Mini-Gehirne aus dem Labor für bessere Hirntumorbehandlung
Forschende haben neuartige Organoide aus Gehirntumor- und Stammzellen entwickelt, welche die komplexen und individuellen Interaktionen des Krebses mit seiner Umgebung genauer nachbilden. Damit können sie das Therapieansprechen sicherer vorhersagen als herkömmliche Modelle.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) und der ShanghaiTech University haben eine Art Mini-Gehirne im Labor geschaffen, die Tumor-Wechselwirkungen realitätsnah simulieren. Diese innovativen Modelle, genannt IPTOs („Individualized Patient Tumor Organoids“), züchtete das Team aus 48 Tumoren des zentralen Nervensystems, darunter Glioblastome – hochaggressive Hirntumore.
Studienleiter Dr. Haikun Liu, Stammzellexperte am DKFZ, ist begeistert: „Mit den IPTOs können wir erstmals nicht nur die Struktur und Heterogenität der Tumoren erhalten, sondern auch ihre Reaktion auf verschiedene Therapien vorhersagen.“
Besonders eindrucksvoll belegte das eine Evaluation an einer großen Patientenzahl aus Shanghai für die Glioblastom-IPTOs: Diese simulierten das Therapieansprechen auf das wichtige Medikament Temozolomid sehr präzise. Das ist eine bedeutende Verbesserung für die Patientinnen und Patienten. Denn das Glioblastom wächst schnell, daher ist eine sofortige und optimale Behandlung entscheidend — auch wenn eine Heilung nicht möglich ist. Bisherige Organoide werden der Komplexität der Hirntumore nicht gerecht und verlieren zudem schnell die Eigenschaften des ursprünglichen Organs. Das wirkt sich auf ihre Fähigkeit aus, die Reaktion auf Behandlungen präzise vorherzusagen.
Präzise Modelle: Organoide aus Stammzellen und Patientenmaterial
Für die IPTOs nutzten die Forschenden sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen. Pluripotent bedeutet, dass diese noch die Fähigkeit besitzen, sich zu verschiedenen Zelltypen zu entwickeln. Diese Eigenschaft ist normalerweise Embryonalzellen vorbehalten. Doch hier wird die Vielseitigkeit künstlich hervorgerufen – also induziert – indem bereits ausgereifte Körperzellen in diesen Zustand zurückversetzt wurden. So umgeht das Forschungsteam ethische Bedenken, die bei der Verwendung von embryonalen Stammzellen entstehen.
Das Team gab die Stammzellen in ein Kulturmedium mit Signalstoffen, die die Ausbildung von gehirnähnlichen Strukturen fördern. Auf diese zerebralen Organoide wurden die frisch entnommenen Tumorzellen gegeben, die sich darauf ansiedelten. Die so entstandenen IPTOS bilden die komplexe Tumorumgebung und die molekularen Eigenschaften des Tumors genau nach. Dabei bilden die Krebszellen im Organoid auch Netzwerke mit normalen Nervenzellen, wie es die Tumoren im Gehirn des Erkrankten ebenfalls tun. Dr. Haikun Liu: „Wir gehen davon aus, dass die Kommunikation zwischen Neuronen und Krebszellen im IPTO-Modell das Tumorwachstum begünstigt, was die jüngsten Entwicklungen in der Krebs-Neurowissenschaft widerspiegelt.“
Dass sich das Krebs-Nervenzell-Netzwerk in den IPTOs ausbildet, ist einer der Gründe, warum das Modell das Ökosystem des Tumors realitätsnah abbilden und aufrechterhalten kann. Mehr zur Krebs-Neurowissenschaft
Breites Anwendungsspektrum des IPTO-Modells
Die neuen Organoide lassen sich schnell und effizient herstellen. Neben Glioblastomen wurden auch Organoide aus anderen Tumoren des zentralen Nervensystems entwickelt – einschließlich Hirnmetastasen von z. B. Brust- oder Darmkrebs. Die Anwendbarkeit des IPTO-Modells ist also sehr vielfältig für die Forschung und personalisierte Therapie.
Bevor die Methode in der Patientenversorgung eingesetzt wird, muss sie weiter geprüft und zugelassen werden. Ein kürzlich gegründetes DKFZ-Spin-off übernimmt die Evaluation und sammelt molekulare Daten aus den Medikamententestungen für das Training fortgeschrittener KI-Modelle. Das wird noch einige Jahre dauern, derzeit befindet sich das Unternehmen in der Aufbauphase.
