Kein Folientitel - Münchner Wissenschaftstage

5. Münchner Wissenschaftstage
22.- 25. September 2005
Mit Licht gegen den Krebs – Photodynamische Therapie und Diagnose
Laser-Forschungslabor, Klinikum der Universität München, Großhadern
Photodynamische Tumortherapie (PDT)
Fluoreszenzdiagnose
Unter der Photodynamischen Therapie (PDT) versteht man ein Verfahren zur Behandlung von Tumoren
mit Licht in Kombination mit einem sog. Photosensibilisator. Dazu wird dem Patienten ein solcher
Photosensibilisator verabreicht, der sich selektiv im Tumor anreichert. Anschließend wird der Tumor und
das ihn umgebende gesunde Gewebe mit Licht geeigneter Wellenlänge bestrahlt. Dabei werden durch
photochemische Prozesse im Tumor toxische Substanzen erzeugt, die ihn selektiv zerstören.
Trotz Ultraschall, Röntgen, Kernspin und anderen bildgebenden Diagnoseverfahren ist der Operateur
letztlich auf sein geschultes Auge angewiesen, wenn er vor dem Patienten steht und einen Krebsherd
entfernen soll. Im Detail ist dann die Unterscheidung zwischen Tumorgewebe und Normalgewebe oft
schwierig. Bei großen Tumoren ist die Abgrenzung zum Normalgewebe die Herausforderung, bei
Frühkarzinomen die Erkennung an sich. Die Fluoreszenzdiagnostik soll hier Hilfestellung leisten, indem
sie Tumore durch Fluoreszenz deutlich sichtbar darstellt.
Dazu wird dem Patienten ein Fluoreszenzfarbstoff (Fluorophor) verabreicht, der sich selektiv im Tumor
anreichert. Wird das entsprechende Areal z. B. mit blauem Licht beleuchtet, so wandelt der Farbstoff
dieses Licht aufgrund seiner Fluoreszenzeigenschaft in rotes um. Ein mit bloßem Auge kaum oder gar
nicht erkennbarer Tumor hebt sich dadurch deutlich vom Hintergrund ab.
Für eine Photodynamische Therapie wird ein Photosensibilisator
verabreicht (links), der sich tumorselektiv anreichert
und bei Bestrahlung mit Licht phototoxisch reagiert (rechts).
Im OP
Gegenüber einer chirurgischen Behandlung bietet die PDT den Vorteil eines nichtinvasiven Verfahrens.
Insbesondere entfällt die aus Sicherheitsgründen erforderliche weiträumige Entfernung von gesundem
Gewebe in der Tumorumgebung. Eine Bestrahlung erfordert etwa 10-100 Minuten. Die Erwärmung des
Gewebes beträgt nur wenige °C. Eine Narkose ist nur zur PDT schwer zugänglicher innerer Organe nötig.
Der Nachteil der PDT ist im Wesentlichen die geringe Eindringtiefe von Licht von nur einigen Millimetern.
Sie bietet sich daher insbesondere für die Therapie oberflächlich wachsender, nicht zu fortgeschrittener
Tumore an. Durch den Einsatz von Lasern in Kombination mit Lichtleitfasern lassen sich immerhin auch
Tumore an endoskopisch zugänglichen körperinneren Oberflächen behandeln. Durch das Einstechen
solcher Fasern in das Gewebe gelingt es, auch größere Tumore zu therapieren. Dieses Vorgehen ist
jedoch selten heilend, sondern bewirkt lediglich eine gewisse Lebensverlängerung und wird z. B. in bei
Gehirntumoren oder in der Prostata eingesetzt.
Einsatzgebiete
Operation eines Gehirntumores (links). In blauem
Licht leuchtet der Tumor rot (rechts). Er kann
daher vollständig und schonend entfernt werden.
Harnblasenwand endoskopisch (links). Die
Fluoreszenzdarstellung (rechts) zeigt einen
Tumor, der im linken Bild nicht zu erkennen ist.
Weit verbreitet ist dabei ein Verfahren, bei dem dem Patienten die Vorläufersubstanz 5-Aminolävulinsäure
(5-ALA) verabreicht wird, worauf eventuell vorhandene Tumorzellen mit einer vermehrten Bildung und
Anreicherung des eigentlichen Fluoreszenzfarbstoffes Protoporphyrin IX (PPIX) reagieren. Eine
Alternative ist die Untersuchung körpereigener (endogener) Fluorophore, meist werden aber geeignete
Farbstoffe vor der Untersuchung verabreicht (exogene Fluorophore).
Fluoreszenznachweis
Die Fluoreszenz wird mit Lasern, LED-Systemen oder gefilterten Lampensystemen angeregt und kann
dann auf unterschiedliche Art und Weise erfasst werden:
• Bildgebend (Intensität ortsaufgelöst).
• Spektral (Intensität in Abhängigkeit der Wellenlänge).
• Zeitaufgelöst (Schnelligkeit des Abklingens der angeregten Moleküle).
Obwohl dieses Verfahren bereits um 1900 in München entdeckt wurde, erlangte es erst in den 80er
Jahren des letzten Jahrhunderts durch den Einsatz von Lasern eine gewisse Verbreitung. Derzeit wird die
PDT bei Tumoren in der Blase, im äußeren Kopfbereich, in der Mundhöhle, in der Lunge, im
Genitalbereich und in der Dermatologie erfolgreich eingesetzt. Ihre z. Zt. häufigste Anwendung findet sie
jenseits der Onkologie bei altersbedingter Makuladegeneration (AMD), einer Netzhauterkrankung, die zur
Erblindung führt.
Photosensibilisatoren
Als Photosensibilisatoren werden z. Zt. überwiegend Porphyrine und Chlorine eingesetzt, die bei
Bestrahlung mit rotem Licht der passenden Wellenlänge zur Bildung von Singulett-Sauerstoff führen,
einem energetisch angeregten und damit reaktionsfreudigen und toxischen O²-Molekül. Z. T. wird auch 5Aminolävulinsäure (5-ALA) eingesetzt, das selektiv in Tumorzellen eine Porphyrinsynthese anregt. Je
größer die Wellenlänge ist, umso größer ist auch die Eindringtiefe des Lichtes in das Gewebe.
Photosensibilisatoren fluoreszieren in der Regel und werden daher auch zur Fluoreszenzdiagnose von
Tumoren eingesetzt.
Lichtdosimetrie
Die verwendeten Photosensibilisatoren reichern sich auch in gesunden Zellen an wenn auch in der Regel
deutlich geringer als in Tumorzellen. Da der Photosensibilisator bei den photochemischen Prozessen
lediglich als Katalysator agiert, kann eine zu große Lichtdosis auch zur Schädigung des gesunden
Gewebes führen. Andererseits führt eine höhere Lichtdosis zu einer therapeutischen Wirkung, die in eine
größere Gewebetiefe reicht. Für die optimale Dosis sind daher Lichtapplikatoren erforderlich, die eine
räumlich homogene Bestrahlung und eine zuverlässige Lichtdosimetrie gewährleisten. Bleicht der
Photosensibilisator bei der Bestrahlung aus, so kann bei entsprechender Substanzdosis auch eine
beliebig hohe Lichtdosis appliziert werden, ohne dass das gesunde Gewebe Schaden nimmt.
Forschungsschwerpunkte des LFL zur PDT
• Etablierung der PDT in verschiedenen medizinischen Fachbereichen
• und mit verschiedenen neuen Photosensibilisatoren,
• Entwicklung von organspezifischen Lichtapplikatoren und Detektoren für die Dosimetrie,
• dosimetrische Analysen der Lichtverteilung im System von Gewebe und Applikator,
Für klinische Anwendungen ist die Bildgebung die praktikabelste Darstellungsform. Die spektralen und
zeitaufgelösten Fluoreszenzerfassungen können jedoch wertvolle Zusatzinformationen liefern,
insbesondere bei der Suche nach neuen tumorselektiven Substanzen.
Einsatzgebiete
Im Laser-Forschungslabor wurde insbesondere die endoskopische und operationsmikroskopische
bildgebende Fluoreszenzdarstellung unter Verwendung 5-ALA mit industriellen Partnern bis zur klinischen
Anwendungsreife entwickelt. Bei der Blasentumor-Diagnose hat sich die Fluoreszenzdiagnose zu einem
Standard-Verfahren entwickelt. In anderen medizinischen Fachgebieten laufen derzeit Zulassungsstudien.
Zahlreiche deutsche Kliniken sind an diesen Studien beteiligt und setzen das Verfahren ein.
Intrazelluläre Produktion des Fluorophors
5-ALA ist eine körpereigene Substanz, die Ausgangssubstanz für die Synthese von Häm ist, das für die
Zellatmung benötigt wird. Das körpereigene 5-ALA ist jedoch immer nur in so geringer Menge vorhanden,
dass auf dem Syntheseweg zum Häm keine Zwischenprodukte anreichern. Dies ändert sich, wenn 5-ALA
von außen zugeführt wird: Insbesondere Tumorzellen nehmen 5-ALA auf und reichern den Vorläufer des
Häm-Moleküls, PPIX an. PPIX ist in diesem Syntheseweg die einzige fluoreszierende Substanz und
gleichzeitig ein Photosensibilisator, so dass eine wohldosierte Verabreichung von 5-ALA nicht nur die
Tumor-Fluoreszenzdiagnostik sondern auch die Photodynamische Therapie ermöglicht.
Neue Fluorophore für die Fluoreszenzdiagnostik
Speziell für die Diagnostik von Harnblasentumoren werden derzeit zwei neue Substanzen getestet, eine
modifizierte Form von 5-ALA und der Naturstoff Hypericin (Wirkstoff im Johanniskraut). Die Motive für eine
Suche nach neuen Substanzen sind die folgenden Unzulänglichkeiten von 5-ALA:
• Es fluoresziert oft auch lediglich entzündetes Gewebe.
• Gelegentlich ist die Akkumulation im Tumorgewebe inhomogen.
• Die Fluoreszenz bleicht rasch aus.
Mit einer chemischen Modifizierung des 5-ALA (Hexyl-ALA) konnte die Gewebepenetration verbessert
werden, so dass wesentlich geringere Konzentrationen zu einer eher verstärkten Kontrastierung führen.
Hypericin lässt sich wie 5-ALA oder Hexyl-ALA zur Verabreichung in die Blase instillieren und führt zu
einer tumorselektiven Fluoreszenz, die kaum ausbleicht.
• Entwicklung von preisgünstigen Weißlichtquellen als Alternative zum Laser und
• Untersuchungen der Wirkungsmechanismen der PDT an Zellkulturen und am Hühnerei (CAM).
http://laser.klinikum.uni-muenchen.de