Bauchspeicheldrüsenkrebs: Im Labor gezüchtete Tumormodelle könnten die Behandlung verbessern

Ein Team internationaler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hat im Labor ein dreidimensionales Tumormodell für Bauchspeicheldrüsenkrebs erstellt, das eine biotechnologisch hergestellte Matrix und von Betroffenen stammende Zellen kombiniert. Daran können gezielte Therapien entwickelt und getestet werden.

In einer neuen Studie, deren Ergebnisse kürzlich in „Nature Communications“ veröffentlicht wurden, haben Forschende der University of Nottingham, der Queen Mary University of London (beide Großbritannien), der Monash University (Australien) und der Shanghai Jiao Tong University (China) eine multizelluläre 3-D-Mikroumgebung geschaffen, die von Patientinnen und Patienten stammende Zellen verwendet, um das Wachstum von Tumorzellen bei Bauchspeicheldrüsenkrebs und deren Ansprechen auf Chemotherapeutika nachzubilden.

Dr. David Osuna de la Peña, einer der leitenden Wissenschaftler des Projektes, erklärt: „Es gibt zwei Haupthindernisse bei der Behandlung von Bauchspeicheldrüsenkrebs – eine sehr dichte Proteinmatrix und das Vorhandensein hochresistenter Krebsstammzellen (CSCs), die an der Entstehung eines Rezidivs beteiligt sind, und Metastasen. In unserer Studie haben wir eine Matrix entwickelt, in der CSCs mit anderen Zelltypen interagieren und sich gemeinsam mit diesen mehr auf eine Art und Weise verhalten können, wie sie es im Körper tun. Das eröffnet die Möglichkeit, verschiedene Therapien realistischer zu testen.“

Die Forschenden betonen, dass ein Bedarf an besseren 3-D-Krebsmodellen bestehe, um das Tumorwachstum und die Tumorprogression bei Patientinnen und Patienten zu untersuchen und das Ansprechen auf neue Therapien zu testen. Derzeit versagen den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zufolge 90 Prozent der präklinisch getesteten und dabei erfolgreichen Krebstherapien in den frühen Phasen klinischer Studien. Weniger als fünf Prozent der Krebsmedikamente seien in klinischen Studien erfolgreich.

Präklinische Tests beruhen meist auf einer Kombination aus zweidimensionalen, im Labor gezüchteten Zellkulturen und Tiermodellen, anhand derer versucht wird, das Ansprechen auf die jeweilige Therapie vorherzusagen. Herkömmliche 2-D-Zellkulturen könnten jedoch die Schlüsselmerkmale von Tumorgeweben nicht nachahmen, und Unterschiede zwischen den Arten könnten dazu führen, dass viele Therapien, die sich in Tiermodellen als wirksam erweisen, es beim Menschen nicht sind.

Folglich braucht es neuartige experimentelle 3-D-Krebsmodelle, um die menschliche Tumormikroumgebung besser nachzubilden und patientenspezifische Unterschiede zu berücksichtigen.

Selbstorganisation ist der Prozess, bei dem biologische Systeme mehrere Moleküle und Zellen kontrollierbar zu funktionellen Geweben zusammenfügen. Unter Nutzung dieses Prozesses schuf das Team ein neues Hydrogel-Biomaterial, das aus mehreren spezifischen Proteinen besteht, die bei Bauchspeicheldrüsenkrebs vorkommen. Dieser Bildungsmechanismus ermöglicht den Einbau wichtiger Zelltypen, um biologische Umgebungen zu schaffen, die Merkmale des Tumors eines Patienten nachahmen können.

Prof. Alvaro Mata von der University of Nottingham erklärt: „Bei der Entwicklung von Therapien für die Erkrankung werden immer häufiger Modelle von menschlichem Krebs verwendet, aber ein Haupthindernis, sie in die klinische Anwendung zu bringen, ist die Durchlaufzeit. Wir haben ein umfassendes und einstellbares Ex-vivo-Modell des duktalen Adenokarzinoms der Bauchspeicheldrüse (PDAC) entwickelt, indem wir Schlüsselkomponenten der Matrix mit vom Patienten stammenden Zellen zusammengesetzt und organisiert haben. Die Modelle weisen patientenspezifische Transkriptionsprofile, CSC-Funktionalität und starke Tumorigenität auf; insgesamt ein relevanteres Szenario als Organoide und Sphärenkulturen. Am wichtigsten ist, dass die Arzneimittelreaktionen in unseren selbstorganisierten Kulturen besser reproduziert wurden als in den anderen Modellen.“

„Wir glauben, dass dieses Modell der Vision näherkommt, Tumorzellen des Patienten ins Krankenhaus zu entnehmen, sie in unser Modell zu integrieren, den optimalen Behandlungscocktail für eine bestimmte Krebserkrankung zu finden und damit innerhalb kurzer Zeit wieder an den Patienten herantreten zu können“, erläutert Mata. „Obwohl diese Vision einer Präzisionsmedizin zur Behandlung dieser Krankheit noch in weiter Ferne liegt, ist diese Forschung ein Schritt hin zu deren Verwirklichung.“