Herkömmliche Chemotherapeutika, die bei der Krebsbehandlung eingesetzt werden, sind zwar oft wirksam, verursachen jedoch aufgrund ihrer unspezifischen und wahllosen Wirkung typische toxische Nebenwirkungen. Dies hat Forscher seit Jahren dazu veranlasst, nach selektiveren Alternativen zu suchen – Alternativen, die gezielt auf Tumorzellen wirken und gesunde Zellen und Gewebe nur minimal oder gar nicht beeinträchtigen. Die brasilianische Flora hat sich als hervorragende Quelle bioaktiver Substanzen mit hoher Komplexität und struktureller Vielfalt erwiesen. Zu ihnen gehört der Taro (Colocasia esculenta), im Volksmund als Yamswurzel bekannt.
Jahrhundertealte Tradition
Diese Heilpflanze wird seit Jahrhunderten traditionell verwendet. Und basierend auf dem Volkswissen wird sie zur Behandlung von Krankheiten wie Diabetes, Blutungen, Durchfall, Bluthochdruck, Haarausfall und anderen eingesetzt. Zahlreiche wissenschaftliche Studien haben das Vorhandensein bioaktiver Substanzen bestätigt und damit ihre traditionelle Verwendung untermauert. Eine dieser Substanzen ist Tarin, ein Protein, das als pflanzliches Lektin klassifiziert wird. Pflanzliche Lektine sind dafür bekannt, dass sie antitumorale, antivirale und insektizide Eigenschaften besitzen.
Seit mehr als 15 Jahren erforschen Wissenschaftler an der Bundesuniversität von Rio de Janeiro und der Staatsuniversität von Maranhão die medizinischen Eigenschaften von Tarina. Dabei handelt es sich um einen Bestandteil, der im unterirdischen Teil (Kormus) der Taro-Knolle vorkommt. Im Volksmund wird dieser als Stiel bezeichnet. Zu ihren Eigenschaften zählen insbesondere die antitumoralen und immunmodulatorischen Wirkungen. Im Jahr 2008 gelang es, Tarina mit einer Reinheit von über 90 % zu isolieren und ihre dreidimensionale Struktur zu bestimmen.
Dieser Erfolg wurde in einer internationalen Datenbank erfasst. Die antitumorale Wirkung war bereits bekannt, da sie von anderen Gruppen in der Fachliteratur beschrieben worden war. Die immunmodulatorische Eigenschaft hingegen wurde in internationalen Fachzeitschriften veröffentlichten Studien nachgewiesen. In dieser Zeit hat sich die Nanotechnologie als Werkzeug zur Optimierung der Verabreichung neuer Medikamente direkt in die Tumorregion etabliert – und zwar ohne gesunde Zellen oder Gewebe zu beeinträchtigen.
Daher wurde eine Formulierung mit in Nanoliposomen eingekapseltem Tarin entwickelt. Diese Formulierung konnte die Vermehrung einer aggressiven Brustkrebszelllinie (der „MDA-MB-231“) hemmen. Ebenso hemmte sie eine Glioblastom-Zelllinie (die „U-87 MG“). Beide weisen eine schlechte Prognose auf. In einer weiteren Studie konnte gezeigt werden, dass diese Formulierung keine toxischen Wirkungen in Kulturen gesunder menschlicher Zellen hervorrief, was auf ihre Sicherheit und Selektivität hindeutet.
Antitumorale Nanoformulierung
Daraufhin wurden die Untersuchungen fortgesetzt, um die antitumoralen Mechanismen zu verstehen, die in den Krebszellen nach der Exposition gegenüber der Nanoformulierung aktiviert wurden. Die Gewährung von Forschungsmitteln durch die Faperj war in dieser Projektphase von entscheidender Bedeutung.
Eine Studie verwendete Zellkulturen von Brustkrebs und Glioblastom, der aggressivsten Form von Hirntumoren. In beiden Zelllinien wirkte Tarina nach ähnlichen Mechanismen und zeigte bei den getesteten Konzentrationen ein konsistentes Muster. Die Exposition der Zellen gegenüber der eingekapselten Tarina unterbrach den Zellzyklus und blockierte deren Proliferation.
Darüber hinaus wurden Zelltodwege wie Apoptose und Autophagie aktiviert. Auch die Migrationsfähigkeit wurde durch die Nanoformulierung verringert, was auf ihr antimetastatisches Potenzial hindeutet. Die Ergebnisse bei Behandlungsdauern von 24 und 48 Stunden zeigten, dass die Wirkungen von der Expositionsdauer abhängen.
Sie deuten auf eine anhaltende und kontrollierte Freisetzung von Tarina durch die Nanoliposomen hin. Um eine wirksame Behandlung von Glioblastomzellen zu gewährleisten, muss die Formulierung die Blut-Hirn-Schranke überwinden. Diese Schranke ist eine selektive Membran, die den Übergang von Substanzen aus dem Blut ins Gehirn reguliert. Dies stellt eine der größten Herausforderungen bei der Behandlung des Glioblastoms dar.
Dazu wurde in vitro eine Blut-Hirn-Schranke unter Verwendung von menschlichen zerebralen Blutgefäßzellen erstellt. Dabei konnte festgestellt werden, dass nach 180 Minuten 20 % der ursprünglichen Formulierung diese Schranke überwinden konnten. Somit zeigte dierse Formulierung vielversprechendes Potenzial. Die Wissenschaftler glauben, dass sie in Zukunft optimiert werden kann, um ihre Wirksamkeit zu steigern und die Menge des Wirkstoffs zu erhöhen, die den Tumor erreicht.
Um die Wirkmechanismen der Tarina-Nanoformulierung genauer zu untersuchen, führten sie eine dynamische Untersuchung des Proteoms von Brustkrebszellen durch. Diese Untersuchung erfolgte 24 Stunden und 48 Stunden nach der Behandlung. Das Proteom ist die Gesamtheit der Proteine, die zu einem bestimmten Zeitpunkt unter spezifischen Bedingungen intrazellulär exprimiert werden.
So identifizierten sie die Proteine, die mit den antitumoralen Mechanismen in Zusammenhang stehen und in diesem Zeitraum stärker oder schwächer exprimiert wurden. Es wurden mehr als 2.000 Proteine nachgewiesen, was frühere Ergebnisse untermauert und ergänzt. Zunächst durchlaufen die Zellen eine Phase der Anpassung an den durch die Behandlung verursachten Stress. Dabei steigern sie die Produktion von Antioxidantien sowie von Migrations- und Reparaturproteinen.
Diese Reaktion reicht jedoch nicht aus. Nach 48 Stunden beginnen die Zellen, Proteine zu exprimieren, die auf die Aktivierung des Zelltods durch Autophagie und Apoptose hinweisen und zudem die Migration, Angiogenese und Proliferation hemmen. In diesem Zeitraum konnte die Gruppe auf die Zusammenarbeit mit verschiedenen Fachbereichen des Instituts für Chemie der Bundesuniversität von Rio de Janeiro zählen. Hinzu kamen Partner der University of Michigan, der Universidade Federal Fluminense und der Fiocruz. Studierende im Bachelor-, Master- und Promotionsstudium beteiligten sich aktiv an der Entwicklung dieser Studie.
Die bisherigen Daten sind sehr wertvoll, befinden sich jedoch noch in der präklinischen Phase, da sie in Zellkulturen gewonnen wurden. Damit ein neues Medikament zugelassen wird, muss es Phasen durchlaufen, in denen seine Wirksamkeit und Sicherheit nachgewiesen werden. Diese Phasen müssen an anspruchsvolleren Modellen durchgeführt werden.
Darüber hinaus sind Tierversuche und dreidimensionale Kulturmodelle erforderlich, bevor klinische Studien in Angriff genommen werden können. Da die Ergebnisse vielversprechend waren, wirde beabsichtigt, die Wirksamkeit der Nanoformulierung an Sphäroiden zu untersuchen. Sphäroide sind dreidimensionale Modelle, die Tumore simulieren und somit realitätsnähere Erkenntnisse liefern.
Darüber hinaus planen die Forscher auch, das immunmodulatorische Potenzial der nanoverkapselten Tarina zu untersuchen. In früheren Studien wurde gezeigt, dass Mäuse, deren Immunsystem durch ein gängiges Chemotherapeutikum unterdrückt wurde und die mit Tarina in freier Form behandelt wurden, sich erholen. Und die Genesung erfolgte schnell.
Das heißt, Tarina schützte die Mäuse vor den toxischen Wirkungen von Cyclophosphamid und linderte Anämie und Leukopenie. Bei Chemotherapien erhöhen diese Nebenwirkungen die Anfälligkeit für Sekundärinfektionen. Diese Eigenschaft spricht für unsere Formulierung, da sie einen doppelten Nutzen bieten kann: die Behandlung des Krebses und die Verringerung der Nebenwirkungen, wodurch die Genesung beschleunigt wird.
Aber Achtung, es ist wichtig zu betonen: Der reine Verzehr von Yamswurzeln allein heilt keinen Krebs.
