Ein neues Papier eines Teams von Concordia-Forschern aus den Abteilungen Biologie und Physik schlägt eine neuartige Methode zur Bekämpfung von Krebstumoren vor, bei der ultraschallgesteuerte Mikrobläschen zum Einsatz kommen – eine Technologie, die in der medizinischen Bildgebung und Medikamentenverabreichung bereits weit verbreitet ist.
Schreiben im Tagebuch Grenzen in der ImmunologieDie Forscher beschreiben einen Prozess, bei dem Ultraschall verwendet wird, um das Verhalten krebsbekämpfender T-Zellen zu verändern, indem ihre Zellpermeabilität erhöht wird. Sie untersuchten, wie dies die Freisetzung von mehr als 90 Arten von Zytokinen beeinflussen kann, einer Art Signalmolekül, das für die Immunantwort von entscheidender Bedeutung ist.
Die Forscher zielten mit eng fokussierten Ultraschallstrahlen und klinisch zugelassenen Kontrastmittel-Mikrobläschen auf frisch isolierte menschliche Immunzellen. Wenn sie vom Ultraschall getroffen werden, vibrieren die Blasen mit extrem hoher Frequenz und wirken als Push-Pull auf die Wände der T-Zellmembranen. Dies kann die natürliche Reaktion der T-Zelle auf das Vorhandensein eines Antigens nachahmen. Die T-Zelle beginnt dann, lebenswichtige Signalmoleküle abzusondern, die sonst durch die feindselige Mikroumgebung des Tumors eingeschränkt würden. Der Prozess schädigt die Zelle selbst nicht.
„Wir kombinieren den Einsatz von Ultraschall und Mikrobläschen zur Modulation der Gehirnimmunologie mit dem aufstrebenden Gebiet der Krebsimmuntherapie, bei der wir unsere eigenen Immunzellen zur Krebsbekämpfung nutzen“, sagt Brandon Helfield, außerordentlicher Professor für Biologie und Physik der betreuende Autor der Arbeit.
Zellen reaktivieren
Dieser Ansatz stellt sich direkt einer der größten Herausforderungen für die natürliche Reaktion des Körpers auf Krebs: der Fähigkeit des Tumors, T-Zellen daran zu hindern, Zytokine und andere Proteine von Interesse zu produzieren, sobald sie in den Tumor selbst eindringen.
„Die Mikrobläschen können die Zellen, die im Tumor ausgeschaltet wurden, wieder aktivieren“, sagt die Hauptautorin der Arbeit, Doktorandin Ana Baez. „Dieser Prozess wird ihnen helfen, die Proteine freizusetzen, die für das Wachstum zusätzlicher Immun- und Blutzellen benötigt werden, wodurch eine positive Rückkopplungsschleife entsteht.“
Es wurde festgestellt, dass die Veränderungen der Zytokinsekretion zeitabhängig sind. Die Menge an Zytokinen erhöhte sich im Vergleich zu unbehandelten Zellen über 48 Stunden um das 0,1- bis 3,6-fache. Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass die Menge der freigesetzten Zytokine im Allgemeinen abnahm, wenn der Ultraschall die Zellmembranen durchlässiger machte.
Obwohl dies nur vorläufig durch Laborexperimente nachgewiesen wurde, hoffen die Autoren, dass diese Studie ihr Verständnis der verschiedenen Wege vertiefen wird, die Chemikalien im körpereigenen Immunsystem zur Krebsbekämpfung nutzen. Gleichzeitig glauben sie, dass dieser Forschungsweg bestehende Krebsbehandlungen und Zelltherapien verbessern und ergänzen wird.
„Wir nutzen Mikrobläschen bereits klinisch als bildgesteuerte Werkzeuge“, sagt Helfield, Tier II Canada Research Chair für Molekulare Biophysik in der menschlichen Gesundheit. „In Zukunft könnten wir den Strahl so manipulieren, dass er von der Bildgebung zu einer therapeutischen Sequenz übergeht. Dadurch würde die Wirkung auf die T-Zellen lokalisiert, sodass man nur diejenigen aktiviert, wo der Strahl ist.“
„Möglicherweise können wir auch krebsbekämpfende Medikamente in die Behandlung einbeziehen, die auf den Tumor abzielen“, fügt Baez hinzu. „Die Technik ist völlig nicht-invasiv, sodass wir sie jederzeit wiederholen können.“
Davindra Singh, Stephanie He, Mehri Hajiaghayi, Fatemeh Gholizadeh und Peter Darlington haben zu dieser Studie beigetragen.
Diese Arbeit wurde vom Canada Research Chairs Program, der Cancer Research Society und den Canadian Institutes of Health Research (CIHR) unterstützt.
