4585441
Mechthild.Krause@uniklinikum-dresden.de
Originalpublikation:
Cells, Focused Ultrasound-Induced Cavitation Sensitizes Cancer Cells to Radiation Therapy and Hyperthermia, https://doi.org/10.3390/cells9122595
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