Untersuchungen zur selektiven Tumortherapie mit Hilfe laserbestrahlter Goldnanopartikel
Final Report Abstract
Ziel des Projektes war es mit Hilfe von laserbestrahlten Goldnanopartikeln in vitro und im Mausmodell gezielt Tumorzellen zu eliminieren und die Ergebnisse mit photochemischvermittelten Effekten wie sie bei der Photodynamischen Therapie (PDT) klinisch zum Einsatz kommen zu vergleichen. Für das Projekt wurden Goldnanorods (GNR) verwendet, die mit einer Dimension von 10 x 40 nm ein Absorptionsmaxima bei 520 nm und 800 nm aufweisen. Nach Antikörper-Beschichtung konnte eine spezifische Bindung der Rods an die Zellmembran der entsprechenden Zelllinie demonstriert werden. Es zeigte sich jedoch, dass die GNRs nach Laserbestrahlung bei 800 nm nur sehr limitierte Zytotoxizität aufweisen. Wurden die Konjugate hingegen bei 532 nm bestrahlt, führte dies sehr effektiv zum Verlust der Zellvitalität. Der Grund hierfür konnte in einer Formveränderung der GNR während der Bestrahlung zu runden Partikeln gefunden werden. Die Laserbestrahlung führte durch die entstandene Absorptionshitze wahrscheinlich zu einem Schmelzen der Partikel. Dies konnte durch Transmissionselektronenmikroskopische (TEM) Aufnahmen und Absorptionsmessungen nach Bestrahlung gezeigt werden. Auch wenn eine Bestrahlung bei 532 nm in Zellkultur zur effektiven Zelleliminierung führte, schien eine weitere Verfolgung dieses Ansatzes im Mausmodell wegen der Gewebeabsorption als wenig vielversprechend. Für einen Einsatz in vivo, tierexperimentell oder klinisch, sollten Goldpartikel oder Farbstoffe ihr Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich geringer Gewebeabsorption und -streuung besitzen, da das Bestrahlungslicht hier eine bessere Eindringtiefe besitzt. Dafür bietet sich vor allem der langwellige Bereich von ca. 600 nm bis 1200 nm an, da hier so gut wie keine endogenen Stoffe mehr absorbieren, und die Wasserabsorption ebenfalls gering ist. Ein neuartiger Ansatz für Antikörper-vermittelte PDT, der ursprünglich als photochemischer Vergleichsansatz geplant war, lieferte jedoch sehr erfolgreiche Ergebnisse. Es gelang proliferierende Tumorzellen über gezielte Inaktivierung des Proliferationsmarkers Ki-67 zu eliminieren. Hierfür wurden fluoreszenzmarkierte Antikörper gegen pKi-67 mit Hilfe einer liposomalen Einkapselung in das Zytoplasma von Tumorzellen eingeschleust. Nach Freisetzung der Antikörper binden diese im Zellkern an das Ki-67 Protein und anschließende Laserbestrahlung führte zum Zelltod. Nicht-proliferierende Zellen, bei denen die Ki-67 Expression heruntergeregelt ist, zeigten keinen Rückgang der Zellvitalität. Die Folgen der Ki-67 Inaktivierung konnten in einem 3D-Ovarialkarzinommodell demonstriert werden. Dieses Modell bildet kleine sphäroide Zellstrukturen aus, ähnlich den Mikrometastasen, wie sie verstreut in der Bauchhöle von Ovarialkarzinompatienten vorhanden sind. Nach Inaktivierung von pKi-67 zeigten Zeitraffer-Aufnahmen über 72 Stunden ein Aufbrechen der dreidimensionalen Struktur dieser Sphäroide und ein hoher Anteil an toten Zellen konnte nachgewiesen werden. Zusammengefasst konnte ein potentieller therapeutischer Nutzen einer Licht vermittelten pKi-67 Inaktivierung demonstriert werden.
Publications
- “Ki-67 as a molecular target for therapy in an in vitro 3D model for ovarian cancer”. Cancer Research 201
Rahmanzadeh R, Rai P, Celli J, Rizvi I, Baron-Lühr B, Gerdes J and Hasan T
(See online at https://dx.doi.org/10.1158%2F0008-5472.CAN-10-1190) - “Photodynamic therapy to treat ovarian cancer”. National Cancer Institute (NCI) Alliance for Nanotechnology in Cancer Bulletin, 4:1-5, 2010
Hasan T, Rai T, Spring B, Zheng X, Abu-Yousif A, Rahmanzadeh R, Verma S
- “Targeted light-inactivation of the Ki-67 protein using theranostic liposomes leads to death of proliferating cells.” Proc. SPIE 7576, 757602 (2010)
Rahmanzadeh R, Rai P, Gerdes J and Hasan T
(See online at https://doi.org/10.1117/12.843850)
