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Biodegradable fluorescent nanoprobes for early detection of (pre)malignant lesions of the gastrointestinal tract

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Mit Nanosonden Magen- und Darmkrebs schneller finden

Werden Krebserkrankungen des Magen-Darm-Trakts wie zum Beispiel kolorektale Adenome erst in einem späten Stadium entdeckt, ist es um die Überlebensrate schlecht bestellt. Ein europäisches Forschungsteam hat nun mit seiner Entwicklung neuartiger Farbsonden daran gearbeitet, die Empfindlichkeit der Koloskopieuntersuchung und die Behandlungsergebnisse bei den Betroffenen zu verbessern.

Gesundheit

Die Weißlichtendoskopie ist die am häufigsten angewandte Methode, um dysplastische Läsionen im Magen-Darm-Trakt zu erkennen und zu entfernen. Das Erscheinungsbild der meisten klinisch relevanten Läsionen ist jedoch eher unauffällig, und die Gefahr, sie zu übersehen, ist hoch. Deshalb besteht ein ungedeckter Bedarf an neuartigen Herangehensweisen, mit denen prämaligne Läsionen des Magen-Darm-Trakts mit hoher Sensitivität aufgespürt und bösartige Verläufe sofort präzise diagnostiziert werden können.

Farbstoffe auf Nanopartikelbasis sorgen für hochgenaue Farbendoskopie

Das Projekt THERAPROBES hat nun ein neuartiges Konzept für die Chromoendoskopie entwickelt, mit dem Läsionen besser zu erkennen sind. „Unser Ziel bestand darin, Farbstoffe zu entwickeln, die makroskopische Strukturmerkmale hervortreten lassen und den Kontrast zum gesunden Gewebe um die Läsionen herum verstärken“, erklärt Projektkoordinator Alan Chan. Die Forschung wurde mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt und beinhaltete die Entwicklung biologisch abbaubarer fluoreszierender Siliziumdioxidnanopartikel, der sogenannten „Theraprobes“. Diese Sonden enthalten einen im Nahinfrarotbereich fluoreszierenden Farbstoff in einer Nanopartikelmatrix auf Siliziumdioxidbasis von 100 nm Größe. Mit den Theraprobes konnte anhand von einem die Krebsentstehung in der Speiseröhre genau nachbildendem Mausmodell der endoskopische Nachweis dysplastischer Läsionen erbracht werden. Zudem ermöglichten die Theraprobes nach systemischer Verabreichung in einem Mausmodell des kolorektalen Karzinoms die bildliche Darstellung der im Darm vorhandenen Belastung durch Polypen und Adenokarzinome mit hoher Empfindlichkeit, Spezifität und Genauigkeit. Im gesamten Darmtrakt der Tiere konnten Adenome einer Größe von nur 0,5 mm2 nachgewiesen werden.

Fortschritte in der klinischen Einführung der Chromoendoskopie

„Die wichtigste Errungenschaft des Projekts war die Entwicklung einer präklinisch umsetzbaren Strategie zur Verbesserung der diagnostischen Genauigkeit der Endoskopie sowie zur einfacheren Früherkennung prämaligner Läsionen des Magen-Darm-Trakts“, betont Chan. Aufgrund ihrer Größe können diese vollständig biologisch abbaubaren fluoreszierenden Siliziumdioxidsonden potenziell aus dem Blutgefäß austreten und sich im Tumor anreichern, ohne dass dies zielgerichtet eingeleitet werden muss. Somit können sie als universell einsetzbare Kontrastmittel dienen, während der vorgeschlagene Ansatz vollständig mit den bereits existierenden klinischen Verfahren und Instrumenten kompatibel ist. Weitere Vorteile der Theraprobes sind die geringen Kosten sowie die einfache und schnelle Verabreichung. Mit den konventionellen Farbstoffen sind aufwendigere Verfahren und längere Untersuchungen erforderlich, was bislang verhindert, dass die Chromoendoskopie in stärkerem Maße zum Einsatz kommt. Theraprobes senken die hohe Fehlerquote und verbessern die geringe diagnostische Genauigkeit der konventionellen Weißlichtendoskopie, wodurch die vermeintlichen Nachteile der Chromoendoskopie abgeschwächt werden.

THERAPROBES: Vorteile und Aussichten

Mit der Einführung der Theraprobes werden zweifellos die Erkennungsraten prämaligner Läsionen steigen, was sich auf die Überwachung, das Management und die Prävention kolorektaler Karzinome auswirken dürfte. Sie werden die präzise Resektion gefärbter Läsionen unterstützen, sodass Zufallsbiopsien, wie sie heute übliche Praxis sind, vermieden werden können. Überdies wird die Möglichkeit des sofortigen endoskopischen Nachweises prämaligner Läsionen dazu beitragen, aggressive chirurgische Eingriffe wie die Kolektomie zur Behandlung von Dysplasien bei Hochrisiko-Betroffenen zu vermeiden. Im Einzelnen kann durch die erweiterte Endoskopie mit Theraprobes die direkte Behandlung auf frühe Läsionen gelenkt werden, die therapeutischen Eingriffen zugänglich sind. Chan zeigt sich zuversichtlich, dass weitere Finanzmittel für die klinische Validierung dieser Nanosonden erforderlich sind und zur weiterführenden Funktionalisierung beitragen werden, um eine bildgesteuerte photodynamische Therapie als Erstlinientherapie bzw. nach einer Tumorresektion zur Verringerung des Rezidivrisikos zu etablieren.

Schlüsselbegriffe

THERAPROBES, Endoskopie, Magen-Darm-Trakt, Chromoendoskopie, Nanosonden, fluoreszierende Siliziumdioxidnanopartikel, kolorektale Adenome

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