Krebszellen im Fadenkreuz: Patentierte Technologien bekämpften Tumore zielgenau
Letzte Aktualisierung: 23.1.2024
Kaum eine andere Krankheit beschäftigt Mediziner und Forscher so sehr wie Krebs. Die Zahlen sind alarmierend: Allein im Jahr 2012 wurden weltweit über 13 Millionen neue Fälle gemeldet, Tendenz steigend.
Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) erwartet bis 2030 jährlich sogar 22,2 Millionen neue Erkrankungen, ein Anstieg von 75% im Vergleich zum Jahr 2008.
Gleichzeitig ist Krebs - vor allem Erkrankungen der Brust, Lunge und Darmwege - weiterhin eine der führenden Todesursachen weltweit: Zum Jahr 2030 rechnet die Weltgesundheitsorganisation (WHO) jährlich mit über 13 Millionen Krebstoten.
Krebs beschäftigt auch die Politik: Im Jahr 2008 rief die Europäische Union die Europäische Partnerschaft für Maßnahmen zur Krebsbekämpfung ins Leben. Das Ziel: Bis zum Jahr 2020 soll die Zahl der Neuerkrankungen mit Krebs in der EU durch Vorsorge um 15% (510,000 Fälle) verringert werden.
Im Kampf gegen den Krebs erhalten Mediziner zunehmend Hilfe aus dem Forschungslabor. Eine Reihe neuer Therapieformen bietet bessere Heilungschancen bei deutlich geringeren Nebenwirkungen als die konventionelle Strahlentherapie, Chemotherapie und chirurgischen Eingriffe.
Zu den wichtigsten patentierten Erfindungen gegen Krebs zählen auch die folgenden Gewinner und Finalisten des Europäischen Erfinderpreises:
Madiha Derouazi, Elodie Belnoue und Team: Plattform für therapeutische Krebsimpfstoffe
Gewinnerinnen, Europäischer Erfinderpreis 2022, KMU
Gemeinsam mit ihrem Team haben Madiha Derouazi und Elodie Belnoue eine Technologieplattform zur Herstellung therapeutischer Impfstoffe für die Behandlung von Krebs entwickelt.
Mithilfe der Plattform namens KISIMA (Suaheli für "gut") können drei Komponenten zusammengebracht werden, die ganz wesentlich sind für die Herstellung von Impfstoffen, die eine starke Immunantwort hervorrufen: erstens tumorspezifische Antigene, die eine Immunreaktion auslösen, zweitens ein Molekül zur Verstärkung dieser Immunantwort und drittens ein in die Zelle eindringendes Peptid, das die heilende Fracht in die Zellen einschleust. Die Impfstoffe sind so angelegt, dass sie ihre Wirkung in Kombination mit Medikamenten entfalten, die das Immunsystem aktivieren. Durch Veränderung der Antigene lassen sich mit der Plattform Impfstoffe zur Behandlung verschiedener Krebsarten herstellen.
Marco Stampanoni, Zhentian Wang und Team: Bessere Erkennung von Brustkrebs durch Phasenkontrast-Röntgen
Finalisten, Europäischer Erfinderpreis 2022, Nicht-EPO-Staaten
Das Team um Marco Stampanoni und Zhentian Wang hat ein 3D-Röntgenbildgebungssystem entwickelt, das kontrastreichere Mammografie-Scans liefert und es Ärzten und Ärztinnen ermöglicht, kleine Tumore im Frühstadium besser zu erkennen.
Die Erfindung basiert auf der Technik der sogenannten Gitterinterferometrie. Diese erkennt, wie Röntgenstrahlen im Brustgewebe gebeugt bzw. abgelenkt werden, wodurch ein höher aufgelöstes Bild entsteht, das es ermöglicht, Tumore in einem frühen Stadium besser zu erkennen. Die Erfinder haben ihre Technologie in ein handelsübliches Mammografiesystem integriert und arbeiten außerdem an einer neuen Art von Mammografiesystem, bei dem die Patientin liegt und die Brust nicht gequetscht wird.
Mathias Fink und Mickael Tanter: Ultraschall-Bildgebungsverfahren mittels Scherwellen
Finalisten, Europäischer Erfinderpreis 2021, Forschung
Mithilfe einer von den Physikern Mathias Fink und Mickael Tanter entwickelten digitalen Ultraschall-Bildgebungsplattform lässt sich Krebs auch ohne schmerzhafte, invasive Biopsien schnell und präzise diagnostizieren.
Mitte der 1990er Jahre erforschte das Duo, wie man mit Scherwellen die Festigkeit und damit die Reife von Camembert messen kann. Sie erkannten schnell das Potenzial dieser Technologie für die medizinische Diagnostik und entwickelten daraufhin ihre Plattform für die Scherwellen-Elastografie (SWE). Der Langzeit-Ultraschall der SWE in Kombination mit in Echtzeit erzeugten hochauflösenden Bildern hilft Ärtzinnen und Ärzten, kleinste Anzeichen von krankem Gewebe zu erkennen.
Kim Lewis und Slava S. Epstein: Werkzeuge zur Züchtung von Mikroben
Finalisten, Europäischer Erfinderpreis 2021, Nicht-EPO-Staaten
Kim Lewis und Slava Epstein haben den "iChip" erfunden, eine Art Mikro-Kinderkrippe für Bakterien. Diese ermöglicht es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, einzelne Bakterienstämme zu isolieren und zu züchten – und zwar nicht wie üblich in einer Petrischale, sondern in ihrer natürlichen Umgebung.
Die Möglichkeit, Bakterien zu isolieren und zu untersuchen, ist für die Entwicklung von Medikamenten unerlässlich. Nur 1 % der Mikrobenzellen bilden in einer Petrischale Kolonien, und trotzdem sind diese der Ursprung praktisch jedes in der modernen Medizin verwendeten Antibiotikums. Der übermäßige Einsatz dieser Antibiotika hat jedoch zu Medikamentenresistenzen geführt. Neben der Bekämpfung der antimikrobiellen Resistenz könnte der iChip Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen auch bei der Entwicklung von Medikamenten gegen andere Krankheiten helfen, z. B. von Krebsmedikamenten, Entzündungshemmern und Immunsuppressiva.
- 2013-2019
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Jérôme Galon: Immunoscore®, ein aussagekräftigerer Krebstest
Gewinner, Europäischer Erfinderpreis 2019 (Forschung)
Jérôme Galon entwickelte ein In-vitro-Diagnostikum, mit dem die Immunantwort von Krebspatienten gemessen werden kann - ein Meilenstein in der Krebsdiagnostik. Das Tool mit dem Namen Immunoscore analysiert eine kleine Gewebeprobe, die mittels eines chirurgischen Eingriffs am Primärtumor des Patienten entnommen wurde.
Ein spezieller Scanner nimmt digitale Bilder von Tumorproben auf, und eine Software zählt die positiven Immunzellen. Anschließend berechnet ein Algorithmus auf der Grundlage der T-Zellen-Konzentrationen einen Gesamtimmunoscore für den Patienten. Damit können Ärzte nicht nur die Schwere der Krebserkrankung besser beurteilen, sondern auch das Risiko eines Patienten, in den verschiedenen Stadien ein Rezidiv zu erleiden und zu sterben.
Matthias Mann: Diagnose von Krankheiten durch Proteinanalyse
Finalist, Europäischer Erfinderpreis 2019 (Forschung)
1994 ließ Matthias Mann eine neue Technik zur Entnahme von Proteinen aus menschlichen Zellen patentieren, die sogenannte Nano-Elektrospray-Ionisation. Nach der Entnahme werden die Proteine verdampft und elektrisch geladen. Anschließend können Forscher die Masse und damit die Identität eines jeden verdampften Proteins bestimmen.
Die gleichzeitige Entschlüsselung Tausender von Proteinen hat Forschern zu einem beispiellosen umfassenden Einblick verholfen, wie Proteine in Zellen aktiv sind. Mittels Analyse der Proteinkonzentrationen durch Manns Techniken lassen sich Anzeichen von Krankheiten wie Krebs und Lebererkrankungen aufspüren, bevor Patienten krank werden.
Patrizia Paterlini-Bréchot: ISET®-Blutfiltration zur Erkennung von Tumorzellen
Finalistin, Europäischer Erfinderpreis 2019 (Forschung)
Beim patentierten ISET-Test ("Isolation by SizE of Tumour cells" - "Isolierung von Tumorzellen durch ihre Größe") wird eine verdünnte Blutprobe in eine kleine Kunststoffkartusche eingefüllt, in der sich ein Mikrofilter befindet. Kleinere Blutzellen passieren die Filterporen in vertikaler Richtung, größere Blutzellen, die sogenannten zirkulierenden Tumorzellen (CTCs), bleiben im Filter hängen.
Mit dem Test von Patrizia Paterlini-Bréchot können CTCs in einer Blutprobe festgestellt werden, lange bevor der Patient Metastasen entwickelt - also bevor der Krebs aus dem Primärtumor in andere Organe streut. Dies ist der Grund, warum 90 % der Patienten den Kampf gegen die Krankheit verlieren.
Jacek Jemielity und Team: Stabilisierte mRNA für neue Krebstherapien und die Behandlung genetischer Defekte
Finalist, Europäischer Erfinderpreis 2018 (Forschung)
Nach jahrzehntelanger Forschung entwickelten Jacek Jemielity, Joanna Kowalska, Edward Darżynkiewicz und ihr Team eine stabilere Boten-Ribonukleinsäure (mRNA) und eröffneten damit neue Wege in der Krebstherapie und der Behandlung ererbter genetischer Defekte.
Ihre mRNA verändert nur eines der rund 80 000 Atome in einem typischen mRNA-Molekül und macht dieses so stark, dass es Enzymen im Körper standhalten kann, die es sonst zerlegen würden. Eine stabile mRNA bietet ein verbessertes Trägersystem für Therapien, das die genetischen Kommunikationskanäle des Körpers (seine mRNA) nutzt.
Axel Ullrich: Nächste Generation der Krebsbehandlung
Finalist, Europäischer Erfinderpreis 2017 (Lebenswerk)
In seiner vier Jahrzehnte umspannenden Forschungslaufbahn wurde Axel Ullrich als Erfinder von weit über 100 Patenten weltweit genannt und war Autor von mehr als 570 wissenschaftlichen Publikationen. Mit mindestens 50 000 Nennnungen gehört er zu den zehn meistzitierten Wissenschaftlern der letzten 25 Jahre.
Ullrich leistete Pionierarbeit bei der Entwicklung neuer Klassen von Medikamenten, darunter zellwachstumshemmende Arzneimittel gegen Brust-, Darm- und Nierenkrebs. Seine Medikamente, mit denen Tumore regelrecht "ausgehungert" werden, schneiden die Blutzufuhr zu Krebstumoren ab und stoppen damit deren Wachstum. Zudem entwickelte er Herceptin, ein Brustkrebsmedikament, das Tumore mit dem Brustkrebsgen HER2 angreift.
Robert Langer: Gezielte Krebsmedikamente
Gewinner, Europäischer Erfinderpreis 2016 (Außereuropäische Staaten)
Robert Langer ist der Wegbereiter eines neuen Ansatzes zur Krebsbekämpfung, bei dem die Krebsmedikamente über eine Kapsel aus biologisch abbaubarem Kunststoff verabreicht werden. Er verband biologisch verträgliche Polymere zu Bausteinen, die zu Kapseln für die Medikamentenverabreichung weiterverarbeitet und direkt dort implantiert werden können, wo der Tumor liegt, und löste damit zwei Probleme.
Zum einen wird das Medikament hinter der Blut-Hirn-Schranke eingesetzt, die ansonsten eine Wirkung verhindern würde. Durch die langsame und gezielte Freisetzung wird eine größtmögliche Wirksamkeit erzielt. Zum anderen können äußerst starke Medikamente eine neurotoxische Wirkung entfalten, wenn sie nicht gezielt angewandt werden. Dank der Erfindung konzentriert sich die Wirkung des Medikaments direkt auf die vom Tumor betroffene Stelle.
Laura van ’t Veer und Team: Gentest auf Brustkrebs
Gewinner, Europäischer Erfinderpreis 2015 (KMU)
Laura van 't Veer und ihr Team entwickelten einen Gentest, der es Frauen mit Brustkrebsdiagnose ermöglicht, fundiert zu entscheiden, ob sie sich nach der Operation einer Chemotherapie unterziehen oder nicht.
Dieser sogenannte MammaPrint-Test wird anhand der Mikroarray-Technologie an Proben von Tumorgewebe durchgeführt. Dabei wird die Aktivität von 70 tumorspezifischen Genen gemessen, indem die Menge der Boten-RNA überprüft wird, und danach das Metastasen-Risiko einer Patientin bestimmt. Mit dem neuartigen Test können Patientinnen mit hohem Risiko, die sich einer Chemotherapie unterziehen müssen, von solchen mit niedrigem Risiko unterschieden werden, die sich nicht den schädlichen Nebenwirkungen einer chemischen Behandlung aussetzen müssen.
Ian Frazer und Jian Zhou: Impfstoff gegen humane Papillomviren (HPV)
Gewinner, Europäischer Erfinderpreis 2015 (Außereuropäische Staaten)
Ian Frazer und Jian Zhou entwickelten einen fortschrittlichen Impfstoff, der die Verbindung zwischen dem humanen Papillomvirus (HPV) und Gebärmutterhalskrebs unterbricht.
HPV ist ein äußerst instabiles Virus, das nicht im Labor kultiviert werden kann. Daher kam ein Impfstoff mit Lebendviruspartikeln nicht infrage. Stattdessen entwickelten Ian Frazer und Jian Zhou einen HPV-Impfstoff unter Verwendung "virusähnlicher Partikel". Diese Partikel ahmen die Oberflächenstruktur der viralen DNA von HPV nach. Wenn die virusähnlichen Partikel in den menschlichen Körper injiziert werden, sorgen sie dafür, dass 30 bis 80 mal mehr Antikörper gebildet werden, als dies mit natürlichen Virusgenen der Fall wäre.
Patrick Couvreur: Nanokapseln für Krebsmedikamente
Finalist, Europäischer Erfinderpreis 2013 (Forschungsreinrichtungen)
Konventionelle Chemotherapie überschwemmt den Körper mit Zellgiften, oft mit ernstzunehmenden Folgen. Eingehüllt in „Nanokapseln" aus langsam im Körper abbaubarem Bio-Kunststoff - 70-mal kleiner als rote Blutkörperchen - wirken Krebsmedikamente erst am Krankheitsherd.
Den Durchbruch schaffte der französische Forscher Patrick Couvreur von der Université Paris-Sud, dessen nur 10 bis 1000 Nanometer kleine Kapseln eine höhere Wirkstoffdosierung zulassen. Das Ergebnis: Couvreurs Nanokapseln haben eine bis zu zehnmal höhere Wirksamkeit als konventionelle Chemotherapie und schonen dabei gesunde Zellen.
Yves Jongen: Protonentherapie zur Bestrahlung von Krebserkrankungen
Finalist, Europäischer Erfinderpreis 2013 (Lebenswerk)
Röntgenstrahlen in der Bestrahlungstherapie ziehen durch ihre Streuwirkung auch gesundes Gewebe in Mitleidenschaft. Zielgenauere und effektivere Strahlendosen verabreicht ein spezieller medizinischer Teilchenbeschleuniger, das „Zyklotron". Der Ingenieur Yves Jongen von der Katholischen Universität Louvain, Belgien, machte die Therapie mit seinem kleineren und kostengünstigeren Zyklotron massentauglich: Die patentierte Erfindung senkte die Kosten von 100 Mio. EUR pro Gerät auf rund 24 Mio. EUR und kam bislang bei über 21,000 Patienten zum Einsatz.
- 2006-2012
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Leigh Canham: Silizium in der Biomedizin
Finalist, Europäischer Erfinderpreis 2011 (Kleine und mittlere Unternehmen)
Lange galt Silizium als giftig für den menschlichen Körper. Doch 1995 machte der britische Wissenschaftler Leigh Canham eine bahnbrechende Entdeckung: In Form von Nanostrukturen ist Silicium nicht nur ungiftig, sondern auch biologisch abbaubar. Durch seine Wabenstruktur bietet der Stoff namens „BioSilicon" Hohlräume, die mit Medikamenten gegen Krebs befüllt werden können. Über längere Zeit setzt der Abbau des Siliciums dann die Wirkstoffe im Körper frei - auch gezielt in bestimmten Organen.
Blanka Říhová: Synthetische polymere Arzneimittel
Finalist, Europäischer Erfinderpreis 2011 (Lebenswerk)
Die tschechische Forscherin Blanka Říhová entwickelte innovative Arzneimittel für eine gezielte Krebstherapie, indem sie hoch wirksame Medikamente mit Antikörpern kombinierte. Die Antikörper können Krebszellen erkennen und gezielt mit Wirkstoffen attackieren. Sobald die molekulare Verbindung in eine Krebszelle gelangt, stoppt sie deren DNA-Replikation und verhindert dadurch das Wachsen des Tumors. Gleichzeitig „markiert" der Antikörper die Tumorzelle und löst so eine Immunantwort aus, die dazu führt, dass die Tumorzelle zerstört wird.
Albert Gelet et al.: Therapeutische Sonde zur Behandlung von Prostatakrebs
Finalist, Europäischer Erfinderpreis 2010 (Forschungseinrichtungen)
Prostatakrebs ist heute der häufigste Krebs bei Männern in Europa. Trotz enormer Verbesserungen der Überlebensrate sind viele Behandlungen sehr aggressiv und für Patienten belastend. Das änderten im Jahr 2000 Wissenschaftler des französischen Instituts für Gesundheitswesen und medizinische Forschung (INSERM): Ihr patentiertes minimalinvasives Verfahren zur Zerstörung von Prostatakrebszellen (HIFU-Behandlung) tötet Krebszellen mit gebündelter Ultraschallstrahlung ohne das umliegende Gewebe zu schädigen.
Napoleone Ferrara et al.: Anti-VEGF-Antikörper
Finalist, Europäischer Erfinderpreis 2010 (Nicht-europäische Länder)
Anstatt Krebszellen wie im Rahmen einer Chemotherapie mit Zellgiften abzutöten, folgen die neuartigen Medikamente des Forschers Napoleone Ferrara einen anderen Ansatz: Die Arzneimittel schneiden den Krebszellen durch sogenannte Anti-VEGF-Antikörper die Blutzufuhr ab - der Krebs „verhungert". Grundlage war Ferraras Erkenntnis, mit welchen Signalproteinen Tumore an das Blutgefäßsystem des Körpers „andocken". Unter dem Namen Avastin ist das Medikament seit 2004 auf dem Markt, es folgten zahlreiche Folgestudien und Arzneien nach dem gleichen Prinzip.
J. Zimmermann und B. Druker: Arzneimittel gegen chronische myeloische Leukämie (CML)
Gewinner, Europäischer Erfinderpreis 2009 (Industrie)
Jahrelang galt chronische myeloische Leukämie (CML) als eine der tödlichsten Formen von Krebs. Seinen Schrecken verlor dieses Knochenmarkskrebs durch eine neue Generation von Medikamenten, entwickelt von den Forschern Jürg Zimmermann und Brian Druker. Die Wirkweise: Im Verlauf von CML löst das sogenannte Philadelphia-Chromosom eine Überproduktion weißer Blutkörperchen aus. Mithilfe eines chemischen „Blockers" entwickelten Zimmermann und Druker das Medikament Glivec, das inzwischen in Forschung und Medizin als „Wundermittel" gegen CML gepriesen wird.
Philip S. Green: Teleoperateursystem für Chirurgieroboter
Gewinner, Europäischer Erfinderpreis 2008 (Nicht-europäische Länder)
Seit dem Jahr 2000 eröffnet der Da Vinci Operationsroboter ein vorher unerreichtes Maß an Präzision in der Chirurgie. Vor allem in der Kardiologie, Urologie und Gynäkologie ist das System inzwischen nicht mehr aus der Praxis wegzudenken. Die Grundlage dafür schuf der Biomedizin-Ingenieur Philip S. Green von der Stanford University. Über sein Teleoperateursystem lassen sich die vier Operationsarme des Roboters präzise von einem Raum außerhalb des Operationssaals aus fernsteuern. Deshalb: Der Chirurg kann sogar auf sterile Kleidung verzichten!