Die Geheimnisse von Hirntumoren zur Revolutionierung der Krebsbehandlung entschlüsseln
Herkömmliche Scans mittels Magnetresonanztomographie (MRT) zeigen zwar die Größe und den Ort von Hirntumoren, geben jedoch kaum Aufschluss über die biologischen Eigenschaften, die den Behandlungserfolg bestimmen. Mit Unterstützung durch das Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmenprogramm(öffnet in neuem Fenster) (MSCA) nutzte der Forscher Giacomo Annio eine hochentwickelte Bildgebungstechnik namens Magnetresonanz-Elastographie (MRE), um ein besseres Verständnis über Glioblastome – die aggressivsten Hirntumoren – zu erlangen. „Die Elastographie misst, wie steif oder weich das [Tumor-]Gewebe ist – Eigenschaften, die Aufschluss über das Verhalten des Tumors, seine Behandlungsresistenz und seine Infiltration des umliegenden Gewebes geben“, erklärt er. Nach präklinischer Forschung an der Universität Stanford in den Vereinigten Staaten nutzte Annio Glioblastom-Daten vom Universitätsklinikum Oslo(öffnet in neuem Fenster) (OUH) in Norwegen,.
Ein Gerät in der Größe eines Mobiltelefons
Das vibrierende MRE-Gerät, das etwa so groß wie ein Mobiltelefon ist, wird an den Kopf von Patientinnen und Patienten angelegt und sendet Wellen in das Gehirn aus. Ein herkömmlicher MRT-Scanner macht diese Wellen sichtbar, während sie das Gewebe durchdringen. „Auf diese Weise können klinische Fachkräfte den Tumor auf eine neue Weise betrachten: Sie untersuchen seine physikalischen Eigenschaften und erhalten dadurch eine neue Perspektive auf das Verständnis der Tumorbiologie“, sagt Annio. Das MRE-Gerät wird derzeit durch das amerikanische Unternehmen Quality Electrodynamics entwickelt und von Siemens in Deutschland für MRT-Scanner vermarktet. Es hält allmählich Einzug in Krankenhäuser. Annio merkt jedoch an: „Die Anpassung an Hirntumoren stellt eine besondere Herausforderung dar.“ Das EU-finanzierte GLIOBID-Projekt baut auf früheren EU-finanzierten Projekten auf: FORCE, in dessen Rahmen die MRE-Technik entwickelt wurde, und ImPRESS, bei dem die MRE-Technik auf Hirntumoren angewendet wurde. Annio war Mitglied in beiden Teams.
Laborversuche in den Vereinigten Staaten
Annio verbrachte die ersten beiden Jahre seines MSCA-Stipendiums am Fachbereich Radiologie, Abteilung molekulare Bildgebung(öffnet in neuem Fenster) in Stanford. Dort baute er im Labor mittels 3D-Druck und angepasster Elektronik ein MRE-Gerät – das erste seiner Art in Stanford. Es wurde an einem MRT-Scanner installiert, um Hirntumoren bei Mäusen zu untersuchen. „In Stanford haben wir ein Theranostikum patentiert – ein Molekül, das die Therapie und Diagnose kombiniert und mittels MRT sichtbar gemacht werden kann“, erklärt Annio. „Dieses Molekül setzt einen Bestandteil frei, der die Mechanik des Tumors verändert und die Blutgefäße gezielt am Tumorort öffnet.“ Er fügt hinzu, dass dadurch mehr Wirkstoff in den Tumor gelangen kann. „Unter Verwendung der Elastographie konnten wir beobachten, wie sich die mechanischen Eigenschaften des Tumors auf die Verabreichung der Therapie auswirken. Dies stellte eine Novum dar.“ Bei Mäusen, die mit dieser zusätzlichen Therapie behandelt wurden, schrumpften die Läsionen. „Wir haben die Überlebensrate erhöht“, so Annio. Er merkt an, dass dieser Ansatz ein therapeutisches Vorgehen auf Basis des biomechanischen Fingerabdrucks eines Tumors ermöglichen würde, so dass Patientinnen und Patienten unwirksame Behandlungen erspart bleiben und die personalisierte Behandlung vorangebracht wird.
Glioblastome beleuchten
Anhand von Daten aus laufenden klinischen Studien am OUH mit 200 Glioblastom-Patientinnen und -Patienten förderte die MRE weitere Erkenntnisse über diese aggressiven Tumoren zutage. „Während die meisten Krebsarten steifer sind als das umgebende Gewebe, sind Hirnglioblastome weicher“, erklärt Annio. Doch die Tumorviskosität – die er als „Quetschbarkeit“ beschreibt – könnte bei der Vorhersage der Tumoraggressivität eine größere Rolle spielen als die Steifigkeit. Die MRE beleuchtet zudem die Blutgefäße im Inneren des Tumors und den Druck, der sich im Gehirn aufbaut. Annio weist darauf hin, dass sich die Tumorzellen während des Tumorwachstums vermehren, dass ein neues Gerüst entsteht und dass sich neue Gefäße bilden, um den Tumor zu „befeuern“. „In diesem überfüllten Raum werden die Blutgefäße des Tumors zusammengequetscht, so dass Blut, Sauerstoff, Nährstoffe und – was besonders wichtig ist – Medikamente nicht angemessen zugeführt werden können.“ Projektkoordinator Kyrre Eeg Emblem, Leiter der Abteilung für Physik und Computertomographie am OUH, sagt, das Projekt habe die Ausweitung der Forschung auf andere Arten von Hirntumoren wie das Meningeom, einen gängigeren Hirntumor, sichergestellt. „Hier ermöglicht die Bewertung der physikalischen Kräfte die Planung des neurochirurgischen Eingriffs, da beurteilt werden kann, ob der Tumor leicht oder schwer zu entfernen sein wird“, fügt er hinzu.
