Entwicklung neuer präklinischer Testsysteme für das Dünndarmkarzinom

Abstract

Die Diagnose Dünndarmkarzinom wird meist von einer schlechten Prognose begleitet, da bereits etwa 59 % der Patienten Metastasen im Körper gebildet haben. Die Behandlung erfolgt in diesen Fällen meist nur palliativ, durch den Einsatz von chirurgischer Resektion in Kombination mit einer Chemotherapie. Zur Erhöhung der Heilungschancen des Patienten, werden dringend neue Therapieformen benötigt. Eine Möglichkeit ist der Einsatz der photodynamischen Therapie bei der ein photoaktivierbarer Arzneistoff (Photosensibilisator) in Kombination mit Licht einer spezifischen Wellenlänge zur Behandlung von Krebszellen eingesetzt wird. Photosensibilisatoren haben im allgemeinen meist stark hydrophobe Eigenschaften, die zu einer schlechten Bioverfügbarkeit führen. Zum Transport des Photosensibilisators zum Wirkort wurden daher unterschiedliche nanopartikuläre Arzneistoffträgersysteme auf Basis von Polymilch-co-glykolsäure (PLGA) und Liposomen entwickelt. Diese wurden zunächst mit standardisierten In-vitro-Testsystemen unter Verwendung von 2D-Monolayer-Zellkulturen und 3D-Tumorsphäoriden auf ihre Wirksamkeit und auf unerwünschte toxische Effekte untersucht. Zudem ist die Akkumulation des Photosensibilisators in den Zellen ein wichtiger Faktor, da diese ausschlaggebend für eine effektive anti-tumorale Wirksamkeit ist. Um diese zu quantifizieren, wurde eine analytische HPLC-Methode entwickelt und nach den Angaben der ICH-Guideline validiert. Im nächsten Schritt lag der Fokus der Untersuchungen darauf, die mukoadhäsiven und mukopermeablen Eigenschaften der zu entwickelnden Arzneistoffträgersysteme zu testen. Diese sind nötig, um ein gezieltes Tumor-Targeting zu erreichen. Zur Untersuchung dieser spezifischen Eigenschaften wurden neue präklinische Testmodelle entwickelt: (i) Ein mikrofluidischer Mukus-Chip zur Untersuchung der Mukopermeation; (ii) ein mikrofluidisches Darmtumor-Modell zur Erforschung der mukoadhäsiven Eigenschaften in einem peristaltischen Fluss und (iii) ein vaskularisiertes Darmtumor-Modell zur Überprüfung der Arzneistoff-Akkumulation und der biologischen Wirksamkeit. Anhand dieser Testsysteme war es möglich, wirksame Photosensibilisatoren und deren nanopartikuläre Formulierungen zu identifizieren, die ein hohes Potential zur Behandlung von Dünndarmkarzinomen aufweisen. Zudem stellen die entwickelten spezifischen präklinischen Testmodelle ein hilfreiches Werkzeug zur Untersuchung der Eigenschaften von Nanopartikeln in dynamischen fluidischen Systemen dar.

The diagnosis of small intestine carcinoma is usually followed by a poor prognosis as about 59 % of patients have already developed metastases in the body. In these cases, treatment is usually palliative, using surgical resection in combination with chemotherapy. To increase the patient's chances of recovery, new therapies are needed. One option is the use of photodynamic therapy in which a photoactivatable drug (photosensitizer) is used in combination with light of a specific wavelength to treat cancer cells. In general, photosensitizers have highly hydrophobic properties which lead to poor bioavailability. Therefore different nanoparticulate drug delivery systems based on poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) and liposomes were developed to transport the photosensitizer to the site of action. The efficacy and undesired toxic effects of these were first investigated with standardized in vitro test systems using 2D monolayer cell cultures and 3D tumor spheroids. In addition, the accumulation of the photosensitizer in the cells is an important factor, as it is decisive for effective anti-tumoral efficacy. To quantify this an analytical HPLC method was developed and validated according to the ICH guideline. In the next step the focus of the investigations was on testing the mucoadhesive and mucopermeable properties of the drug delivery systems to be developed. These are necessary to achieve targeted tumor targeting. New preclinical test models were developed to investigate these specific properties: (i) a microfluidic mucus chip to study mucopermeation; (ii) a microfluidic intestinal tumor model to study mucoadhesive properties in a peristaltic flow; and (iii) a vascularized intestinal tumor model to test drug accumulation and biological efficacy. With these test systems it was possible to identify effective photosensitizers and their nanoparticulate formulations with a high potential for the treatment of small intestine carcinoma. In addition, the specific preclinical test models developed represent a useful tool for investigating the properties of nanoparticles in dynamic fluidic systems.