Gehirntumore aus dem Labor

Wien. Mäuse sind nicht Menschen. Dennoch stehen uns die Nager in medizinischen Studien Modell - mit bedingter Aussagekraft. Wiener Wissenschafter arbeiten an effektiveren Forschungsmethoden, ganz ohne Tierversuch. Im Labor züchten sie menschliche Zellen zu Organoiden heran. Diese "Mini-Organe" in der Petrischale verhalten sich so wie ihre Vorbilder im Körper. Somit eignen sie sich besser zur Erforschung von schweren Erkrankungen wie Krebs. Ein Team des Wiener Instituts für Molekulare Biotechnologie (Imba) hat nun ein Modell für eine besonders gefürchtete Krebsform geschaffen: ein an Glioblastom erkranktes "Mini-Gehirn".

Gehirntumore gehören zu den aggressivsten und am häufigsten tödlich verlaufenden Krebserkrankungen. Das Glioblastom zählt zu den am schnellsten wachsenden Gehirntumoren. Besonders bei jungen Menschen steigt die Zahl der Neuerkrankungen. Zu den wenig erforschten Ursachen zählen Umweltfaktoren, die von schädlichen Giften bis hin zur Handystrahlung reichen könnten.

Mutationen in Nahaufnahme

Gehirntumore entstehen durch eine Reihe von Mutationen, die aus gesunden Zellen Krebszellen machen und wuchern, gesundes Gewebe verdrängen und sich systemisch ausbreiten. In den vergangenen Jahren wurden tausende Patienten-Tumore untersucht und die Mutationen katalogisiert. Es fehlte aber die Möglichkeit, die Wirkung von Mutationen im Menschengehirn zu untersuchen.

Das Team um Jürgen Knoblich hat ein Modellsystem für Gehirntumore entwickelt. Es erlaubt der Forschung, die Krebsentstehung im Gehirn in der Petrischale nachzuspielen. Ab sofort können Wissenschafter dabei zusehen, wie dem Organoid ein Tumor wächst. Das berichten Knoblich und seine Kollegen in "Nature Methods".

"Diese kleinen Organoide reproduzieren einzigartige Aspekte des menschlichen Gehirns detailgetreu", erklärt Stammzellenforscher Knoblich, interimistischer wissenschaftlicher Leiter des Imba, in einer Aussendung zur Studie. "Sie erlauben es, verschiedene Zelltypen und deren Entwicklungsstadien zu studieren, zu beobachten, wie Tumore entstehen, und Therapien zu erproben," so Knoblich.

Mutationen sind genetische Defekte, die durch natürliche Fehler beim Kopieren von DNA oder durch die Aktivität von Krebsgenen entstehen. Sie lösen bei gesunden Zellen schwerwiegende Veränderungen aus, die die Zellen außer Kontrolle bringen, weil sie sich zu schnell teilen. Noch dazu kann jede Teilung eine neue Mutation hervorbringen. Insbesondere dieser Aspekt stellt die Wissenschaft vor Rätsel. "Einige Mutationen sind Triebkräfte in Tumoren. Diese Triebkräfte entscheiden, ob Krebs entstehen wird", sagt Erstautor Shan Bian. "Andere bilden sich als Nebenwirkungen. Diese unterschiedlichen Mutationen können wir nun in menschlichem Gewebe gezielt erfassen."

Durch Genom-Editing Systeme, wie etwa die Gen-Schere CRISPR Cas9, werden häufig vorkommende Mutationen in die Zellen eingeschleust. Einzelne Gene oder Genkombinationen können geändert oder abgeschaltet, die Aktivität von anderen kann erhöht werden, und zwar unabhängig von bekannten Gen-Defekten. So will das Team zwischen krebsauslösenden und weniger gravierenden Mutationen unterscheiden und feststellen, welche Rolle ein Gendefekt für das langfristige Überleben des Tumors spielt. Jede genetische Veränderung, die ihn schrumpfen oder gar verschwinden lässt, könnte ein Kandidat für neue Therapien sein.

Die Wissenschafter testeten das Prinzip mit dem Medikament Afatinib, das in klinischen Studien gegen Glioblastome eingesetzt wird. Nach 40 Tagen ging die Anzahl der Tumorzellen in zwei Mutationskombinationen signifikant zurück. Sie wiederholten das Experiment mit vier zusätzlichen Wirkstoffen und entdeckten ähnliche Auswirkungen. "Es ist möglich, Organoide von Patienten mit Gehirntumoren herzustellen und daran die Wirksamkeit verschiedener Therapie-Kombinationen zu testen", stellt Knoblich Patienten-spezifische, individuelle Krebstherapien in Aussicht. Künftig könnte jeder Mensch seine Organoide im Labor lagern, um im Krankheitsfall an ihnen testen zu lassen, welche Medikamente für ihn am besten wirken.