Magnetische Hyperthermie in der Krebsforschung

Magnetische Hyperthermie ist ein Verfahren, bei dem Eisenoxid-Nanopartikel direkt in einen Tumor eingebracht und dann durch ein magnetisches Wechselfeld erwärmt werden. Die Wärme soll Tumorzellen schädigen und sie empfindlicher für Strahlen- oder Chemotherapie machen. Das Prinzip ist physikalisch gut verstanden, die klinische Anwendung ist aber bislang auf wenige Einsatzgebiete beschränkt und für die meisten Krebsarten Forschung.

Dieser Artikel erklärt, wie die Methode funktioniert, was zugelassen ist, woran geforscht wird und welche Grenzen bestehen. Er ersetzt keine ärztliche Beratung und gibt keine Empfehlung für oder gegen eine Behandlung.

Das Prinzip in drei Schritten

1. Partikel einbringen: Eine Flüssigkeit mit beschichteten Eisenoxid-Nanopartikeln wird unter Bildgebungskontrolle direkt in das Tumorgewebe injiziert. Anders als bei vielen anderen Ansätzen der Nanomedizin setzt man nicht darauf, dass sich Partikel über die Blutbahn im Tumor anreichern.
2. Wechselfeld anlegen: Die Patientin oder der Patient liegt in einem Gerät, das ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Das Feld durchdringt den Körper, erwärmt normales Gewebe aber nur wenig.
3. Wärme entsteht im Tumor: Die magnetischen Partikel nehmen Energie aus dem Feld auf und geben sie als Wärme an ihre Umgebung ab. So steigt die Temperatur vor allem dort, wo die Partikel liegen.

Die Behandlung erfolgt meist in mehreren Sitzungen. Weil die Partikel über längere Zeit im Tumor verbleiben, ist dafür keine erneute Injektion nötig.

Warum Nanopartikel Wärme erzeugen

Entscheidend ist eine Eigenschaft sehr kleiner Eisenoxidkristalle, der Superparamagnetismus. Partikel aus Magnetit oder Maghemit mit einem Kerndurchmesser im Bereich weniger bis etwa 20 Nanometer bestehen aus einem einzigen magnetischen Bereich. Ohne äußeres Feld zeigen ihre magnetischen Momente in zufällige Richtungen, die Partikel sind nach außen nicht magnetisch und verklumpen weniger. Im Feld richten sie sich schnell aus. Mehr zu diesen Eigenschaften steht im Artikel über magnetische Nanopartikel in der Medizin.

Wechselt das Feld viele tausend Mal pro Sekunde die Richtung, folgen die Momente mit Verzögerung. Dabei wirken zwei Mechanismen:

• Néel-Relaxation: Das magnetische Moment klappt innerhalb des Kristalls um, der Partikel selbst bleibt stehen.
• Brown-Relaxation: Der ganze Partikel dreht sich in der umgebenden Flüssigkeit und reibt dabei an ihr.

Bei beiden Vorgängen geht Energie als Wärme verloren. Bei größeren Partikeln kommen Verluste durch die magnetische Hysterese hinzu. Wie viel Wärme pro Gramm Eisen entsteht, beschreibt die spezifische Verlustleistung, häufig als SAR oder SLP angegeben. Sie hängt von Größe, Form, Kristallqualität und Beschichtung der Partikel sowie von Feldstärke und Frequenz ab. Deshalb ist eine sorgfältige Charakterisierung der Nanomaterialien Voraussetzung für reproduzierbare Ergebnisse.

Warum Wärme gegen Tumoren wirken kann

Dass Tumorzellen empfindlich auf Wärme reagieren, ist seit Langem bekannt. Als mögliche Gründe gelten eine schlechtere Durchblutung vieler Tumoren, die Wärme weniger gut abführt, ein saures und sauerstoffarmes Milieu im Tumorinneren sowie Schäden an Proteinen und an der Reparatur von DNA-Schäden. Daraus ergibt sich der Hauptgedanke der Kombinationstherapie: Erwärmtes Gewebe kann auf Strahlen- oder Chemotherapie stärker ansprechen.

Diskutiert wird außerdem, ob Hyperthermie das Immunsystem auf Tumorzellen aufmerksam machen kann, etwa über Hitzeschockproteine. Diese Effekte sind Gegenstand der Grundlagenforschung und für die Behandlung von Patientinnen und Patienten nicht belegt.

Stand der Zulassung und Forschung

Zulassung in Europa

In Europa erhielt ein Verfahren der magnetischen Hyperthermie mit aminosilanbeschichteten Eisenoxid-Nanopartikeln eine Zulassung als Medizinprodukt für die Behandlung von Hirntumoren, angewendet zusammen mit Strahlentherapie. Grundlage waren unter anderem Studien bei Patientinnen und Patienten mit wiederkehrendem Glioblastom. Diese Studien waren klein und nicht randomisiert, die Ergebnisse gelten deshalb als Hinweis, nicht als abschließender Wirksamkeitsnachweis.

Der Hersteller dieses Systems hat 2022 Insolvenz angemeldet. Ob und in welchem Umfang die Behandlung heute noch angeboten wird, lässt sich aus öffentlich zugänglichen Quellen nicht sicher sagen. Wer sich dafür interessiert, sollte den aktuellen Stand bei einem neuroonkologischen Zentrum erfragen.

Klinische Studien

Untersucht wurde die Methode unter anderem bei Prostatakrebs und bei Tumoren der Bauchspeicheldrüse. Viele dieser Studien hatten frühe Phasen mit wenigen Teilnehmenden und dienten vor allem dazu, Machbarkeit und Verträglichkeit zu prüfen. Große randomisierte Studien, die einen Überlebensvorteil zeigen, fehlen für die meisten Indikationen.

Präklinische Forschung

Im Labor und im Tiermodell wird an zahlreichen Weiterentwicklungen gearbeitet:

• Partikel mit höherer Heizleistung, etwa würfelförmige oder dotierte Eisenoxidkristalle,
• Partikel, die nach Injektion in die Blutbahn den Tumor erreichen sollen,
• Kombination mit Wirkstoffen, die bei Erwärmung aus einer Hülle freigesetzt werden,
• Verbindung mit der Bildgebung, bei der dieselben Partikel als Kontrastmittel dienen.

Ergebnisse aus Tierversuchen lassen sich dabei nur bedingt auf Menschen übertragen, wie die Seite Nanomedizin am Beispiel der Tumoranreicherung beschreibt.

Grenzen und offene Fragen

Herausforderung	Was dahinter steckt
Wärmeverteilung	Partikel verteilen sich nach der Injektion ungleichmäßig, manche Tumorbereiche bleiben kühler.
Temperaturmessung	Die Temperatur im Tumor lässt sich schwer direkt messen und wird oft aus Modellen geschätzt.
Feldgrenzen	Starke Felder mit hoher Frequenz erzeugen Wirbelströme im Körper und erwärmen gesundes Gewebe. Feldstärke und Frequenz müssen deshalb begrenzt werden.
Zugang zum Tumor	Die direkte Injektion setzt einen gut erreichbaren, abgegrenzten Tumor voraus. Verstreute Metastasen lassen sich so kaum behandeln.
Metallimplantate	Metall in der Nähe des Behandlungsfelds kann sich erwärmen, was die Anwendung einschränkt.
Spätere Bildgebung	Abgelagertes Eisenoxid kann Bilder der Magnetresonanztomografie über längere Zeit stören.
Studienlage	Für die meisten Indikationen fehlen große kontrollierte Studien.

Eine zentrale physikalische Grenze ergibt sich aus der Sicherheit: Je stärker das Wechselfeld und je höher die Frequenz, desto mehr Wärme entsteht in den Partikeln, aber auch im leitfähigen Körpergewebe selbst. In der Fachliteratur wird deshalb ein Richtwert für das Produkt aus Feldstärke und Frequenz diskutiert. Partikel mit hoher Heizleistung sind so wichtig, weil sie mit schwächeren Feldern auskommen.

Abgrenzung zu verwandten Verfahren

• Regionale und Ganzkörper-Hyperthermie: Erwärmung von außen über Radiowellen, Mikrowellen oder Infrarotstrahlung, ohne Nanopartikel. In einigen Kliniken wird sie bei bestimmten Tumorarten zusammen mit Strahlen- oder Chemotherapie eingesetzt.
• Photothermische Therapie: Goldnanopartikel wandeln Licht im nahen Infrarot in Wärme um. Die Eindringtiefe des Lichts ist begrenzt, der Ansatz wird klinisch erprobt.
• Thermoablation mit Radiofrequenz oder Mikrowellen: Eine Sonde wird in den Tumor eingeführt und zerstört das Gewebe mit hohen Temperaturen. Das ist bei einigen Tumoren ein etabliertes Verfahren, aber keine Nanotechnologie.

Worauf Betroffene achten sollten

Hyperthermie wird gelegentlich außerhalb von Studien und Leitlinien angeboten, teils als Selbstzahlerleistung. Für eine informierte Entscheidung helfen diese Fragen:

• Für welche Tumorart und welches Stadium gibt es veröffentlichte Studiendaten?
• Wird die Behandlung mit einer etablierten Therapie kombiniert oder soll sie diese ersetzen?
• Findet sie im Rahmen einer registrierten klinischen Studie statt?
• Wie werden Temperatur und Nebenwirkungen überwacht?
• Wer trägt die Kosten, und was sagt die Krankenkasse dazu?

Unabhängige Informationen zu Krebstherapien bietet der Krebsinformationsdienst des Deutschen Krebsforschungszentrums. Die Entscheidung über eine Behandlung gehört in das Gespräch mit der behandelnden Ärztin oder dem behandelnden Arzt.

Einordnung

Die magnetische Hyperthermie ist ein gutes Beispiel dafür, wie eine physikalisch elegante Idee in die Klinik gelangt und dort an praktische Grenzen stößt. Die Wärmeerzeugung durch superparamagnetische Partikel ist gut verstanden und gezielt steuerbar. Offen sind vor allem die gleichmäßige Verteilung im Tumor, die Temperaturkontrolle und der Nachweis eines Nutzens in großen Studien. Für die Forschung bleibt das Verfahren interessant, besonders in Kombination mit Bildgebung und Wirkstofffreisetzung. Als eigenständige Krebsbehandlung ist es nicht belegt.