Neue Technik erlaubt es Wissenschaftlern Krebszellen zu 'hören'
Wissenschaftler haben eine neue Technik entwickelt, um zu entschlüsseln, wie Millionen von Einzelzellen in Miniaturtumoren, die im Labor gezüchtet werden und als Organoide bekannt sind, miteinander kommunizieren.
Darmorganoid mit Signalnetzwerken innerhalb der Zellen
Cancer Research UK
Zum ersten Mal ist es den Wissenschaftlern gelungen, viele verschiedene Signalmoleküle gleichzeitig in einzelnen Zellen innerhalb von Nachbildungen von Tumoren der Patienten zu analysieren. Das Verständnis der Zellkommunikation könnte zeigen, wie Tumore in der Lage sind, dem Immunsystem zu entgehen und gegen Behandlungen resistent zu werden.
Dies könnte es den Wissenschaftlern ermöglichen, wirksamere neue Medikamente zu entwickeln, indem sie aufdecken, warum Tumore so auf Behandlungen ansprechen, wie sie es tun. Es könnte Ärzten auch helfen, die beste Behandlung für jeden einzelnen Patienten auszuwählen, indem sie die Behandlungen an einer maßgeschneiderten Nachbildung des Tumors eines Patienten testen, bevor sie diese verschreiben.
Die Technik analysiert schnell jede einzelne Zelle in einem Organoid und sucht nach dem Vorhandensein spezifischer Signalmoleküle - Nachrichten, die Zellen an benachbarte Zellen senden und ihnen mitteilen, wie sie sich verhalten sollen.
Dr. Chris Tape, leitender Forscher der Studie an der UCL, sagte: "Organoide revolutionieren bereits die Krebsforschung, indem sie es uns ermöglichen, an lebensechten Modellen von Tumoren zu testen, ob experimentelle neue Medikamente wirksam sind. Aber entscheidend ist, dass diese neue Technik den Wissenschaftlern hilft zu verstehen, warum eine Behandlung funktioniert oder nicht, indem sie in beispielloser Detailliertheit aufzeigt, wie die Zellen miteinander sprechen".
Um die Krebszellen abzuhören, züchtete das Team im Labor Organoide. Dabei handelt es sich um selbstorganisierende 3D-Strukturen, die aus Krebszellen neben anderen Zelltypen, wie z.B. Immunzellen und Bindegewebe, bestehen. Sie ahmen das Verhalten von Krebs im menschlichen Körper viel genauer nach als in einer Schale gewachsene Zellen.
Dann modifizierten sie eine komplexe Technik, die so genannte Massenzytometrie, die zum Nachweis und zur Analyse von Proteinmolekülen eingesetzt wird. Die Organoide wurden in einzelne Zellen zerlegt, dann wurden Antikörper mit Schwermetallatomen kombiniert. Antikörper sind Proteine, die sich selektiv an bestimmte Krebs-Signalmoleküle binden. Die Wissenschaftler vernebelten die Zellen, um sie in einen feinen Nebel umzuwandeln, und luden die schweren Mahlzeitatome elektrisch auf, so dass ein Magnetfeld zur Trennung der verschiedenen Signalmoleküle genutzt werden konnte.
Die Forscher testeten diese Technik in Darmkrebszellen und konnten in über 1 Million Zellen gleichzeitig 28 wichtige Signalmoleküle in 6 verschiedenen Zelltypen nachweisen. Sie fanden Hinweise darauf, dass die Krebszellen selbst sowie Immunzellen und Bindegewebe die normalen Signalnetzwerke des Darmgewebes "neu verdrahtet" hatten, so dass die Tumore unkontrolliert wachsen konnten.
Die nächsten Schritte werden darin bestehen, mit dieser Technik nach Möglichkeiten zu suchen, die Kommunikation zwischen den Zellen zu blockieren, damit sie der Behandlung standhalten können. Das Team hofft auch, diese neue Technik bei verschiedenen Krebsarten zu testen.
Dr. Emily Armstrong, Forschungsinformationsmanagerin bei Cancer Research UK, sagte: "Ein besseres Verständnis dieser komplexen Kommunikation zwischen Krebszellen und anderen Zelltypen, aus denen ein Tumor besteht, könnte Geheimnisse darüber aufdecken, wie der Krebs nach der Behandlung zurückkommt und sich im Körper ausbreitet.
"Während sich diese Technik derzeit noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet, können wir in Zukunft möglicherweise Nachbildungen von Tumoren einzelner Patienten züchten, um frühe Anzeichen dafür zu erkennen, dass ein Medikament bei ihnen nicht wirkt, damit wir ihren Behandlungsplan personalisieren können. Wir hoffen, dass dies eines Tages mehr Menschen helfen könnte, den Krebs zu überleben".
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Originalveröffentlichung
Xiao Qin, Jahangir Sufi, Petra Vlckova, Pelagia Kyriakidou, Sophie E. Acton, Vivian S. W. Li, Mark Nitz, Christopher J. Tape; "Cell-Type Specific Signaling Networks in Heterocellular Organoids"; Nature Methods; 2020
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