Die Medizin forscht kontinuierlich an neuen Wegen, um Medikamente effizienter und schonender ins Gehirn zu transportieren. Die Behandlung von Hirntumoren und neurologischen Erkrankungen stellt aufgrund der Blut-Hirn-Schranke eine besondere Herausforderung dar. Ein vielversprechender Ansatz ist die intranasale Verabreichung, also die Gabe von Medikamenten über die Nase. Dieser Weg ermöglicht es, die Blut-Hirn-Schranke zu umgehen und Wirkstoffe direkt ins Gehirn zu transportieren.
Glioblastome: Hoffnung durch Nasentropfen mit Nanopartikeln
Glioblastome gehören zu den aggressivsten und tödlichsten Hirntumoren. Sie wachsen schnell, dringen tief ins Gewebe ein und unterdrücken die Immunabwehr. Bisherige Behandlungsmethoden wie Operation, Bestrahlung und Chemotherapie können das Leben der Patienten oft nur um wenige Monate verlängern.
Ein Forschungsteam aus St. Louis und Chicago hat nun in einem Experiment an Mäusen einen neuen Weg gefunden, Glioblastome zu behandeln: Sie verabreichten den Tieren Nasentropfen mit Nanopartikeln, die das Immunsystem im Gehirn aktivieren. Die überraschenden Ergebnisse: Die Tumore verschwanden vollständig, und die Mäuse entwickelten eine langfristige Immunität gegen den Krebs.
Wie funktioniert die Behandlung mit Nanopartikeln?
Die Nanopartikel, sogenannte sphärische Nukleinsäuren, bestehen aus einem Goldkern, um den herum DNA-Stücke angeordnet sind. Diese DNA-Bausteine aktivieren im Gehirn gezielt einen Signalweg namens cGAS-STING. Dieser Mechanismus erkennt normalerweise fremdes Erbgut - etwa bei Virusinfektionen - und ruft die Immunabwehr auf den Plan. Bei Glioblastomen ist dieser Alarmweg jedoch abgeschaltet, dafür sorgt der Tumor selbst.
Die Forscher verabreichten den Mäusen das Medikament als Tropfen in die Nase. Von dort wanderten die Nanopartikel entlang der Nervenbahnen - insbesondere des Nervus trigeminus - bis ins Gehirn. In Kombination mit Medikamenten, die T-Zellen zusätzlich aktivieren, erreichte die Therapie bei den Mäusen Erstaunliches: Ein bis zwei Behandlungen reichten aus, um die Tumoren vollständig zurückzudrängen. Zudem entwickelten die Tiere eine langfristige Immunität, der Krebs kehrte nicht zurück.
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Vorteile der Behandlung über die Nase
Die Behandlung über die Nase bietet mehrere Vorteile:
- Umgehung der Blut-Hirn-Schranke: Die Nasenhöhle steht über Nervenbahnen mit dem Gehirn in direkter Verbindung. Vor allem der Trigeminusnerv, der Gesicht und Nase versorgt, bietet eine Art „biologischen Zugang“. Über ihn gelangen die Nanopartikel direkt in den Tumorbereich.
- Nicht-invasive Behandlung: Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen, bei denen Medikamente direkt in den Tumor injiziert werden müssen, ist diese Behandlung nicht invasiv. Sie könnte also auch für geschwächte Patienten geeignet sein, die keine weiteren Eingriffe verkraften.
- Geringe Nebenwirkungen: Im Körper selbst blieben kaum Rückstände, unerwünschte Reaktionen wurden nicht beobachtet.
- Wiederholbare Therapie: Anders als Operationen oder Injektionen lässt sich die Anwendung bei Bedarf leicht wiederholen.
Weitere Forschung ist notwendig
Bisher wurden ausschließlich Mausmodelle untersucht. Die Forscher betonen, dass Sicherheit und Wirksamkeit in weiteren Stufen belegt werden müssen, bevor die Behandlung beim Menschen eingesetzt werden kann.
Stammzelltherapie bei Morbus Parkinson: Intranasale Applikation als Alternative zur Operation
Auch bei der Stammzelltherapie von Morbus Parkinson könnte die intranasale Applikation zukünftig eine wichtige Rolle spielen. Ein Forscherteam konnte zeigen, dass mesenchymale Stammzellen nach einer intranasalen Applikation selbstständig den Weg ins Gehirn finden.
Der schnellste Weg von außen ins Gehirn führt durch die Nase. Die Eintrittspforte ist das Riechepithel, das über den Riechnerven direkt mit dem Bulbus olfactorius, einem Vorposten des Gehirns, verbunden ist.
Wie gelangen die Stammzellen ins Gehirn?
Bereits vier Stunden nach der intranasalen Applikation waren mesenchymale Zellen im Gehirn nachweisbar. Dort begaben sie sich, vermutlich angelockt durch das Zytokin BDNF (brain-derived neurotrophic factor) auch ins Striatum und in die Substantia nigra, und sie begannen mit der Synthese von Dopamin. Vor der intranasalen Applikation hatten die Forscher die körpereigenen Dopaminproduzenten durch die gezielte Injektion des Neurotoxins 6-OHDA zerstört.
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Die Forscher können ferner zeigen, dass die Stammzellen sechs Monate oder länger überlebten. Während dieser Zeit ersetzten die Stammzellen die ausgefallene Dopaminproduktion so effizient, dass die Parkinsonsymptome der Tiere zumindest ansatzweise gelindert wurden.
Vorteile der intranasalen Applikation
Die intranasale Applikation bietet mehrere Vorteile:
- Nicht-invasive Methode: Sie ist nicht-invasiv und deshalb für mehrmalige Gaben geeignet.
- Direkter Zugang zum Gehirn: Die Stammzellen gelangen direkt ins Gehirn und können dort ihre Wirkung entfalten.
Klinische Anwendung noch in weiter Ferne
Von einer klinischen Anwendung ist diese Therapie zwar noch sehr weit entfernt, die intranasale Applikation böte jedoch zweifellos viele Vorteile.
N2B-Patch: Ein EU-Projekt zur Behandlung von Multipler Sklerose über die Nase
Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems, bei der die Myelinscheiden der Nervenfasern zerstört werden. Dies führt zu einer Vielzahl von neurologischen Symptomen wie Taubheitsgefühlen, Nervenschmerzen und Lähmungserscheinungen.
Ein internationales Konsortium unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart hat im Rahmen des EU-geförderten Projekts "N2B-Patch" eine neue Methode zur Behandlung von MS entwickelt: die intranasale Verabreichung von Biopharmazeutika.
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Wie funktioniert das N2B-Patch-System?
Das N2B-Patch-System besteht aus drei Hauptkomponenten:
- Einem Wirkstoff: Ein innovatives Biopharmazeutikum zur Behandlung von MS.
- Einem Trägerstoff: Ein Hydrogel-Patch, das den Wirkstoff enthält und ihn langsam freisetzt.
- Einem Applikator: Ein spezielles Gerät, mit dem der Gel-Patch in die Nase eingebracht wird.
Der Applikator ist eine Kombination aus einem Endoskop und einem Mischsystem. Dadurch können die flüssigen Bestandteile des Gels separat zur Riechschleimhaut transportiert werden, wo sie sich erst am Bestimmungsort verbinden und das Patch bilden. Der Wirkstoff wird dann über einen Zeitraum von bis zu zwei Wochen kontinuierlich freigesetzt und über die Riechnervenfasern ins Gehirn transportiert.
Vorteile des N2B-Patch-Systems
Das N2B-Patch-System bietet mehrere Vorteile:
- Umgehung der Blut-Hirn-Schranke: Der Wirkstoff gelangt direkt über die Riechschleimhaut ins Gehirn und umgeht so die Blut-Hirn-Schranke.
- Nicht-invasive Applikation: Die Applikation des Patches ist minimalinvasiv und kann von einem Arzt durchgeführt werden.
- Langsame Wirkstofffreisetzung: Der Wirkstoff wird über einen Zeitraum von bis zu zwei Wochen kontinuierlich freigesetzt, was zu einer besseren Wirksamkeit führen kann.
- Gute Verträglichkeit: Das System ist gut verträglich und beeinträchtigt das Riechen nicht.
Mögliche Anwendung bei anderen neurologischen Erkrankungen
Die Projektkoordinatorin Dr. Carmen Gruber-Traub betonte, dass das im N2B-Patch-Projekt entwickelte Konzept der Medikamentenapplikation über die Nase ins Gehirn mit anderen Wirkstoffen und entsprechend angepassten Formulierungen auch für neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson- und Alzheimer-Krankheit gelten kann.
Weiterentwicklung und Vermarktung
Das N2B-Patch-System soll nun weiterentwickelt und vermarktet werden. Die Patentanmeldungen werden vorangetrieben, und es wird an der Produktion nach GMP-Richtlinien gearbeitet.
Schutzproteine über die Nase gegen Schlaganfall
Auch bei der Behandlung von Schlaganfällen könnte die intranasale Verabreichung eine wichtige Rolle spielen. Forscher der Universität Heidelberg haben in Studien am Mausmodell gezeigt, dass über die Nase "Schutzproteine" in das Gehirn eingebracht werden können, die die Zerstörung von Neuronen nach einem Schlaganfall abschwächen.
Der NMDA-Rezeptor als Angriffspunkt
Die Heidelberger Forscher haben belegt, dass Gehirnaktivität dem Nervenzelltod entgegenwirkt. Auf molekularer Ebene ist hier der NMDA-Rezeptor von Bedeutung. Die toxischen extra-synaptischen NMDA-Rezeptoren oder die Folgen ihrer Aktivierung ließen sich jedoch unterdrücken.
Möglicher Nutzen bei chronischen neurodegenerativen Erkrankungen
Es könne auch bei chronischen neurodegenerativen Erkrankungen mit vermehrter Aktivierung extra-synaptischer NMDA-Rezeptoren helfen, unter anderem bei Amyotropher Lateralsklerose (ALS), Morbus Alzheimer oder der Huntington'schen Erkrankung.