Die Therapiemöglichkeiten für Knochenmetastasen sind trotz der Weiterentwicklung der onkologischen Behandlung nach wie vor begrenzt und herausfordernd. Die derzeitige Standardmethode ist die Strahlentherapie, die mit Komplikationen wie lokalem Erythem, Toxizität für die inneren Organe1 und unzureichenden Frakturen2 verbunden ist. Es besteht ein Bedarf an alternativen antineoplastischen Therapien, da Patienten mit Knochenmetastasen häufig unter Schmerzen, Hyperkalzämie und neurologischen Symptomen leiden, die zu einer eingeschränkten Mobilität und einer verminderten Lebensqualität führen3. Jüngste Erkenntnisse zeigen, dass die PDT eine vielversprechende, alternative, antineoplastische Behandlungsoption zur direkten Behandlung von Knochenläsionen darstellt, die allein oder unterstützend zur Strahlentherapie eingesetzt werden kann4.
Der Mechanismus der PDT beruht im Wesentlichen auf einem Energietransfer von einer lichtangeregten lichtempfindlichen Verbindung (Photosensibilisator) auf Gewebesauerstoff. Dieser Photosensibilisator funktioniert auf nanoskopischer Ebene ähnlich wie ein Kondensator. Er kann Energie im Grundzustand speichern, wenn er mit einer geeigneten Lichtwellenlänge bestrahlt wird, und gibt gespeicherte Energie wieder ab, wenn er aus einem angeregten Zustand in den ursprünglichen Grundzustand zurückkehrt5. Die freigesetzte Energie führt zu zwei photochemischen Reaktionen: Die eine ist die Umwandlung von Sauerstoff in reaktive Sauerstoffradikale durch Übertragung von Wasserstoff oder einem Elektron. Die zweite ist die Erzeugung von Singulett-Sauerstoffpartikeln durch horizontale Energieübertragung vom Photosensibilisatorensubstrat auf lokale Triplett-Sauerstoffpartikel6. Reaktive Sauerstoffradikale und Singulett-Sauerstoffmoleküle haben eine stark zytotoxische Wirkung auf lokale Tumorzellen und induzieren einen Gefäßverschluss und eine lokale Entzündungsreaktion durch Apoptose von Endothelzellen der Tumorblutgefäße7.
Herkömmliche Photosensibilisatoren sind Derivate der Porphyrinfamilie wie Hämatoporphyrine und Benzoporphyrine8. Die Applikation von photosensibilisierenden Substanzen mit höherer Affinität zum Tumorgewebe kann die Selektivität von PDT9 y erhöhen. Insbesondere 5-ALA, ein biosynthetischer Vorläufer von Protoporphyrin IX, kann sich in Tumorzellen wie aktinischer Keratose, Basalzellkarzinom, Blasentumor und Magen-Darm-Krebs anreichern5. Unterschiedliche Verabreichungsansätze mit 5-ALA können auch die Effizienz der PDT in Bezug auf die Tumorlokalisation variieren. So wurde die topische Anwendung von 5-ALA mit der Anwendung von PDT zur dermatologischen Erstlinientherapie gegen aktinische Keratose10. Neuere Ergebnisse für Knochenmetastasen invasiver duktaler Brustkrebszelllinien deuten auf eine mögliche Hemmung der Zellmigration und Induktion der Apoptose nach Exposition gegenüber PDT mit 5-ALAhin 11. Die Anwendung der PDT in subfaszialem menschlichem Gewebe wie Knochengewebe befindet sich jedoch noch im präklinischen bis experimentellen klinischen Stadium, da die Wirksamkeit verbessert werden muss. Anwendungen von Nanopartikeln mit lichtbasierter Therapie zeigen bereits große Auswirkungen in der Zahnmedizin12. Daher ist es wahrscheinlich, dass die Kombination der Verwendung von Nanopartikeln mit der PDT den Anwendungsbereich in Richtung orthopädischer Onkologie erweitern wird.
Das folgende Protokoll beschreibt, wie sowohl Zellen, die aus primären Knochentumoren stammen, als auch Knochenmetastasenzelllinien präpariert und einer 5-ALA-vermittelten PDT für einen vordefinierten Zeitraum unterzogen werden. Eine detaillierte Beschreibung der Durchführung und Beurteilung des zellulären Migrationspotenzials, der Vitalität und der Seneszenz nach 5-ALA-PDT-Bestrahlung ist ebenfalls enthalten. Schritt-für-Schritt-Anleitungen bieten einen einfachen und prägnanten Ansatz, um zuverlässige und reproduzierbare Daten zu erhalten. Die Vorteile, Grenzen und Zukunftsperspektiven des PDT-Ansatzes bei neoplastischen Knochenläsionen werden ebenfalls diskutiert.