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Nanofaser "Monorails" führen Hirntumore in den Tod

Das Glioblastom ist die tödlichste Form von Hirntumor, und ein Grund dafür, dass es schwer zu behandeln ist, liegt darin, dass sich Tumorzellen über Nervenfasern und Blutgefäße in andere Teile des Gehirns ausbreiten. Jetzt haben biomedizinische Ingenieure mithilfe von Nanofaser-Monorails einen Weg gefunden, dieses wandernde Merkmal zu entführen und die bösartigen Zellen an einen anderen Ort zu locken.

Die Idee ist, die wandernden Krebszellen zu einem zugänglicheren Ort zu locken, an dem sie getötet werden können. Dies könnte zum Beispiel außerhalb des Gehirns sein.

Eine andere Möglichkeit könnte beispielsweise darin bestehen, Tumore von inoperablen Stellen zu Orten zu bewegen, an denen Chirurgen sie leichter entfernen können.

Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass eine solche Methode den Krebs vollständig beseitigt, besteht die Hoffnung eines Tages darin, dass eine tödliche Krankheit in eine Krankheit umgewandelt wird, die eher wie eine chronische behandelt wird.

Als sie die Methode bei Tieren testeten, fanden die Forscher heraus, dass sie die Größe von Gehirntumoren reduzierten.

Sie berichten ihre Arbeit in der Zeitschrift Naturmaterialien.

In den USA erkranken jährlich rund 10.000 Menschen an einem Glioblastom. Sie werden derzeit mit Chemotherapie, Bestrahlung und Operation behandelt, aber selbst wenn sie alle drei erhalten, leben die Patienten selten länger als 18 Monate nach der Diagnose.

Krebszellen verklammern sich auf künstliche Nanofasern und "reiten sie wie eine Monorail"

Nanofasern sind so genannt, weil sie extrem dünn sind, in diesem Fall etwa die Hälfte der Dicke von menschlichem Haar und auf einer Skala, die mit Nervenfasern und Blutgefäßen kompatibel ist. Der leitende Forscher Ravi Bellamkonda, Professor und Vorsitzender der Wallace H. Coulter Abteilung für Biomedizinische Technik an der Georgia Tech und der Emory Universität in Atlanta, erklärt:

"Wir haben eine Polymer-Nanofilm-Dünnschicht entwickelt, die die Struktur von Nerven und Blutgefäßen nachahmt, die Hirntumorzellen normalerweise verwenden, um in andere Teile des Gehirns einzudringen."

"Die Krebszellen hängen normalerweise an diesen natürlichen Strukturen und fahren sie wie eine Monorail zu anderen Teilen des Gehirns", fährt er fort. "Durch die Bereitstellung einer attraktiven alternativen Faser können wir die Tumore effizient auf einem anderen Weg zu einem von uns ausgewählten Zielort bewegen."

Er fügt hinzu, dass ein attraktives Merkmal einer solchen Methode darin bestehen könnte, dass sie eine Alternative zu Medikamenten- und Strahlenbehandlungen bietet:

"Es gibt keine Medikamente, die in den Blutkreislauf gelangen und im Gehirn zirkulieren, um gesunde Zellen zu schädigen. Die Behandlung dieser Krebsarten mit minimalinvasiven Filmen könnte viel weniger gefährlich sein als der Einsatz pharmazeutischer Chemikalien."

Verführung von Tumorzellen auf einem Weg des geringsten Widerstands

Das Team hatte die Idee, Nanofasern zur Behandlung von Glioblastomen zu verwenden, weil bereits Arbeiten an Biomaterialien zur Reparatur von Rückenmarksverletzungen durchgeführt wurden. Es gibt Ähnlichkeiten in der Arbeit, zum Beispiel sind die beteiligten Signalwege die gleichen.

Tumorzellen dringen normalerweise in gesundes Gewebe ein, indem sie Enzyme sezernieren, um den Weg vorzubereiten. Die Zellen müssen viel Energie aufwenden, um dies zu ermöglichen. Die Forscher dachten, wenn sie den Zellen einen Migrationsweg anbieten könnten, wo sie nicht viel Energie ausgeben müssten, würden sie es nehmen.

Erstautorin Anjana Jain, Assistenzprofessorin am Institut für Biomedizinische Technik am Worcester Polytechnic Institute in Massachusetts, die als Postdoktorandin im Bellamkonda-Labor an der Studie arbeitete, sagt:

"Unsere Idee war, den Tumorzellen einen Weg des geringsten Widerstands zu geben, der den natürlichen Strukturen im Gehirn ähnelt, aber attraktiv ist, weil die Krebszellen nicht mehr Energie aufwenden müssen."

Für die Studie stellte das Team Nanofasern aus Polycaprolacton (PCL) -Polymeren her, die von einem Polyurethanträger umgeben waren. Die Oberfläche des Materials ist den Konturen von Blutgefäßen und Nervenfasern sehr ähnlich, die die Tumorzellen mit sich führen.

Die Forscher implantierten die Nanofasern in die Gehirne von Ratten mit menschlichen Glioblastomen.

Das Team behandelte auch andere Gruppen von Ratten zum Vergleich. Diese wurden mit Nanofasern implantiert, die kein PCL aufwiesen, oder aus untexturiertem PCL-Film hergestellt wurden oder unbehandelt waren.

Behandelte Ratten zeigten eine signifikante Glioblastom-Tumorschrumpfung

Die Tumorzellen wanderten entlang der Nanofasern zu einem Tumorsammler außerhalb des Gehirns. Der Tumorsammler enthielt ein Gel mit dem Wirkstoff Cyclopamin, der für Krebszellen toxisch ist.

Nach 18 Tagen zeigten die Ergebnisse, dass die Ratten, die mit PCL-Nanofaserimplantaten nahe den Tumoren behandelt wurden, signifikante Verringerungen der Tumorgrößen zeigten. Außerdem waren ihre Tumorzellen über die gesamte Länge aller Nanofasern in das Kollektorgel gewandert.

Prof. Bellamkonda sagt, dass die Ausrottung von Krebs zwar ideal wäre, aber ein Ansatz, der auf der von ihnen demonstrierten Methode basiert, könnte zumindest eine Möglichkeit bieten, das Wachstum von inoperablen Krebsarten zu kontrollieren und den Patienten die Chance zu geben, ein normales Leben zu führen.

"Vielleicht können wir mit solchen Ideen mit Krebs leben, genauso wie wir mit Diabetes oder Bluthochdruck leben", fügt er hinzu.

Es wird einige Zeit dauern, bis die Technik vom Labor in die Klinik übergeht, vielleicht 10 Jahre oder länger, sagt das Team.

Die nächsten Schritte beinhalten, zu sehen, wie die Methode mit anderen Arten von Hirntumoren und Krebserkrankungen funktioniert, die schwer zu entfernen sind.

Mittel aus dem National Cancer Institute des National Institutes of Health (NIH) halfen bei der Finanzierung der Studie.

Inzwischen, Medizinische Nachrichten heute kürzlich berichtet, wie Forscher in Kanada Immunzellen reaktiviert, um Hirntumor zu behandeln. Nach der Behandlung erkrankter Mäuse mit einem Medikament, das im Glioblastom deaktivierte Immunzellen reaktivierte, lebten die Tiere zwei- bis dreimal länger.

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