Mechanismen der Metastasenbildung

Hochkonzentriert blickt Dr. Bernhard Polzer durch das Mikroskop. Auf dem Objektträger liegen Zellen aus dem Knochenmark einer Brustkrebspatientin. Zwischen den farblosen Knochenmarkszellen sucht er gezielt nach gestreuten Tumorzellen, die er zuvor mit einem blauen Farbstoff markiert hat. Hat er eine blaue Zelle entdeckt, saugt er sie mit einer Glaskapillare auf und legt sie auf einen leeren Objektträger.

Es sind einzelne Zellen wie diese, die Krebspatienten umbringen können. Gestreute Tumorzellen, die im Knochenmark oder anderen Organen jahrelang schlummern und eines Tages Metastasen bilden, die schließlich zum Tod führen. Neun von zehn aller Krebstoten sterben nicht am Primärtumor, sondern an den Tochtergeschwülsten.

»Wir entwickeln spezielle Methoden, um einzelne gestreute Tumorzellen genetisch zu analysieren und sie gezielt zu bekämpfen«, erklärt Bernhard Polzer, stellvertretender Bereichsleiter im Forschungsbereich Personalisierte Tumortherapie des Fraunhofer-Instituts für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM in Regensburg. Anhand der genetischen Daten will das 40-köpfige Forschungsteam Licht in den noch unverstandenen Prozess der Metastasen-Bildung bringen. Und Ansätze für neue Therapieformen finden.

Geleitet wird der Forschungsbereich von Professor Christoph Klein, der 2014 für seine Arbeiten mit dem Deutschen Krebspreis ausgezeichnet wurde. »Bei der Krebsentstehung greifen die Zellen auf Programme zurück, die in der Embryonalentwicklung wichtig sind«, erklärt Klein. »Wenn sich eine entartete Brustdrüsenzelle ablöst und über das Blut in das Knochenmark gelangt, versucht sie dort eine neue Brustdrüse zu bilden.« Es entsteht dabei aber keine Brustdrüse, sondern nur eine Wucherung, die das umliegende Organ zerstört.

Hat Bernhard Polzer unter dem Mikroskop einzelne gestreute Tumorzellen isoliert, geht er mit der Probe in den Raum nebenan. Hier stehen DNA-Sequenzierer der neuesten Generation. Doch selbst für diese modernen Maschinen ist die DNA-Menge einer Einzelzelle zu wenig, um ein verlässliches Ergebnis zu liefern. Vor der Analyse muss Polzer daher die DNA der Zelle vervielfältigen. Dazu benutzt er eine Methode, die Christoph Klein bereits 1999 entwickelte – eine wichtige Pionierarbeit, die die Analyse von Einzelzellen erst möglich machte und heute weltweit als Standardverfahren etabliert ist.

Bei der genetischen Analyse lässt sich zum Beispiel erkennen, ob die gestreuten Tumorzellen die gleichen Eigenschaften haben wie der Primärtumor und daher auf die gleiche Behandlung ansprechen könnten. Oft ist das aber nicht der Fall. Die gestreuten Zellen verändern sich, wenn sie längere Zeit in einem fremden Gewebe leben. »Wenn Brustkrebszellen im Knochenmark liegen, können sie die Eigenschaften der sie umgebenden blutbildenden Zellen annehmen«, berichtet Christoph Klein. »Offenkundig passen die Zellen sich an ihre Umgebung an.« In ihrem neuen Umfeld können die gestreuten Zellen aber auch neue Krebsgene aktivieren. Dann werden sie immer aggressiver und gefährlicher.

Wenn die genetische Analyse ergibt, dass sich die gestreuten Tumorzellen verändert haben, müssen sie mit anderen Mitteln bekämpft werden als der Primärtumor. Wie sich für jede Patientin und jeden Patienten das geeignete Medikament finden lässt, wird von Polzer und Klein gerade erforscht. Ausgangspunkt ist eine Technologie, die bereits bei großen Zellzahlen funktioniert und jetzt für Einzelzellen adaptiert wird. Analysiert werden dabei 450 krebstypische Mutationen, für die es bereits Medikamente auf dem Markt oder in klinischen Studien gibt.

Bernhard Polzer hat das Ziel klar vor Augen: »Wir wollen aus Lymphknoten oder Knochenmark die gestreuten Tumorzellen isolieren und sie auf die 450 Mutationen untersuchen. Dann könnten wir mit dem geeigneten Medikament die Bildung von Metastasen verhindern.« Damit dieses Ziel erreicht wird, arbeiten die Regensburger Forscher mit verschiedenen Firmen zusammen, die diese innovative Diagnostik in den klinischen Alltag transferieren wollen.

Um zu ermitteln, welches Medikament gegen die Metastasen eines Patienten wirkt,  nutzt das Regensburger Team auch klassische Methoden. Dazu  werden die Tumorzellen auf einem Nährboden vermehrt. Darauf wachsen sie zu kugeligen Gebilden, sogenannten Organoiden, heran. An diesen Zellen lassen sich dann direkt im Labor die verschiedenen in Frage kommenden Wirkstoffe testen. In Zusammenarbeit mit dem Regensburger Klinikum soll auf diese Weise in Zukunft vielen Patienten geholfen werden.