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Theranostic Injectable Hydrogel for Glioblastoma

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Nanopartikel bringen Wirkstoffe direkt ins Gehirn

Das Glioblastom – Glioblastoma multiforme – ist der häufigste Hirntumor bei Erwachsenen. Bis zu zehn von 100 000 Menschen erkranken daran. Die tödliche Prognose erfordert neue Wege, denn es müssen Wirkstoffe direkt ins Gehirn gebracht werden.

Gesundheit

Hirntumore sind aufgrund ihrer invasiven Natur und Aggressivität nur schwer behandelbar. Ein weiteres großes Hindernis ist der natürliche Schutz des Gehirns, der es vom Körperkreislauf trennt, was die Behandlung mit systemischen Arzneimitteln zur echten Herausforderung werden lässt.

Polymerbasierter Ansatz für die Wirkstoffabgabe

Das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführte Projekt HyGlio befasste sich mit der Verabreichung von Wirkstoffen an das Gehirn und der entsprechenden Bildgebung. Entwickelt wurde ein multifunktionales polymerbasiertes Instrument, in dem Hydrogele und Nanopartikel kombiniert werden. „Durch die Kombination von Hydrogelen und Nanopartikeln können wir den Vorteil der langfristigen Freisetzung aus Hydrogelen und die Zielgenauigkeit der Nanopartikel miteinander verbinden. Unsere Hoffnung ist, die Verweildauer der Wirkstoffe im Tumorbereich verlängern zu können“, erklärt Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiatin Clara Mattu. Bei HyGlio handelte es sich um eine Zusammenarbeit zwischen der Polytechnischen Universität Turin und dem Houston Methodist Research Institute in den Vereinigten Staaten, wobei die Stipendiatin zwei Jahre an der Ausgangsphase des Projekts mitarbeitete. Bei der Entwicklung von Partikeln zur Wirkstoffverabreichung musste die Wissenschaftlergruppe die Oberflächeneigenschaften der Nanopartikelträger berücksichtigen, da diese die Zellinteraktion, die In-vivo-Biodistribution und die Anreicherung im Tumor bestimmen werden. In diesem Zusammenhang setzte die Forschungsstipendiatin Nanopartikel auf Polyurethanbasis mit einem Durchmesser von 100 bis 200 nm ein, die mit Wirkstoffen beladen werden. Diese Nanopartikel wiesen sowohl hydrophobe als auch hydrophile Bereiche auf, welche die Affinität zu hydrophilen und hydrophoben Wirkstoffen erhöhten und eine allgemeine Verbesserung der Biodistribution und Halbwertszeit im Körper zeigten. Außerdem kombinierte die Stipendiatin Nanopartikel mit Hydrogelen, die für eine lokale Wirkstoffabgabe geeignet sind und eine langsame Freisetzung ermöglichen. Durch den Einsatz von auf Temperatur ansprechenden Hydrogelen wurde abgesichert, dass das Gel bei Raumtemperatur flüssig und injizierbar ist und schnell ein dreidimensionales Netzwerk bildet, wenn es an der Injektionsstelle Körpertemperatur erreicht. Zur Untersuchung des Tumors belud Mattu Nanopartikel mit Fluoreszenzmarkern oder anderen bildgebenden Sonden, die Magnetresonanztomografie ermöglichen. Sie betont: „Wir und andere Teams haben nachgewiesen, dass die Nanopartikel gleichzeitig mit Wirkstoffen und bildgebenden Sonden beladen werden können.“

Wirksamkeit des Ansatzes der Hydrogel-Wirkstoffabgabe

Auch wenn sich der Ansatz noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet, deuten vorläufige In-vivo-Daten bereits darauf hin, dass die Kombination aus Hydrogelen und Nanopartikeln sicher ist. Zudem verbleiben die Nanopartikel, was noch wichtiger ist, länger im Gehirn und in der Nähe des Tumors. Bei tumortragenden Versuchstieren blieben die mit Wirkstoffen beladenen Nanopartikel bis zu zehn Tage nach der in den Tumor erfolgten Injektion vor Ort. Der Wirkstoff zeigte eine gute Biodistribution im Tumor und verlängerte das Überleben der Tiere. Überdies beobachtete die Forschungsgruppe nach der Behandlung Veränderungen in Anzahl und Struktur der Tumorblutgefäße. Für die Zukunft ist die Prüfung von Wirkstoffkombinationen innerhalb von dualen Freisetzungsstrategien geplant, bei denen die Wirkstoffe zum Teil in Nanopartikel und zum Teil in das Hydrogel-Kompartiment geladen werden. Krebstherapie erfordert oft die konzertierte und kombinierte Wirkung verschiedener Chemotherapeutika, um Arzneimittelresistenzen zu überwinden und das Behandlungsergebnis im Sinne der Patientinnen und Patienten zu verbessern. Eine synergistische Behandlung wird jedoch durch inkompatible Pharmakokinetik und die Hydrophobie verschiedener Wirkstoffe behindert. HyGlio schlägt vor, dieses Problem durch die Kombination von Hydrogelen mit Polyurethannanopartikeln zu lösen. Dabei werden sowohl hydrophobe als auch hydrophile Wirkstoffe effizient eingekapselt, um eine maximale Tumorakkumulation und Behandlungswirksamkeit zu erreichen.

Schlüsselbegriffe

HyGlio, Wirkstoff, Arzneimittel, Medikament, Nanopartikel, Hydrogel, Wirkstoffabgabe, Arzneimittelabgabe, Biodistribution, Hirntumor, Polyurethan

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