Forscher der Yıldız Technical University, der Marmara-Universität und der Universität Istanbul-Cerrahpaşa haben ein auf Mikronadeln basierendes therapeutisches Pflaster entwickelt, das mithilfe eines dreidimensionalen Bioprinters hergestellt wurde. Ziel ist es, Chemotherapie und photothermische Therapie in einer einzigen Plattform zur Behandlung von Melanomen zu kombinieren, einer der aggressivsten Hautkrebsarten.
Die Arbeit wurde im Zentrum für Exzellenz, Anwendung und gemeinsame Forschung im Bereich der Gesundheitsbiotechnologie (SABİOTEK) durchgeführt, das 2022 unter Beteiligung der drei Universitäten gegründet wurde und vom Türkischen Rat für wissenschaftliche und technologische Forschung (TÜBİTAK) sowie den Türkischen Gesundheitsinstituten (TÜSEB) unterstützt wird. Geleitet wurde das Projekt von Cem Bülent Üstündağ, Professor für Bioingenieurwesen an der Yıldız Technical University und Direktor von SABİOTEK.
Wie funktioniert das Pflaster?
Die aus Hydrogel hergestellten Mikronadeln enthalten in ihrer Struktur zwei funktionelle Materialien. 5-Fluorouracil (5-FU), das therapeutisch als Chemotherapeutikum eingesetzt wird, wurde in den Spitzen der Nadeln platziert, um es direkt in den Zielbereich abzugeben und seine Freisetzung zu kontrollieren. Die Basis des Systems enthält dagegen Graphen-Quantenpunkte mit einer ungefähren Größe zwischen 5 und 10 Nanometern.
Wenn die Graphen-Quantenpunkte mit Licht bestrahlt werden, wandeln sie Lichtenergie in Wärme um. Das System zielt darauf ab, die Temperatur lokal auf etwa 42 Grad Celsius zu erhöhen, wodurch möglicherweise zelluläre Prozesse in Krebszellen gestört und Mechanismen des programmierten Zelltods ausgelöst werden. Die Wärme kann außerdem dabei helfen, die Freisetzung des Chemotherapeutikums aus den Mikronadeln zu kontrollieren.
Was verändert sich in der Praxis?
Die Grundidee besteht darin, die Behandlung an der Stelle des Tumors zu konzentrieren, statt sich ausschließlich darauf zu verlassen, dass das Medikament über den Blutkreislauf dorthin gelangt. Das Forschungsteam ist der Ansicht, dass eine Verringerung der Medikamentenmenge, die den übrigen Körper erreicht, die mit einer Chemotherapie verbundenen systemischen Nebenwirkungen begrenzen könnte. Dieser Nutzen ist jedoch weiterhin eine Hypothese, die in späteren Phasen nachgewiesen werden muss, und stellt kein klinisch bestätigtes Ergebnis dar.
Für die Herstellung der Mikronadeln verwendeten die Forscher Biomaterialien auf Grundlage von Natriumalginat und Gelatine. Außerdem verglichen sie eine in der Türkei hergestellte Gelatine mit einem internationalen kommerziellen Produkt und erklärten, die Ergebnisse hätten ähnliche Eigenschaften gezeigt, bevor sie die Arbeit mit der heimischen Gelatine fortsetzten.
Die nächste Phase: präklinische Studien
Die Laborprüfungen an Krebszellen wurden abgeschlossen, während die für die präklinische Phase erforderlichen Tierversuche noch nicht begonnen haben. Bei einem Erfolg könnte zu klinischen Studien übergegangen werden, die das Team als langwierig und kostenintensiv bezeichnete. Die derzeitigen Ergebnisse weisen daher weder auf eine verfügbare Behandlung für Patienten noch auf die Einsatzbereitschaft des Pflasters für die medizinische Anwendung hin.
Das Team stellte die Technologie unter dem Titel 3D-Printed Microneedle Patch for the Treatment of Melanoma via Synergistic Chemotherapy and Photothermal Therapy vor und erklärte, eine Goldmedaille sowie den Sonderpreis der WIIPA bei einem internationalen Wettbewerb erhalten zu haben. Außerdem reichte es zwei Patentanmeldungen ein: eine für das Mikronadelsystem und die andere für eine Testplattform, die die Fähigkeit der Nadeln misst, die Haut zu durchdringen, sowie die während der Anwendung entstehenden Kräfte und ihr Erreichen der anvisierten Hautschichten.
Die Forscher schlagen für die Zukunft vor, das Pflaster als ergänzende lokale Behandlung nach der chirurgischen Entfernung des Tumors einzusetzen, um mit den in diesem Bereich verbliebenen Krebszellen umzugehen. Auch diese vorgeschlagene Anwendung muss jedoch ihre Wirksamkeit und Sicherheit durch präklinische und klinische Studien nachweisen.