Krebsstoffwechsel sichtbar machen
Ein Team der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat ein neuartiges MRT-Kontrastmittel entwickelt, das Krebszellen schon in der Frühphase anhand ihres Stoffwechsels sichtbar macht. Das Startup QuantView will es in die Anwendung bringen.
Bösartige Zellen haben einen gierigen Stoffwechsel: Sie lieben Zucker. Um ihr rasantes Wachstum zu sichern, greifen sie tief in die biochemische Trickkiste. Sie schalten auf einen Stoffwechsel um, über den gesunde Zellen nur bei Sauerstoffmangel Zucker abbauen. Dieser Weg ist ineffizient, aber schnell. Und genau das brauchen Tumorzellen: Tempo. Bei ihrem Zuckerabbau entsteht in den Krebszellen ein Zwischenprodukt namens Pyruvat. Entscheidend ist, dass in Tumorzellen ein großer Anteil dieses Pyruvats zu Milchsäure umgewandelt wird. Dadurch entsteht ein saures Milieu, das das Immunsystem schwächt, das Umfeld des Tumors verändert und ihm hilft, sich weiter auszubreiten.
Genau hier setzt ein neues Verfahren an: Es macht die Bildung von Milchsäure aus Pyruvat sichtbar – und das mithilfe strahlenfreier MRT-Bildgebung. Bisher war dieses Stoffwechselprodukt mit herkömmlicher MRT-Technik nicht nachweisbar. Das Forschungsteam um Prof. Herges hat das nun geändert, und zwar mit einer raffinierten Methode namens Hyperpolarisation, die das Signal von Pyruvat so stark verstärkt, dass es im MRT sichtbar wird.
Forschende machen die Bildung von Milchsäure sichtbar
In der normalen MRT kann man Pyruvat, Milchsäure und andere Moleküle nicht getrennt darstellen. Man sieht nur die Wasserstoffatome aller Moleküle, inklusive Wasser als ein breites Signal, das je nach Gewebeart größer oder kleiner ist. Um die Signale von Pyruvat und Milchsäure herauszufiltern und damit Krebszellen sichtbar zu machen, braucht man eine extrem hohe Verstärkung – mindestens 20.000-fach – , die mit einem normalen MRT nicht zu erreichen ist. Man bräuchte dazu Magnetfeldstärken, wie sie nur auf Neutronensternen herrschen. Der Trick besteht darin, die Pyruvat-Moleküle so zu verändern, dass sie im MRT besonders gut sichtbar werden. Dies gelingt durch eine Methode namens Hyperpolarisation, bei der bestimmte Atome magnetisch “markiert“ werden.
Leuchtende Tumoren
Das so veränderte Pyruvat wird den Patientinnen und Patienten vor der MRT-Untersuchung als Kontrastmittel injiziert. Aus dem Blut gelangt es zu den Krebszellen, die es – immer auf der Suche nach Energie – in ihren Stoffwechsel einschleusen. In der anschließenden Bildgebung leuchten nun sowohl das Pyruvat als auch die beim Abbau entstehende Milchsäure, mit voneinander unterscheidbaren Signalen.
Der Nutzen der Erfindung
Die neue Methode könnte zukünftig eingesetzt werden, um damit
• Krebszellen früh zu erkennen,
• den Erfolg einer Therapie zu monitoren und
• Resttumorzellen nach der Behandlung aufzuspüren.
Möglicherweise kann es auch für virtuelle Biopsien genutzt werden und ganz ohne Gewebeentnahme unterschiedliche Verlaufsformen einer Erkrankung (aggressiv vs. weniger aggressiv) aufzeigen.
Vorteile gegenüber anderen Verfahren
Mit dem neuen Kontrastmittel lässt sich der Stoffwechsel in Krebszellen in Echtzeit darstellen. Ärztinnen und Ärzte können live auf dem Bildschirm verfolgen, wie das Pyruvat abgebaut wird.
Zwar ist das zugrunde liegende Verfahren der Hyperpolarisation seit 14 Jahren bekannt, doch dem Team aus Kiel ist ein entscheidender Durchbruch gelungen: Es konnte die Methode von vormals 2 Stunden auf nur 3 Minuten verkürzen. Gleichzeitig wurde das dafür benötigte Gerät erheblich günstiger und kompakter entwickelt. Erst diese Verbesserungen machen
den Einsatz in der klinischen Praxis und größeren Studien realistisch möglich.
Ein weiterer Vorteil: Die MRT-Bildgebung kommt ganz ohne Strahlenbelastung aus, im Gegensatz zu anderen Verfahren, die auf ionisierende Strahlung oder radioaktive Marker setzen oder besonders teuer und aufwendig sind. Das macht die Untersuchung für Betroffene deutlich schonender.
Per Startup in die Praxis
Prof. Herges und seine Mitarbeitenden haben das Produkt nun zusammen mit dem erfahrenen Gründer Stefan Kloth das Startup „QuantView“ ausgegründet. Dort wird die präklinische Weiterentwicklung vorangetrieben. Das junge Unternehmen plant erste klinische Studien und bereitet parallel die Lizenzvergabe an Industriepartner vor.
Wie bei allen pharmazeutischen Produkten sind für eine Zulassung weitere klinische Studien notwendig. Diese werden voraussichtlich mindestens sechs Jahre in Anspruch nehmen. Prof. Herges zeigt sich optimistisch: „Das Kontrastmittel basiert auf einem körpereigenen Stoff: Pyruvat. Daher sind keine Nebenwirkungen zu erwarten. Tatsächlich sind in den USA bereits erfolgreich Verträglichkeitsstudien am Menschen durchgeführt worden.“
