Der zellschädigende Effekt der Hyperthermie wird seit langer Zeit therapeutisch genutzt. Gebräuchliche Hyperthermieverfahren verwenden unterschiedliche Energiequellen zur Erzeugung einer Temperaturerhöhung im Gewebe: Extern eingestrahlte elektromagnetische Wellen (z.B. Radiofrequenz- oder Mikrowellen-Hyperthermie), Ultraschall (extern oder interstitiell), Stromfluss zwischen zwei oder mehreren Elektroden, elektrische oder magnetische Felder zwischen implantierten Antennen, elektrisch oder magnetisch angeregte Thermoseeds oder mit Warmwasser gespeiste Röhren. Das größte Problem bei den heute angewendeten Hyperthermieverfahren ist es, eine homogene Wärmeverteilung im behandelten Gewebe zu erreichen. Gelingt dies nicht, kann das entweder zu einer Unterversorgung in Tumor-Arealen führen, oder auch zu Organschäden durch zu hohe Temperaturen in anderen Abschnitten.

Die Nano-Krebs^®-Therapie ist eine spezielle Form der lokalen Tiefen-Thermotherapie. Sie hat den Vorteil, dass die Wärmedeposition erstmals selektiv auf die Tumorzellen ausgerichtet wird und kommt dadurch der Forderung nach maximaler Deposition der Wärmedosis im Zielvolumen bei maximaler Schonung des umgebenden gesunden Gewebes weit gehend entgegen. Die Thermotherapie mit magnetischen Nanopartikeln ermöglicht dem Arzt außerdem erstmals die freie Wahl der Zieltemperatur nach einmaliger Applikation der Nanopartikel, die er je nach klinischer Indikation als Hyperthermie zur lokalen Verstärkung einer konventionellen Strahlen- oder Chemotherapie nutzt (bis 45°C), oder bei entsprechender Indikation auch allein unter Verwendung hoher Temperaturen bis 70°C als Thermoablation verwenden kann. Das funktioniert sogar nacheinander bei ein und demselben Patienten.

Wie funktioniert die Nano-Krebs^®-Therapie im Detail?

Die Behandlungsmethode beruht auf einer definierten Leistungsübertragung auf biokompatible, superparamagnetische Nanopartikel in einem magnetischen Wechselfeld. Die daraus resultierende hohe Wärmeproduktion wird determiniert durch die Teilchenart, die Frequenz des eingestrahlten Magnetwechselfeldes und die Magnetfeldstärke. Weiterhin ermöglicht die nanotechnologische Gestaltung der Hülle eine differenzierte intrazelluläre Aufnahme, bevorzugt in stark proliferierenden Zellen wie Tumorzellen. Darüber hinaus bietet die Thermotherapie mit magnetischen Nanopartikeln weitere grundsätzliche Vorteile:

• Die magnetische Flüssigkeit kann in beliebig kleinen Mengen und damit nahezu kontinuierlich im Zielvolumen verteilt werden.
• Durch die bekannte Leistungsaufnahme/Nanopartikel kann aus der im CT gemessenen Dichteverteilung auf die Leistungsübertragung geschlossen werden. Damit wird die dreidimensionale Berechnung und Planung der Temperaturverteilung möglich.
• Durch Einbringen einer definierten Gesamtmenge in ein Zielvolumen ist eine Steuerbarkeit gegeben, die von keinem anderen interstitiellen Verfahren erreicht wird.
• Durch die intrazelluläre Aufnahme der Partikel in die Tumorzellen werden auch Tumorzellen in der Umgebung des makroskopischen Tumors erreicht, die von einer unspezifischen, d.h. einer nur nach dem kontrastverstärkten Bild ausgerichteten Therapie in der Regel nicht erfasst werden. Zudem sind die Krebszellen nicht in der Lage, die Partikel wieder auszuschleusen.
• Ein Zusammenbruch von Gewebeschranken bei entsprechender Aufheizung führt zu verbesserter Diffusibilität und damit zu einer Ausbreitung der magnetischen Flüssigkeit im Zielvolumen im Laufe der über die externe kontaktlose Aktivierung der Teilchen mittels Magnetwechselfeldapplikator sind beliebig häufige Behandlungen ohne eine zusätzliche Traumatisierung möglich
  

Welche Eigenschaften besitzen die Nanopartikel?

Die magnetische Flüssigkeit besteht aus superparamagnetischen nanoskaligen Eisenoxid-Partikeln in wässriger Lösung mit einer Eisenkonzentration von ca. 111 mg/ml. Die Nanopartikel bestehen aus einem Eisenoxid-Kern mit einem Durchmesser von ca. 15 nm und einer Umhüllung aus Aminosilanen. Aufgrund dieser Umhüllung lassen sich die Partikel in wässriger Lösung kolloidal dispergieren. Der aus Magnetit bestehende Kern besitzt ein intrinsisches magnetisches Moment, welches durch das von außen angelegte magnetische Wechselfeld angeregt wird. Durch Relaxationsprozesse geben die Partikel Wärme an die Umgebung ab.

Wie funktioniert die Partikeleinbringung in den Tumor?

Die Instillation der Nanopartikel ins Tumorgewebe lässt sich prinzipiell mit jeder handelsüblichen Kanüle durchführen, da die Viskosität der magnetischen Flüssigkeit etwa der von Wasser entspricht. Es werden drei bis zehn Milliliter in drei bis zwanzig Punktionen appliziert. Eine exakte Positionierung der Nanopartikel spielt eine entscheidende Rolle in der Zielvolumenerfassung. Mit einem Simulationsprogramm werden optimale Mengen und Orte für die Nanopartikel-Instillation errechnet und dem Arzt zur Verfügung gestellt. Vier unterschiedliche Vorgehensweisen zur Instillation von definierten Mengen magnetischer Flüssigkeit sind bisher zur Anwendung gekommen:

• Navigations- oder Stereotaxiekontrolle bei Hirntumoren: Die Instillations-Trajektorien werden einem Navigations- oder Stereotaxiesystem übergeben. Analog zu der bioptischen Probenentnahme wird der distale Punkt im Tumor aufgesucht und die Flüssigkeit unter Zurückziehen der Kanüle appliziert.
• TRUS-Kontrolle bei Prostatatumoren: Mit dem transrektalem Ultraschall wird analog zu einer radioaktiven Seed-Impantation die Positionen für die Instillation in die Prostata bestimmt. Die magnetische Flüssigkeit wird ebenfalls unter zurückziehen der Kanüle auf eine vorher bestimmte Länge injiziert.
• CT-Kontrolle: Die Injektionskanüle wird unter direkter CT-Kontrolle an vorher bestimmte Positionen geführt. Dabei lassen sich Eintrittspunkt, Stichrichtung und Tiefe der Punktion im Vorfeld bestimmen.
• Inraoperativ in einer R1-Situation: Wird bei einer Operation festgestellt, dass bestimmte Tumorareale nicht entfernt werden können, kann die magnetische Flüssigkeit direkt in die freigelegte R1-Region infiltriert werden. Dabei wird die benötigte Menge Nanopartikel abgeschätzt und vom Arzt möglichst gleichmäßig verteilt.
  

Bei allen Applikationsarten wird die Lage der Nanopartikel durch ein nachfolgendes CT bestimmt und die Wärmeverteilung in einer Postinstillationsanalyse (PIA) errechnet.

Wie wird die Behandlung im Magnetfeld-Applikator durchgeführt?

Die Nano-Krebs^®-Therapie wird in einem eigens für diese Therapieform entwickelten Magnetwechselfeldapplikator (MFH®-300F) durchgeführt. Das Gerät verfügt über einen einstellbaren Behandlungsspalt von 21 bis 33 Zentimeter Weite. Der Spulenstrom des 100 kHz Schwingkreises ist stufenlos von 100 bis 500 A regelbar. Das magnetische Wechselfeld lässt sich in Abhängigkeit vom Spaltabstand, Spulenstrom und dem vertikalen Abstand von der Spaltmitte von ca. 2-18 kA/m einstellen. Im Behandlungsspalt kann das gewünschte Überwärmungsgebiet auf einer Kreisfläche von ca. 20 cm Durchmesser positioniert werden. Für die Durchführung der Thermotherapie ist eine Fixierung oder Anästhesie des Patienten nicht notwendig. Der Magnetwechselfeldapplikator ist auf Grund seiner Konstruktion universell für Tumoren aller Körperregionen einsetzbar. Die Temperaturmessung während der Therapie erfolgt minimal invasiv mit einem fluoroptischen Messsystem und einer entsprechenden Anzeige- und Dokumentationssoftware. Die gesamte Behandlungsdauer von etwa zwei Stunden umfasst neben der Therapiezeit von 60 Minuten die Aufwärmzeit des Zielgebiets sowie Zeiten zur Vorbereitung und Lagerung des Patienten.