Zerstörung in 3D-Minitumoren beobachtet

TiHo-Forschende lösen in 3D-Minitumoren den Zelltod aus und finden heraus, dass das Erzwingen des Zelltods von Krebszellen auch das Immunsystem alarmieren und dessen Angriff auf den Tumor verstärken kann.

Ein Forschungsteam untersuchte eine Form des programmierten Zelltods, die sogenannte Nekroptose, bei fortgeschrittenem Brustkrebs. Geleitet wurde das Team von Prof. Sjoerd van Wijk, Professor für Zellbiologie am Institut für Physiologie und Zellbiologie der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo), und Dr. Francesco Pampaloni von der Goethe-Universität Frankfurt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in einer Studie im Fachmagazin „Signal Transduction and Targeted Therapy“.

Selbstzerstörungsmechanismus trägt zum Schutz des Körpers bei

Im Gegensatz zum zufälligen Zelltod können manche Zellen aktiv beschließen, durch einen kontrollierten Prozess zu sterben. Dieser Vorgang wird als programmierter Zelltod bezeichnet. Es gibt verschiedene Formen davon, wie beispielsweise Apoptose und Nekroptose. Zellen greifen auf den programmierten Zelltod zurück, wenn sie beschädigt oder gestresst sind, sich zu Krebszellen entwickeln oder von schädlichen Mikroben befallen werden.

Dieser Selbstzerstörungsmechanismus trägt zum Schutz des Körpers bei. Er spielt aber auch bei vielen Krankheiten eine Rolle, wie beispielsweise bei Infektionen, Entzündungen und Krebs. Ein großes Problem bei Krebs ist, dass manche Tumore und Krebszellen lernen, die Apoptose zu umgehen. Dadurch können sie überleben, obwohl sie eigentlich absterben müssten. Diese Resistenz kann Krebsbehandlungen weniger wirksam machen, insbesondere bei fortgeschrittenen oder sich ausbreitenden (metastasierenden) Krebserkrankungen.

Immunsystem alarmieren durch Nekroptose

Die Forschenden verwendeten für ihre Arbeit sogenannte Organoide. Das sind winzige 3D-Minitumoren, die im Labor aus den Krebszellen echter Patientinnen gezüchtet wurden. Diese Minitumoren ähneln dem ursprünglichen Krebs sehr stark. Darum eignen sie sich gut, um Therapien zu entwickeln und zellbiologische Experimente durchzuführen.

Die Forschenden fanden heraus, dass, wenn sie in Brustkrebszellen, die gegen den normalen Zelltod (Apoptose) resistent waren, eine andere Form von Zelltod, die Nekroptose, auslösten, zwei wichtige Vorgänge stattfanden. Die Krebszellen starben ab und die sterbenden Zellen sendeten zusätzlich Notsignale aus, die das körpereigene Immunsystem aktivieren konnten. Diese Signale sind an der Stimulierung von Immunreaktionen beteiligt, darunter Signalwege, die mit natürlichen Killerzellen (NK-Zellen) in Verbindung stehen. NK-Zellen sind Immunzellen, die dabei helfen, Krebszellen aufzuspüren und zu zerstören.

Vereinfacht ausgedrückt legt die Studie nahe, dass das Erzwingen des Zelltods schwer zu bekämpfender Krebszellen durch Nekroptose nicht nur die Krebszellen direkt beseitigen, sondern auch das Immunsystem alarmieren und dessen Angriff auf den Tumor verstärken könnte.

Apoptose versus Nekroptose

Apoptose und Nekroptose sind beides Formen des programmierten Zelltods. Sie unterscheiden sich jedoch deutlich in ihrem Ablauf und ihren Folgen für das umliegende Gewebe. Die Apoptose ist ein kontrollierter und meist nicht entzündlicher Prozess, bei dem die Zelle schrumpft, ihr Erbgut geordnet abbaut und schließlich in kleine membranumhüllte Bestandteile zerfällt, die von Fresszellen beseitigt werden. Da die Zellmembran dabei weitgehend intakt bleibt, tritt kein Zellinhalt aus und es kommt normalerweise nicht zu einer Entzündungsreaktion.

Die Nekroptose ist ebenfalls ein regulierter Zelltod, verläuft jedoch anders. Dabei schwillt die Zelle an, verliert ihre Membranintegrität und platzt schließlich auf. Dadurch werden Zellbestandteile in das umliegende Gewebe freigesetzt. Dies wiederum löst eine Entzündungsreaktion aus und aktiviert das Immunsystem. Die Nekroptose tritt häufig als Alternative auf, wenn die Apoptose blockiert ist, beispielsweise bei bestimmten Virusinfektionen.

Organoide liefern häufig realistischere Ergebnisse – sie können den Bedarf an Tierversuchen reduzieren

Diese Forschungsergebnisse zeigen zudem, dass hochentwickelte 3D-Minitumoren (Organoide) Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern helfen können, besser zu verstehen, wie Krankheiten entstehen und wie Behandlungen beim Menschen wirken könnten. Da diese Modelle natürlichen, komplexen Geweben sehr ähnlich sind, liefern sie oft realistischere Ergebnisse als herkömmliche Labormethoden und können den Bedarf an Tierversuchen verringern.

Sjoerd van Wijk und sein Team wollen diese Organoidmodelle nun weiterentwickeln und nutzen, um Zellstress und -schäden, Krebs sowie Infektionskrankheiten zu untersuchen. Ihr Ziel ist es, komplexe, auf Organoiden basierende Labormodelle zu schaffen, die physiologisches menschliches und tierisches Gewebe so genau wie möglich nachbilden und Forschenden helfen, Krankheiten zu erforschen und potenzielle Behandlungen effektiver zu testen.