Jedes Jahr suchen mehr als eine halbe Million Amerikaner die Notaufnahme wegen Nierensteinproblemen auf. In den meisten Fällen gehen die Steine schließlich von selbst aus dem Körper, aber der Prozess kann unerträglich schmerzhaft sein.

Forscher des MIT und des Massachusetts General Hospital haben jetzt eine mögliche Behandlung entwickelt, die das Abgehen der Nierensteine schneller und weniger schmerzhaft machen könnte. Sie haben eine Kombination aus zwei Medikamenten identifiziert, die die Wände des Harnleiters – der Röhre, die die Nieren mit der Blase verbindet – entspannen und mit einem katheterähnlichen Instrument direkt in den Harnleiter eingebracht werden können.

Durch die Entspannung des Harnleiters könnten Steine leichter durch die Röhre wandern, so die Forscher.

„Wir glauben, dass dies erhebliche Auswirkungen auf die Nierensteinerkrankung haben könnte, von der Millionen von Menschen betroffen sind“, sagt Michael Cima, David H. Koch Professor of Engineering in der Abteilung für Materialwissenschaft und Ingenieurwesen des MIT, Mitglied des Koch Institute for Integrative Cancer Research des MIT und Hauptautor der Studie.

Diese Art der Behandlung könnte es auch einfacher und weniger schmerzhaft machen, Stents in den Harnleiter einzuführen, was manchmal nach einem Nierenstein geschieht, um zu verhindern, dass die Röhre verstopft oder kollabiert.

Christopher Lee, der vor kurzem in der Harvard-MIT-Abteilung für Gesundheitswissenschaften und Technologie promoviert hat, ist der Hauptautor der Studie, die heute in Nature Biomedical Engineering erscheint.

Lokale Medikamentenverabreichung

Nierensteine bestehen aus harten Kristallen, die sich in den Nieren ansammeln, wenn zu viele feste Abfälle im Urin sind und nicht genug Flüssigkeit, um sie auszuspülen. Man schätzt, dass etwa einer von 10 Menschen irgendwann in seinem Leben einen Nierenstein hat.

Vor einigen Jahren begannen Cima und Brian Eisner, der das Nierensteinprogramm am MGH mit leitet und auch einer der Autoren der Arbeit ist, über Möglichkeiten zur Verbesserung der Behandlung von Nierensteinen nachzudenken. Während einige größere Steine operiert werden müssen, besteht der übliche Behandlungsplan darin, einfach abzuwarten, bis die Steine abgehen, was durchschnittlich 10 Tage dauert. Die Patienten erhalten Schmerzmittel sowie ein oral einzunehmendes Medikament, das die Entspannung des Harnleiters fördern soll, aber Studien haben widersprüchliche Erkenntnisse darüber erbracht, ob dieses Medikament tatsächlich hilft. (Es gibt keine von der FDA zugelassenen oralen Therapien für Nierensteine und Harnleitererweiterung.)

Cima und Eisner dachten, dass die Verabreichung eines Muskelrelaxans direkt in den Harnleiter eine bessere Alternative darstellen könnte. Die meisten Schmerzen beim Passieren eines Nierensteins entstehen durch Krämpfe und Entzündungen im Harnleiter, wenn die Steine durch die enge Röhre wandern, so dass eine Entspannung der Muskeln, die die Röhre umgeben, diese Passage erleichtern könnte.

Um diese Zeit herum traf sich Lee, damals ein neuer Student des MIT-Programms für Gesundheitswissenschaften und Technologie, mit Cima, um mögliche Dissertationsprojekte zu besprechen, und begann, sich für die Behandlung von Nierensteinen zu interessieren.

Wenn man sich ansieht, wie Nierensteine heute behandelt werden, hat sich das seit etwa 1980 nicht wirklich geändert, und es gibt eine ganze Reihe von Beweisen dafür, dass die verabreichten Medikamente nicht sehr gut wirken. Es ist wirklich aufregend, wie vielen Menschen dies helfen könnte“

Christopher Lee, Hauptautor der Studie

Die Forscher suchten zunächst nach Arzneimitteln, die bei direkter Verabreichung in den Harnleiter gut wirken könnten. Sie wählten 18 Medikamente aus, die zur Behandlung von Krankheiten wie Bluthochdruck oder Glaukom eingesetzt werden, und setzten sie menschlichen Harnleiterzellen aus, die in einer Laborschale gezüchtet wurden, wo sie messen konnten, wie stark die Medikamente die glatten Muskelzellen entspannten. Sie stellten die Hypothese auf, dass sie bei direkter Verabreichung solcher Medikamente an den Harnleiter einen viel größeren Entspannungseffekt erzielen könnten als bei der oralen Verabreichung solcher Medikamente, während gleichzeitig mögliche Schäden für den Rest des Körpers minimiert würden.

„Wir fanden mehrere Medikamente, die die von uns erwartete Wirkung hatten, und in jedem Fall stellten wir fest, dass die für eine wirksame Wirkung erforderlichen Konzentrationen höher waren, als es bei einer systemischen Verabreichung sicher wäre“, sagt Cima.

Als Nächstes analysierten die Forscher mithilfe intensiver Rechenarbeit die Entspannungsreaktionen von fast einer Milliarde Zellen nach der Medikamenteneinwirkung einzeln. Sie identifizierten zwei Medikamente, die besonders gut wirkten, und stellten fest, dass sie noch besser wirkten, wenn sie zusammen verabreicht wurden. Bei dem einen handelt es sich um Nifedipin, einen Kalziumkanalblocker, der zur Behandlung von Bluthochdruck eingesetzt wird, und bei dem anderen um einen so genannten ROCK-Inhibitor (Rho-Kinase-Inhibitor), der zur Behandlung von Glaukom eingesetzt wird.

Die Forscher testeten verschiedene Dosen dieser Medikamentenkombination in Harnleitern, die Schweinen entnommen wurden, und stellten fest, dass sie die Häufigkeit und Länge der Kontraktionen des Harnleiters drastisch reduzieren konnten. Tests an lebenden Schweinen zeigten auch, dass die Behandlung die Harnleiterkontraktionen nahezu aufhob.

Für diese Experimente verabreichten die Forscher die Medikamente mit Hilfe eines Zystoskops, das einem Katheter sehr ähnlich ist, aber einen kleinen Glasfaserkanal hat, an den eine Kamera oder Linse angeschlossen werden kann. Sie stellten fest, dass die Medikamente bei dieser Art der Verabreichung nicht im Blut der Tiere nachweisbar waren, was darauf hindeutet, dass die Medikamente in der Auskleidung des Harnleiters verblieben und nicht an anderer Stelle im Körper verteilt wurden, was das Risiko möglicher Nebenwirkungen verringern würde.

Entspannung des Harnleiters

Weitere Studien sind erforderlich, um festzustellen, wie lange die muskelentspannende Wirkung anhält und wie viel Entspannung erforderlich wäre, um die Steinpassage zu beschleunigen, so die Forscher. Sie gründen jetzt ein Startup-Unternehmen, Fluidity Medicine, um die Technologie für mögliche Tests an menschlichen Patienten weiterzuentwickeln.

Neben der Behandlung von Nierensteinen könnte dieser Ansatz auch nützlich sein, um den Harnleiter zu entspannen, damit Ärzte einen Ureter-Stent einsetzen können. Er könnte auch beim Einsetzen anderer Instrumente, wie z. B. eines Endoskops, in den Harnleiter helfen.

„Die Plattform verbindet die Medikamentenabgabe an den Harnleiter. Wir sind bestrebt, zunächst die Muskelentspannung anzugehen, und als Ableger davon haben wir Nierensteine, Harnleiter-Stents und endoskopische Chirurgie“, sagt Lee. „Wir haben eine Reihe anderer urologischer Indikationen, die unterschiedliche Entwicklungswege durchlaufen würden, aber alle erreicht werden können und für die es sinnvolle Patientengruppen gibt.“