Wie viele Nanopartikel erhitzen den Tumor?

Physiker der PTB wollen gemeinsam mit Bio-Medizinern aus Jena die Tumortherapie durch Wärmebehandlung verbessern

(PresseBox) (Braunschweig, ) Wer einen mächtigen Feind bekämpfen will, muss sich Verbündete suchen. Darum haben sich Physiker verschiedener Fachrichtungen mit Bio-Medizinern zusammengetan, um die Bekämpfung von Krebs durch Wärmebehandlung mittels magnetischer Nanopartikel auf eine solide, wissenschaftliche Basis zu stellen. Ziel ist, den Therapieerfolg zu verbessern. Melanie Kettering vom Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie (IDIR), Universitätsklinikum Jena, und Heike Richter von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) haben innerhalb eines durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft geförderten Gemeinschaftsprojekts die Aufgabe nachzuweisen, wo sich wie viele magnetische Nanopartikel im Körper des Patienten befinden. Injiziert werden sie in den Tumor, doch bleiben sie dort auch oder verteilen sie sich im Körper? Das Wissen um die Menge im Tumor ist wichtig für den Erfolg der Wärmebehandlung. Die Wissenschaftlerinnen konnten nun erfolgreich an Mäusen zeigen, dass sich die Magnetrelaxometrie als Verfahren eignet, um die Wärmebehandlung zu begleiten. Sie liefert Informationen über den Verbleib der Nanopartikel im Körper - völlig berührungsfrei für den Patienten.

Für die Krebstherapie mittels Wärmebehandlung werden magnetische Nanopartikel in den Tumor injiziert und durch ein äußeres elektromagnetisches Wechselfeld angeregt. Dadurch erzeugen die magnetischen Nanopartikel innerhalb des Tumors Wärme. Werden Temperaturen zwischen 55 °C und 60 °C erreicht, können Krebszellen irreversibel zerstört werden. Das umgebende gesunde Gewebe (ohne magnetische Nanopartikel) bleibt unbeeinflusst. Noch hat das Verfahren keinen Einzug in die klinische Routine gefunden, sondern befindet sich in der Erprobungsphase, da noch eine Reihe von Fragen zu klären sind. Unter anderem braucht man ein Verfahren, das zeigt, wo sich die Nanopartikel im Körper befinden und in welcher Menge sie dort vorliegen. Auf dieser Basis lässt sich die gezielte Behandlung des Tumors erreichen. PTB-Wissenschaftler haben festgestellt, dass sich die Magnetrelaxometrie sehr gut eignet, um diese Informationen zu gewinnen - ohne den Körper des Patienten auch nur zu berühren oder anderweitig zu belasten.

Dies geschieht noch vor der eigentlichen Behandlung auf folgende Weise: Die in den Tumor injizierten Eisenoxid-Nanopartikel sind superparamagnetisch, d.h. sie sind kleine magnetische Partikel, die ihre Magnetisierungsrichtung unabhängig voneinander verändern können. Bei Raumtemperatur ist ihre Ausrichtung im Raum statistisch verteilt, sodass sie in ihrer Summe kein magnetisches Moment bilden. Legt man nun ein äußeres konstantes Magnetfeld an, richten sie sich im Raum entlang des Feldes alle gleich aus und erzeugen ein von außen messbares magnetisches Moment. Dann wird das Magnetfeld abgeschaltet und extrem zeitnah mit sensiblen Magnetfeldsensoren, sogenannten SQUIDs (Superconducting QUantum Interference Devices, Supraleitende Quanteninterferenzeinheiten) die nun folgende Relaxation der Magnetisierung ermittelt, also die Rückkehr des magnetischen Moments von der einheitlichen Ausrichtung hin zu einem Zustand mit einer statistischen Verteilung. Die Amplitude des Relaxationssignals gibt dann Auskunft über die Menge der Partikel.

Die bisherigen Untersuchungen an Mäusen lassen den Schluss zu, dass die Injektion von magnetischen Nanopartikeln und der Verbleib der Partikel am Ort unterschiedlich gut funktionieren. In manchen Tumoren konnten die Wissenschaftlerinnen 24 Stunden nach der Injektion die nahezu komplette Menge Nanopartikel im Krebsgeschwür finden, während in anderen Tumoren nur noch drei Viertel der injizierten Partikel nachgewiesen werden konnten. Für diese unterschiedliche Quantität der magnetischen Nanopartikel im Tumor gibt es bisher keine fundierte Erklärung. Doch das Ergebnis zeigt umso mehr, wie wichtig es ist, die Wärmebehandlung von Krebs durch Nanopartikel mit der Magnetrelaxometrie zu begleiten, um Aussagen über die Menge der Partikel im Tumor machen zu können.

Originalveröffentlichung:

Richter, H.; Kettering, M.; Wiekhorst, F. et al. (2010) Magnetorelaxometry for localization and quantification of magnetic nanoparticles for thermal ablation studies. Phys Med Biol 55, 623-633

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