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Die Immuntherapie ist eine vielversprechende Waffe im Kampf gegen Krebs. Sie hat sich bei der Behandlung einiger Krebsarten als wesentlich wirksamer erwiesen als Chemotherapie und Strahlentherapie. Der Nachteil ist, dass sie nur etwa 20 % der Patientinnen und Patienten heilen kann; die restlichen 80 % sprechen auf diese Art der Behandlung nicht an. «Aber wenn ärztliches Fachpersonal eine stärkere Form der Immuntherapie einsetzt, um mehr Menschen zu behandeln, könnte diese für den Körper toxisch werden und zu Nebenwirkungen führen», sagt Li Tang, Leiter des Labors für Biomaterialien für Immunoengineering der EPFL an der School of Engineering. Sein Wissenschaftsteam entwickelt eine Methode, die die Immuntherapie nur auf Tumorzellen konzentriert, damit die Behandlungen wirksamer und weniger schädlich für den ganzen Körper sind. Ihr Ansatz wurde soeben in Materials Horizons als Titelgeschichte veröffentlicht.
Ein T-Zell-Booster
T-Zellen sind die Zellen in unserem Immunsystem, die Krebszellen zerstören. Bei der Immuntherapie werden Medikamente verabreicht, um diese Zellen leistungsfähiger zu machen. «Wenn T-Zellen mit Krebszellen in Kontakt kommen, zerstören sie die Zellen, indem sie chemische Verbindungen freisetzen und gleichzeitig mechanische Kraft ausüben», erklärt Tang. Damit die Immuntherapie mit begrenzter Patiententoxizität funktioniert, müssen die Medikamente genau während dieses Schritts verabreicht werden. Bestehende Immuntherapie-Behandlungen nutzen biochemische Signale, um den Prozess der Medikamentenfreisetzung zu steuern. «Aber das ist ein stumpfes Werkzeug, weil Ärztinnen und Ärzte keine Kontrolle darüber haben, wie ein Medikament im Körper diffundiert», sagt Tang. Um dieses Problem zu umgehen, entwickelte sein Team eine Methode, die ein biomechanisches Signal verwendet, was bedeutet, dass Medikamente nur dann freigesetzt werden, wenn T-Zellen mit Krebszellen in Kontakt kommen. «Die mechanische Kraft der T-Zellen wird nur dann ausgelöst, wenn sie ihre Zielzellen berühren», sagt er.
Freisetzung von Medikamenten durch Aufbrechen der DNA
Bei Tangs Methode wird ein Siliziumdioxid-Mikropartikel verwendet, das viele winzige Löcher enthält. Das Medikament wird in die Löcher eingebracht, die dann mit doppelsträngiger DNA bedeckt werden. «Wir haben uns für DNA entschieden, weil T-Zellen in der Lage sind, die Doppelhelixstränge zu brechen», sagt Tang. Wenn eine T-Zelle mit dem Mikropartikel in Kontakt kommt, bricht ihre mechanische Kraft automatisch die DNA – und setzt so das Medikament frei. «Im Moment haben wir gerade erst die Phase des Proof-of-Concept abgeschlossen. Wir haben gezeigt, dass unsere Idee funktioniert, aber wir müssen die Technologie weiterentwickeln, bevor wir mit der Durchführung klinischer Studien beginnen können», sagt Tang. Genauer gesagt wird sein Team daran arbeiten, die Empfindlichkeit des Systems zu verbessern, Mikropartikel auf Nanometerskala zu verkleinern und sie mit verschiedenen Medikamenten zu testen. Tang hofft schliesslich, einen Prozess mit zwei Wirkstoffen zu entwickeln, bei dem sich die T-Zelle an einen Nanopartikel anlagert, der wiederum mit der Krebszelle in Kontakt kommt. Das bedeutet, dass das Medikament von der T-Zelle freigesetzt würde, wodurch es wirksamer bei der Zerstörung von Tumoren wäre.
Tangs Labor ist das erste, das die mechanische Kraft der T-Zellen in der Immuntherapie anwendet. «Wenn unsere Entdeckung den Prozentsatz der Patientinnen und Patienten, die auf eine Immuntherapie ansprechen, auch nur um einen Prozentpunkt erhöht, dann haben wir die Herausforderung gemeistert», sagt er.
Li Tang erhält den Emerging Investigator Award
Die wissenschaftliche Zeitschrift Materials Horizons verlieh ihren Emerging Investigator Award an Professor Li Tang für seine Publikation mit dem Titel: «T cell force-responsive delivery of anticancer drugs using mesoporous silica microparticle». Das Editorial Board wählt jeden Monat aus einer Liste der in Frage kommenden Artikel eine oder einen Nachwuchsforschenden in der Materialwissenschaft aus, die oder der das Potenzial hat, die zukünftige Entwicklung auf diesem Gebiet zu beeinflussen. «Mein Labor betreibt innovative Forschung an der Schnittstelle von Krebsimmuntherapie und Materialtechnik. Diese Auszeichnung ist eine grosse Anerkennung für die von meinem Team geleistete Arbeit», so der Professor.