Minimalinvasive Tumorbehandlung durch Histotripsie
Mit gebündelten Ultraschallwellen lässt sich Gewebe mit millimetergenauer Präzision zerstören. Die innovative Technologie wird derzeit in der Humanstudie 'HOPE4LIVER' bei Leberkrebs erprobt.
Histotripsie in Kürze
- Histotripsie ist eine ultraschallbasierte Behandlungsmethode, die auf der Erzeugung gezielter Kavitationsblasenwolken (explodierender Mikrobläschen) beruht, die das Gewebe mechanisch fraktionieren
- im Tierexperiment kam es selbst bei Lebertumoren, von denen nur ein Teilvolumen per Histotripsie abladiert wurde, zu einer vollständigen Regression ohne Rezidiv oder Metastasierung
- die Histotripsie stimulierte zudem nachweislich die Tumorimmunantwort, was möglicherweise zur Rückbildung der nicht behandelten Tumorregionen beigetragen hat
- im Gegensatz dazu entwickelten 100% der unbehandelten Kontrolltiere eine lokale Tumorprogression und intrahepatische Metastasen
Gasbläschen mit Schallwellen gegen Tumoren
Ein relativ neues Verfahren ist die Histotripsie, mittels der Tumorgewebe per Ultraschall zerstört werden kann. Ultraschallimpulse mit hoher Amplitude im Mikrosekundenbereich erzeugen im Zielgewebe Mikrobläschen, die sich schnell ausdehnen und wieder zusammenfallen: wenn der Strahl auf die Zielstelle trifft, aktiviert er Tausende von Gasbläschen, die von Natur aus im Gewebe des gesamten Körpers vorkommen, auch in Tumoren, als Folge des Atmungsprozesses. Diese winzigen Gasbläschen sind normalerweise inaktiv, aber wenn sie mit den Schallwellen beschossen werden, dehnen sie sich aus, vibrieren, explodieren und bilden eine hochenergetische Wolke aus Mikrobläschen im Tumor.2 Diese heftigen, aber extrem lokalisierten mechanischen Stresskräfte töten Krebszellen ab und brechen die Tumorstruktur auf. Dies wird als kontrollierte akustische Kavitation bezeichnet (Kavitation = Erzeugung eines Hohlraums innerhalb eines soliden Materials). Die Impulse lassen sich gezielt auf den Tumor konzentrieren. Herkömmliche Ultraschallgeräte für die Bildgebung verwenden Pulse mit geringerer Amplitude.
Ablation von Tumoren selbst unter suboptimalen Bedingungen möglich
Ein Labor an der Universität Michigan, was seit 2001 Pionierarbeit bei der Anwendung der Histotripsie bei Krebs geleistet und auch einen speziellen Schallkopf für diese Anwendung entwickelt hat, publizierte kürzlich in der Zeitschrift 'Cancer' spannende Ergebnisse der ersten in vivo Studie zur Wirkung einer partiellen Histotripsie-Ablation auf die Überlebenschancen und die Entwicklung von Metastasen bei Ratten mit Leberkrebs.3,4
Größe, Lage oder Tumorstadium lassen ein direktes Targeting des Tumors in seiner Gesamtheit zuweilen nicht zu. Um die Wirkung einer teilweisen Ablation durch Schall zu untersuchen, wurde im Rahmen der aktuellen Studie nur ein Teil der Tumormasse entfernt (50–75%), wobei ein lebensfähiger, intakter Tumor zurückblieb. Offenbar war das Immunsystem der Tiere in der Lage, die verbleibenden Tumorzellen zu beseitigen. Bei 9 von 11 (81%) der behandelten Versuchstiere war im MRT eine vollständige lokale Rückbildung des Tumors ohne Rezidiv oder Metastasierung zu verzeichnen und das Überleben der Tiere war gegenüber den unbehandelten Kontrollen deutlich verlängert.
Histotripsie stimuliert lokale Immunreaktion
Als wichtiger prognostischer Faktor gilt auch die antitumorale Immunantwort. Zwei und sieben Tage nach der Histotripsie war im Vergleich zu den Kontrollen eine verstärkte Infiltration von Immunzellen (monozytische CD11b+, zytotoxische CD8+ und natürliche Killerzellen) in den Tumor zu beobachten, was möglicherweise zur Regression der nicht behandelten Tumoranteile beigetragen hat.
"Die Histotripsie ist eine vielversprechende Option, die die Grenzen der derzeit verfügbaren Ablationsverfahren überwinden und eine sichere und wirksame nichtinvasive Ablation von Lebertumoren ermöglichen kann", sagt Erstautorin Tejaswi Worlikar, biomedizinische Ingenieurin an der UM.
Weitere Studien sind angelaufen
In jüngster Zeit haben die Forschungsarbeiten der Gruppe unter anderem auch zur Entwicklung eines transkraniellen, MR-gesteuerten Histotripsiesystems für den Einsatz bei verschiedenen hirnchirurgischen Anwendungen5 geführt.
Die klinische Anwendung steht noch ganz am Anfang. Bislang wurden vier Erwachsene mit Leberkrebs in zwei Kliniken in Großbritannien mit Histotripsie behandelt. Vier weitere Krankenhäuser in Europa nehmen ebenfalls an dieser 'HOPE4LIVER'-Studie teil, an der 40 Erkrankte einbezogen sind.2
Referenzen:
- Siegel, R. L., Miller, K. D., Fuchs, H. E. & Jemal, A. Cancer Statistics, 2021. CA Cancer J Clin 71, 7–33 (2021).
- Monti, A. Radical new therapy uses tiny bubbles of gas to destroy tumours. Mail Online https://www.dailymail.co.uk/health/article-10612197/Radical-new-therapy-uses-tiny-bubbles-gas-destroy-tumours.html (2022).
- Worlikar, T. et al. Impact of Histotripsy on Development of Intrahepatic Metastases in a Rodent Liver Tumor Model. Cancers 14, 1612 (2022).
- Tumors partially destroyed with sound don’t come back. University of Michigan News https://news.umich.edu/tumors-partially-destroyed-with-sound-dont-come-back/ (2022).
- A New System for Brain Histotripsy. Focused Ultrasound Foundation https://www.fusfoundation.org/news/a-new-system-for-brain-histotripsy.
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