Melanin gegen Krebs: schlagkräftige Nanopartikel

Winzige Nanopartikel mit dem Hautpigment Melanin könnten zukünftig bei der Diagnose und Behandlung von Krebs helfen. Sie lieferten scharfe Bilder vom Tumor und drosselten das Krebswachstum.

Melanin kennen die meisten Menschen als schwarzen Farbstoff, der die Haut bei Sonnenlicht dunkel färbt und braun werden lässt. Auf diese Weise schützt Melanin die Haut vor schädlicher UV-Strahlung aus der Sonne. Das Farbpigment nimmt Energie aus der Sonne auf und wandelt sie in Wärme um. Und diese Fähigkeit des Melanins lässt sich vielleicht auch in der Diagnostik und Behandlung von Krebs nutzen. Winzige, mit Melanin beladene Nanopartikel verbesserten die Bildgebung bei Krebs und bremsten zugleich das Tumorwachstum – allerdings bislang nur bei Tieren. Dies berichten Forscher der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München.

Nanopartikel mit Melanin im Gepäck

Nanopartikel gelten als vielversprechend in der Krebsbehandlung, weil Tumorzellen diese leichter aufnehmen können als gesunde Zellen. Ein Beispiel für solche Nanopartikel sind kleine Bläschen, die von einer Bakterienmembran umhüllt sind. Im Englischen heißen sie „Outer Membrane Vesicles“, abgekürzt OMVs. Die Nanopartikel sind biologisch gut verträglich und leicht abbaubar. Außerdem lassen sich einfach und günstig mit Hilfe von Bakterien produzieren, auch in größerem Maßstab. Forscher können sie dann mit Medikamenten beladen und ihren Patienten verabreichen.

Die Forscher untersuchten in ihrer Studie die Eigenschaften sowohl des Melanins als auch der OMVs bei Krebs. Dr. Vipul Gujrati, der Erstautor der Studie, erklärt das Prinzip so: „Melanin absorbiert Licht sehr gut, auch im Infrarot-Bereich“. Und genau dieses Licht nutzten die Forscher in ihrem bildgebenden Verfahren – der Optoakustik – für die Tumordiagnostik. „Gleichzeitig wandelt Melanin diese aufgenommene Energie in Wärme um, die es wieder abstrahlt“, so Gujrati weiter. Die ersten klinischen Studien setzten Wärme schon zur Bekämpfung von Tumoren ein.

Was sind Nanopartikel?
Nanopartikel sind mindestens einer Dimension kleiner als 100 Nanometer. Sie sind ungefähr mehr als 1.000 Mal dünner als ein menschliches Haar. Nanoteilchen oder auch Nanopartikel werden in der Elektronik, Pharmazie, Medizin, Chemie oder Kosmetik eingesetzt. So enthalten zum Beispiel Sonnenschutzmittel Titan- und Zinkoxidpartikel.

Melanin und Nanopartikel liefern scharfe Bilder

Ein Problem gibt es jedoch mit dem Melanin: Es löst sich schlecht in Wasser und lässt sich damit nur schwer verabreichen. Deshalb veränderten die Forscher die Bakterien genetisch so, dass sie Melanin produzieren konnten. Außerdem waren die Keime anschließend in der Lage, das Melanin in ihre Zellwand sowie in die daraus entstehenden Nanopartikeln einzulagern.

So stellen Bakterien (E-coli) Nanopartikel mit Melanin her (c) TUM

Die schwarzen Nanopartikel testen die Wissenschaftler danach in Mäusen, die Tumoren im Brustbereich hatten. Sie spritzten die winzigen Teilchen direkt in den Tumor. Dann regten sie die Nanopartikel mittels Infrarot-Laserimpulsen im Rahmen der optoakustischen Untersuchung an. Das erste positive Ergebnis der Untersuchung war, dass die Melanin-haltigen Nanopartikel kontrastreiche und scharfe Bilder aus dem Tumorinneren lieferten. Die OMVs seien deshalb gute Sensormoleküle für diese Diagnosetechnik, schlussfolgern die Forscher.

Nanopartikel mit Melanin als Krebsbremse

Darüber hinaus erwärmte sich erwärmte sich das Tumorgewebe durch das Melanin von 37°C auf bis zu 56°C. Dagegen erreichten Tumoren ohne Melanin, die als Kontrolle dienten, nur Temperaturen bis zu 39°C. Diese Wärmewirkung verstärkte sich noch weiter durch einen anderen Effekt der Nanopartikel: Sie verursachten eine leichte Entzündung im Tumorgewebe. Diese regte wiederum das Immunsystem dazu anregte, den Tumor aktiv zu bekämpfen.

Innerhalb von zehn Tagen nach der Behandlung wuchs der Krebs deutlich langsamer als in der Kontrollgruppe, die keine Melanin-Nanopartikel bekommen hatte. Die Technologie sei demnach bei Krebsbehandlungen einsetzbar, bei denen Ärzte das Tumorgewebe mit stärkeren Laserimpulsen erhitzen und so die Krebszellen absterben lassen (Photo-Thermale Therapien).

Theranostics: Diagnose und Behandlung zugleich

Die Melanin-Nanopartikel sind seien „Theranostics“, sagen die Forscher. Diese Wortschöpfung leitet sich von den beiden Begriffen „Therapie“ und „Diagnostik“ ab. Ärzte können die kleinen Helfer also gleichzeitig zum Aufspüren von Krebs und zur Behandlung einsetzen. „Das macht sie hochinteressant für die klinische Anwendung“, sagt Vasilis Ntziachristos, Professor für Biologische Bildgebung an der TUM. Das Forscherteam möchte die Nanopartikel jetzt so weiterentwickeln, so dass Ärzte sie sie künftig auch in der Praxis und im klinischen Alltag einsetzen können.

Quellen:

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Ingrid Müller

Ingrid Müller hat Biologie und Chemie studiert, ist gelernte Journalistin, Buchautorin und schreibt für verschiedene Medien, unter anderem Focus Gesundheit, das Brustkrebs-Magazin MammaMia!, Springer und Funke. Sie ist Redaktionsleiterin der Gesundheitsplattform Prostata Hilfe Deutschland für Männer mit Prostatakrebs. Zudem entwickelt sie digitale Gesundheitsprojekten mit. Zwölf Jahre war sie Chefredakteurin des Gesundheitsportals netdoktor.de

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