Wissenschaftler kehren das Fortschreiten von Bauchspeicheldrüsenkrebs in einer aus menschlichen Zellen hergestellten "Zeitmaschine" um
"Diese Erkenntnisse eröffnen die Möglichkeit, eine neue Gentherapie oder ein neues Medikament zu entwickeln, da wir jetzt Krebszellen in ihren normalen Zustand zurückversetzen können"
Was Bauchspeicheldrüsenkrebs so tödlich macht, ist seine heimliche und schnelle Ausbreitung. Nun hat eine von Ingenieuren der Purdue University gebaute "Zeitmaschine" einen Weg aufgezeigt, den Verlauf des Krebses umzukehren, bevor er sich in der Bauchspeicheldrüse ausbreitet.
Die Purdue-Forscher nutzten diese Versuchsanordnung, um Bauchspeicheldrüsenkrebszellen in ihren normalen Zustand zurückzuprogrammieren.
Purdue University photo/John Underwood
Innerhalb der Glasplattform dieses Objektträgers haben die Forscher zwei anatomische Strukturen nachgebildet, die an der Ausbreitung von Bauchspeicheldrüsenkrebs beteiligt sind.
Purdue University photo/John Underwood
"Diese Erkenntnisse eröffnen die Möglichkeit, eine neue Gentherapie oder ein neues Medikament zu entwickeln, weil wir jetzt Krebszellen in ihren normalen Zustand zurückverwandeln können", sagte Bumsoo Han, Professor für Maschinenbau an der Purdue University und Leiter des Purdue Center for Cancer Research. Han hat eine Gastprofessur für biomedizinische Technik inne.
Die Zeitmaschine, die Hans Labor gebaut hat, ist eine naturgetreue Nachbildung einer Struktur der Bauchspeicheldrüse, des so genannten Acinus, der Verdauungsenzyme produziert und in den Dünndarm abgibt. Bauchspeicheldrüsenkrebs entwickelt sich in der Regel aus einer chronischen Entzündung, die entsteht, wenn eine Mutation diese Verdauungsenzyme dazu veranlasst hat, die Bauchspeicheldrüse selbst zu verdauen.
Wenn es einen Weg gäbe, die Zeit zurückzudrehen und die krebsartigen Azinuszellen, die diese Enzyme produzieren, umzuprogrammieren, könnte man die Bauchspeicheldrüse vielleicht komplett neu einstellen.
In den letzten zehn Jahren hat Stephen Konieczny, emeritierter Professor an der Abteilung für Biowissenschaften von Purdue, einen potenziellen Reset-Knopf untersucht: ein Gen namens PTF1a.
"Das PTF1a-Gen ist absolut entscheidend für die normale Entwicklung der Bauchspeicheldrüse. Wenn das PTF1a-Gen fehlt, entwickelt sich keine Bauchspeicheldrüse", so Konieczny. "Unser Gedanke war also: Was passiert, wenn wir das PTF1a-Gen in einer Bauchspeicheldrüsenkrebszelle wieder einschalten? Werden wir den Krebs-Phänotyp umkehren? Und genau das passiert."
Konieczny arbeitete mit dem Labor von Han zusammen, um diese Erkenntnisse in molekularbiologischen Studien auf die nächste Stufe zu heben, indem er sie in einem realistischen Modell des Akinus - der Zeitmaschine - testete. Die veröffentlichte Studie ist auf der Titelseite der Ausgabe vom 7. Oktober von Lab on a Chip, einer Zeitschrift der Royal Society of Chemistry, zu sehen.
Forscher untersuchen normalerweise mögliche Behandlungsansätze für Bauchspeicheldrüsenkrebs in Tiermodellen, aber es kann Monate dauern, bis sich Bauchspeicheldrüsenkrebs in einem Tier entwickelt. Eine Möglichkeit, die Krebsentwicklung und Behandlungskonzepte in einer ebenso realistischen Mikroumgebung zu untersuchen, würde Zeit sparen und den Forschern mehr Kontrolle über das Modell geben.
Das von den Purdue-Forschern entwickelte Modell überwindet eine große Herausforderung, indem es die anatomische Komplexität des Acinus, eines kreisförmigen, mit Zellen ausgekleideten Hohlraums, genau wiedergibt.
"Aus technischer Sicht ist es nicht trivial, diese Art von dreidimensionalem Hohlraum zu schaffen. Einen Weg zu finden, diesen Hohlraum zu bauen, ist also an sich schon eine Innovation", so Han.
Das Labor von Han hatte bereits Erfahrung mit dem Bau eines realistischen Modells einer anderen Struktur der Bauchspeicheldrüse, dem Ductus, in dem der Krebs nach dem Austritt aus dem Acinus wächst. Die Forscher nutzten dieses Wissen und entwickelten eine neue Technik, mit der sowohl der Ductus als auch der Acinus in einem zweistufigen "viskosen Fingering"-Prozess aufgebaut werden.
Und so funktioniert es: Das Modell, eine briefmarkengroße Glasplattform auf einem Objektträger, hat zwei miteinander verbundene Kammern. Durch Einfüllen einer Kollagenlösung in die eine Kammer wird die fingerähnliche Form eines Pankreasganges ausgefüllt, der sich ausbeult und dann ausdehnt, um die Hohlraumstruktur des Acinus in der zweiten Kammer zu bilden.
Durch das Einbringen menschlicher Krebszellen in die Azinuskammer wurde das Modell noch realistischer. Koniecznys Labor hat das PTF1a-Gen einer Bauchspeicheldrüsenkrebs-Zelllinie so verändert, dass es sich in Gegenwart von Doxycyclin, einem häufig in Antibiotika verwendeten Wirkstoff, einschaltet. Sobald das Gen aktiviert war, begannen die Zellen, den Rest des Acinus in Hans Modell zu bauen, was darauf hindeutet, dass sie nicht mehr krebsartig waren und umprogrammiert wurden.
"In diesem Modell werden nicht nur die Krebszellen umprogrammiert, sondern wir können zum ersten Mal die normale dreidimensionale Architektur der Azinus zeigen, die den Strukturen einer gesunden Bauchspeicheldrüse sehr ähnlich ist", so Konieczny.
Das Labor von Han führt derzeit Experimente durch, um eine mögliche Gentherapie auf der Grundlage dieser Erkenntnisse zu erforschen.
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