Die Kalzium-Elektroporation - eine Behandlungsalternative für nichtoperable Tumore

Immer wieder stehen wir Tierärzte vor dem Problem, dass unsere Haustiere einen schnell wachsenden, durch andere Behandlungen nicht kontrollierbaren Tumor in der Haut oder Unterhaut, aber zum Beispiel auch im Kieferbereich haben. Der Tumor bei Hund oder Katze hat sich schnell vergrößert oder ist in kurzer Zeit wieder an derselben Stelle aufgetreten. Oft ist man in einer solchen Situation als Tierarzt ratlos und hat keine Behandlungsempfehlung. Das Tier wurde bereits bestmöglich operiert, aber die Geschwulst ist in kurzer Zeit wieder aufgetreten. Dabei ist diese nach der Erstbehandlung häufig größer und damit noch schlechter zu behandeln.

Ausgehend vor allem von den Erfahrungen dänischer Ärzte und Tierärzte mit der Kalzium-Elektroporation, erfolgt nun die Behandlung von Tieren mit derselben.

Was bedeutet Kalzium-Elektroporation?

Die Kalzium-Elektroporation ist eine neuartige Antitumorbehandlung, bei der hohe Kalziumkonzentrationen durch Elektroporation in Zellen eingebracht werden. Kurze Hochspannungsimpulse sorgen für eine vorübergehende Durchlässigkeit der Zellmembran, sodass eine Kalziumlösung in das Zellinnere eindringen kann und irreversible Schäden an den Tumorzellen erfolgen können. Der Einsatz erfolgt besonders bei Haut- und Unterhauttumoren.

Das Verfahren gehört zur Familie der elektroporationsgestützten Tumorbehandlungen: Es nutzt dieselbe Technik wie die Elektrochemotherapie, ersetzt aber das Chemotherapeutikum durch eine einfache Kalziumlösung. In der Übersichtsarbeit von Frandsen et al. wird der Wirkmechanismus beschrieben: Die massive Kalziumüberladung stört den Energiehaushalt der Tumorzelle und führt zum Zelltod (Nekrose), während gesunde Zellen den Kalziumeinstrom offenbar besser abpuffern können — ein Grund, warum das umliegende Gewebe in der Regel geschont wird.

Schritte in der Behandlung eines Tumors mit Kalzium-Elektroporation

1. Sorgfältige Kurznarkose für das Tier
2. Injektion der Kalziumlösung in das Tumorgewebe
3. Elektrischer Impuls, der die Zellmembran im Tumorgewebe temporär durchlässig für das Kalzium macht. Kalziumionen überfluten das Innere der Tumorzellen.
4. Die hohe Kalziumkonzentration führt zum Absterben der Tumorzellen. Dieser Prozess der Tumordegeneration setzt langsam ein und schreitet über 2 bis 3 Wochen fort.

Bei welchen Tumoren kann die Kalzium-Elektroporation genutzt werden?

Es liegen Erfahrungen mit der erfolgreichen Behandlung von Weichteilsarkomen, Mundhöhlentumoren und Spindelzelltumoren vor. Nach ungefähr 2 bis 3 Wochen sollte der Therapieerfolg überprüft werden und eine eventuelle Nachbehandlung besprochen werden.

Mit hoher Wahrscheinlichkeit können auch Katzen und Hunde mit Fibrosarkomen und Plattenepithelkarzinomen, Mastzelltumoren, Neurofibromen und perianalen Adenokarzinomen mit dieser Methode behandelt werden. Zudem wurde die Behandlung bei Pferden, z. B. mit Sarkoiden, von dänischen Tierärzten beschrieben: In der Fallserie von Galant et al. führte die Kalzium-Elektroporation bei spontanen Hauttumoren des Pferdes zu einer örtlichen Nekrose des Tumorgewebes. Ebenfalls sollte der Einsatz bei Melanomen überprüft werden.

Auch in der Humanmedizin wird das Verfahren klinisch geprüft: Bei Plaschke et al. wurde die Kalzium-Elektroporation in einer Phase-I-Studie an Patienten mit wiederkehrendem Kopf-Hals-Krebs eingesetzt und erwies sich als durchführbar und verträglich. Die Datenlage in der Tiermedizin ist demgegenüber noch schmal und beruht überwiegend auf Fallserien — kontrollierte Studien stehen aus.

Was ist der Vorteil der Kalzium-Elektroporation?

Im Gegensatz zur Elektrochemotherapie wird hier nur eine Kalziumlösung zur Behandlung verwendet. Deshalb gibt es keine Kontamination durch ein Chemotherapeutikum für den Behandler, Besitzer und den vierbeinigen Patienten. Es kommt normalerweise nur zu sehr kurzzeitigen Hautreizungen im behandelten Gebiet, die schnell wieder vorübergehen und keiner weiteren Behandlung bedürfen. Das Tumorgewebe schrumpft allmählich.

In der Veröffentlichung von Hoejholt et al. erscheint die Kalzium-Elektroporation in vitro ähnlich effektiv wie die Elektrochemotherapie. Darüber hinaus ist die Kalziumlösung als Wirkstoff kostengünstig und unkompliziert zu lagern — für die tierärztliche Praxis ein praktischer Vorteil gegenüber Zytostatika (Zellgiften), deren Handhabung besondere Schutzmaßnahmen verlangt.

Behandlungskombination mit immunologischer Tumorbehandlung

Nach unseren Erfahrungen eignet sich die Kalzium-Elektroporation sehr gut für einen kombinierten Einsatz mit der dendritischen Zelltherapie. Durch die Zerstörung der Tumorzellen werden spezifische Tumorepitope frei, die für die dendritischen Zellen einen hervorragenden Anknüpfungspunkt für die körpereigene Immunabwehr bieten. Interessanterweise beschreiben Falk et al. bei einem menschlichen Melanompatienten nach Elektroporationsbehandlung sogar eine systemische Immunantwort mit Rückbildung auch unbehandelter Tumorherde — ein Hinweis darauf, dass die örtliche Tumorzerstörung dem Immunsystem tatsächlich Angriffspunkte liefern kann.

Durch die mit der Kalzium-Elektroporation erreichte Tumorreduktion kann auch eine chirurgische Weiterbehandlung und Entfernung des Restgewebes ermöglicht werden.

Quellen:

Frandsen SK et al. (2020): A Comprehensive Review of Calcium Electroporation — A Novel Cancer Treatment Modality. Cancers 12(2):290.

Frandsen SK, Thoefner MS, Gehl J (2021): Calcium Electroporation. In: Impellizeri JA (Hrsg.): Electroporation in Veterinary Oncology Practice. Cham, Springer.

Romeo S et al. (2018): ESOPE-Equivalent Pulsing Protocols for Calcium Electroporation: An In Vitro Optimization Study on 2 Cancer Cell Models.

Patergnani S et al. (2020): Various Aspects of Calcium Signaling in the Regulation of Apoptosis, Autophagy, Cell Proliferation, and Cancer.

Varghese E et al. (2017): Anti-Cancer Agents in Proliferation and Cell Death: The Calcium Connection.

Galant L et al. (2019): Calcium electroporation: The bioelectrochemical treatment of spontaneous equine skin tumors results in a local necrosis. Bioelectrochemistry.

Plaschke CC et al. (2019): Calcium Electroporation for Recurrent Head and Neck Cancer: A Clinical Phase I Study. Laryngoscope Investig Otolaryngol 4(1).

Falk H et al. (2017): Electrochemotherapy and calcium electroporation inducing a systemic immune response with local and distant remission of tumors in a patient with malignant melanoma — a case report. Acta Oncol.

Hoejholt KL et al. (2019): Calcium electroporation and electrochemotherapy for cancer treatment: Importance of cell membrane composition investigated by lipidomics, calorimetry and in vitro efficacy. Sci Rep 9.