Forschungscampus M²OLIE

Bessere Diagnostik und erfolgreichere Therapie dank neuer Radiopharmaka

Um Krebs erfolgreich zu behandeln, müssen Ärztinnen und Ärzte Tumore im Körper möglichst früh und vollständig erkennen. Neue radioaktive Substanzen helfen dabei, selbst kleinste Tumorherde sichtbar zu machen und gezielt zu behandeln. Im Forschungscampus M²OLIE ist mit der Entwicklung von [18F]SiTATE hier ein Meilenstein gelungen.

Mikroskop, Flüssigkeiten und eher im Hintergrund Laborant am Tablet
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Eine erfolgreiche Behandlung von Krebs setzt voraus, dass Ärztinnen und Ärzte alle Metastasen im Körper möglichst genau erkennen können. Dabei ist es auch wichtig zu verstehen, wie sich einzelne Tumorherde voneinander unterschieden. Dieses Wissen hilft dabei, die Behandlung gezielt an die jeweilige Erkrankung anzupassen. Die Forschung entwickelt deshalb neue radioaktive Substanzen, die Tumore in der medizinischen Bildgebung besser sichtbar machen. Dabei handelt es sich um Moleküle, die spezifisch an Tumorzellen binden. Durch ihre Radioaktivität sind sie in der medizinischen Bildgebung sichtbar. Mit ihrer Hilfe können Ärztinnen und Ärzte Krebserkrankungen frühzeitig und vollständig erkennen und diese Informationen beispielsweise bei einer Therapie mittels Bestrahlung gezielt nutzen.

Nuklearmedizinische Diagnostik und Therapie

Eine solche nuklearmedizinische Diagnostik mittels bildgebender Verfahren ist die Positronen-Emissions-Tomographie. Eine Therapie, bei der therapeutische radioaktive Medikamente, sogenannte Radiopharmaka, eingesetzt werden ist die Endoradiotherapie. Hier wirken radioaktive Substanzen, um Tumorzellen gezielt zu zerstören. In der konventionellen Diagnose arbeiten Medizinerinnen und Mediziner beispielsweise mit MRT-Aufnahmen oder Biopsieergebnissen. In der konventionellen Therapie geht es um Operieren, Bestrahlen und Chemotherapie. Radiopharmaka bieten hier eine Bereicherung und Ergänzung. Die radioaktiv markierten Substanzen docken direkt am Tumor an und zeigen außerdem an, um was für einen Tumor es sich handelt. Die Ärztin oder der Arzt kann so erkennen, wie stark sich der Krebs schon ausgebreitet hat, wie komplex die Erkrankung ist und somit auch, wie sie am effizientesten therapiert werden kann.

 

Durchbruch für die Therapie

Die Förderung des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt ermöglicht dem Forschungscampus M2OLIE, bei der Arbeit mit innovativen diagnostischen Radiopharmaka verschiedene Ansätze parallel zu verfolgen:  

Radionuklid

Ein Radionuklid ist ein Atom, das instabil ist und sich deshalb von selbst verändert. Atome bestehen aus einem Kern und einer Hülle. Normalerweise sind sie stabil und verändern sich nicht. Bei einem Radionuklid ist der Atomkern jedoch „unausgeglichen“. Um stabiler zu werden, zerfällt dieses Atom mit der Zeit von selbst. Dabei gibt es Energie in Form von Strahlung ab und verwandelt sich in ein anderes Atom, das meist stabiler ist. Diese Strahlung können Medizinerinnen und Mediziner sichtbar machen und so beispielsweise für die Diagnostik nutzen. Der Vorgang passiert ohne äußeren Einfluss. Manche Radionuklide zerfallen sehr schnell, andere erst nach sehr langen Zeiträumen, die von Sekunden bis zu Millionen Jahren reichen können.

Zum einen untersucht der Forschungscampus M²OLIE, wie Radiopharmaka so optimiert werden können, dass sie auch kleinste Metastasen sichtbar machen. Hier ist den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern mit der Entwicklung von [18F]SiTATE ein Durchbruch gelungen. Es erlaubt aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften des im Molekül enthaltenen Radionuklides Fluor-18 die Darstellung auch sehr kleiner Metastasen, bei denen ein ganz bestimmtes Molekül (der Somatostatinrezeptor) auf der Zelloberfläche sitzt. So kann [18F]SiTATE den Grundstein für eine umfassende und vollständige Diagnose bilden, bei der die Ärztin oder der Arzt den Grad der Erkrankung direkt einordnen und damit auch erfolgreicher therapieren kann. Der Erfolg des [18F]SiTATE ist dabei im Zusammenspiel aus Grundlagenforschung, klinischer Anwendung und Industrie entstanden, also durch die enge Kooperation zwischen Ärztinnen und Ärzten sowie Expertinnen und Experten im klinischen Umfeld und Industriepartnern, die die Synthese von [18F]SiTATE dann automatisieren und sich um die Vermarktung kümmern. Die kurzen Wege innerhalb des Forschungscampus beschleunigen diese interdisziplinäre Zusammenarbeit.

Die Erforschung solcher Systeme ist aufgrund verschiedener Faktoren komplex. So müssen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Techniken entwickeln, die es überhaupt erst erlauben, dass die Substanz mit einem radioaktiven Atom markiert werden kann. Diese Technik muss auch im Krankenhausalltag zuverlässig funktionieren und eine hohe Effizienz erreichen. Dieser Aufwand lohnt sich, weil die Methode neben der verbesserten diagnostischen Aussagekraft der erhaltenen Bilder kosten- und zeiteffizienter ist. Damit entspricht sie auch der Kernidee des Forschungscampus M²OLIE, eine Krankheit bestmöglich zu diagnostizieren, um sie nachfolgend erfolgreich heilen zu können.

Weltweit an mehreren tausend Patientinnen und Patienten untersucht

Auch bei der Entwicklung von [18F]SiTATE stand eine neue Markierungstechnik am Anfang. Es ging darum, Fluor-18 möglichst effizient in strukturell anspruchsvolle Biomoleküle einführen zu können. Weil dieses Radionuklid sich schnell selbst abbaut, muss das Radiopharmakon am Untersuchungstag für den Patienten jeweils neu hergestellt werden. Ärztinnen und Ärzte müssen die Technik daher einfach und schnell durchführen können. Die Entwicklung von [18F]SiTATE begann bereits in der ersten Förderphase des Forschungscampus M²OLIE. Das Ergebnis war 2019 die erste Anwendung des entwickelten Radiopharmakons am Menschen. Seitdem haben Ärztinnen und Ärzte weltweit mehrere tausend Patientinnen und Patienten mit neuroendokrinen Tumoren mit [18F]SiTATE untersucht. Neuroendokrine Tumore sind seltene Krebserkrankungen, die aus hormonproduzierenden Zellen entstehen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben außerdem die Anwendung in anderen Tumorarten etabliert.

Für die Patientinnen und Patienten bedeutet das, dass ihre Tumore schneller und genauer erkannt werden. Ein weiterer Vorteil des neuen Radiopharmakons ist die höhere Kosteneffizienz gerade für Kliniken mit niedrigeren Untersuchungszahlen. Damit ist die einzelne Untersuchung für die Klinik günstiger als herkömmliche Verfahren.

Intensiver interdisziplinärer Austausch macht Entwicklung möglich

In einem zweiten Ansatz entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Forschungscampus M²OLIE Radiopharmaka, die alle Tumorherde, unabhängig von ihrer Art, ansprechen, sodass die diagnostische Bildgebung der beschädigten Zellen ein vollständiges Bild der Erkrankung liefert. Das ist die Grundlage dafür, dass Ärztinnen und Ärzte bei der folgenden Behandlung alle Herde konventionell oder mittels Nuklearmedizin oder kombiniert behandeln können. Der Forschungscampus M²OLIE will dazu Radiopharmaka erforschen, die nicht nur an eine, sondern an mehrere Zielstrukturen binden können. Zielstrukturen sind bestimmte Rezeptoren (Eiweißmoleküle), die auf Tumorzellen besonders oft oder in anderer Form als auf gesunden Zellen vorkommen. Damit das Radiopharmakon andocken kann, ist dann nicht mehr so wichtig, welche Zielstruktur auf der Tumorzelle ist, sondern nur, dass eine von mehreren möglichen vorhanden ist.

Durch die BMFTR-Förderung im Rahmen der Förderinitiative „Forschungscampus“ kann M²OLIE so im intensiven Austausch zwischen den Bereichen Forschung, Klinik und Industrie und das Zusammenwirken der in M²OLIE vertretenen Disziplinen innovative Radiopharmaka und Therapieansätze entwickeln, die den betroffenen Patientinnen und Patienten den bestmöglichen Behandlungsweg eröffnen.