Neutrale Evolution unterstützt Krebsmedikament
Der Wirkstoff Imatinib kann chronisch myeloische Leukämie nicht nur aufhalten, sondern in vielen Fällen sogar heilen
Patienten mit chronisch myeloischer Leukämie können gezielt mit dem Wirkstoff Imatinib behandelt werden. Bislang nahm man an, dass Imatinib diese Form von Blutkrebs nicht heilen kann, die in den Stammzellen des Knochenmarks entsteht. Deshalb müssen die Patienten Imatinib dauerhaft einnehmen. Ein Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön hat nun mit Hilfe mathematischer Modelle gezeigt, dass die entarteten blutbildenden Stammzellen nach einer ausreichend langen Behandlung mit Imatinib mit hoher Wahrscheinlichkeit verschwinden. Der Erfolg von Imatinib beruht auf so genannter neutraler Evolution, denn die mutierten blutbildenden Stammzellen teilen sich genauso oft wie die gesunden. Diese theoretischen Ergebnisse können erklären, warum die Krankheit bei einigen Patienten in klinischen Studien auch nach Absetzen des Medikaments nicht wieder auftritt. Die Wahrscheinlichkeit, die Krankheit dauerhaft zu heilen, steht damit direkt im Zusammenhang mit der Dauer der Therapie.
Knochenmark eines Patienten mit chronisch myeloische Leukämie. Es enthält abnormale Zelltypen und bestimmte Zellen treten häufiger auf als bei gesunden Menschen.
David Dingli (Mayo Clinic Rochester, USA)
Jeder Mensch besitzt im Knochenmark blutbildende Stammzellen, deren Gesamtzahl relativ konstant bleibt. Wann immer sich eine Stammzelle teilt, differenziert sich eine andere und bildet Vorläuferzellen, aus denen wiederum weiter differenzierte Blutzellen hervor gehen. Auch diese Zellen können sich weiter teilen bis hin zu ausdifferenzierten Zellen, wie z.B. den roten Blutzellen. Bei Patienten mit chronisch myeloischer Leukämie lagern sich in den blutbildenden Stammzellen zwei Chromosomen zusammen. Dadurch entsteht das krankheitstypische "Philadelphia-Chromosom", bei dem die Gene BCR und ABL fusioniert sind. Während das neugebildete BCR-ABL-Protein auf die Stammzellen vermutlich keinen Effekt hat, teilen sich die entarteten Vorläuferzellen und weißen Blutkörperchen in anderer Weise und ihre Anzahl im Blutkreislauf steigt krankhaft an. Dieser Gendefekt ist für 20% der Leukämie-Erkrankung bei Erwachsenen verantwortlich.
Die Erkrankung kann seit einigen Jahren gezielt mit dem Wirkstoff Imatinib oder Varianten davon behandelt werden, die das Wachstum von Vorläuferzellen und fertigen weißen Blutkörperchen mit dem Philadelphia-Chromosom verhindern, normale Zellen jedoch unbehelligt lassen. Auf die blutbildenden Stammzellen scheint der Wirkstoff ebenfalls keine Auswirkung zu haben. Bislang nahm man deshalb an, dass Imatinib die chronische myeloische Leukämie nicht heilen, sondern nur aufhalten kann. Diese Sicht muss nun eventuell korrigiert werden. Zusammen mit Kollegen aus den USA, Belgien und Portugal hat Arne Traulsen vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie die Blutbildung in einem mathematischen Modell nachgestellt. Dabei berücksichtigte er, dass sich die entarteten Stammzellen nicht häufiger teilen. Sie haben durch die Mutation also keinen Fitness-Vorteil, die Wissenschaftler sprechen deshalb auch von neutraler Evolution. Da mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auch mutierte Stammzellen sterben, sollte ihre Zahl mit der Zeit abnehmen. Es zeigte sich im Modell, dass die mutierten Stammzellen bei den meisten Patienten vermutlich schon nach wenigen Jahren verschwunden sind.
Medikamente, die wie Imatinib sehr spezialisiert mutierte Zellen angreifen, können sich also die neutrale Evolution zunutze machen und Erkrankungen heilen, wenn die krankheitsauslösenden Zellen keinen Fitnessvorteil haben. Dabei ist immer vorausgesetzt, dass keine Resistenz gegen die Medikamente auftritt. "Unser Modell legt nahe, dass Imatinib oder neuere, ähnlich wirkende Medikamente die chronisch myeloische Leukämie bei den meisten Patienten durchaus heilen können, wenn mit der Therapie rechtzeitig begonnen wird und mehrere Jahre ohne Unterbrechung fortgesetzt wird", so Arne Traulsen. Damit scheint es eine Alternative zu riskanten Knochenmarktransplantationen zu geben, um diese Krankheit zu heilen.
Originalveröffentlichung: Tom Lenaerts, Jorge M. Pacheco, Arne Traulsen and David Dingli; "Tyrosine kinase inhibitor therapy can cure chronic myeloid leukaemia without hitting leukemic stem cells"; Haematologica
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