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Wenn der Tumor im Gel wächst

Dresdner Wissenschaftler wollen mit einem neuen Ansatz Bauchspeicheldrüsenkrebs bekämpfen.

In Hydrogelen bilden sich aus Krebszellen dreidimensionale Zellhaufen, sogenannte Spheroide, hier farbig dargestellt.
In Hydrogelen bilden sich aus Krebszellen dreidimensionale Zellhaufen, sogenannte Spheroide, hier farbig dargestellt. © IPF/Daniela Lössner

Es ist diese Zahl, die Daniela Lössner antreibt. Eine statistische Größe, die mit menschlichen Schicksalen verbunden ist. Nach der Diagnose Bauchspeicheldrüsenkrebs leben fünf Jahre später nur noch neun Prozent der Patienten. Die Zellbiologin will den Betroffenen helfen. Sie möchte, dass ihnen mehr Jahre bleiben. Dafür setzt sie bei dem an, was dem Körper dieser Menschen Lebenszeit raubt: beim Wesen der Krebszellen. Wie wachsen sie? Was hemmt sie dabei? Was hilft gegen sie? Seit April arbeitet Daniela Lössner am Dresdner Leibniz-Institut für Polymerforschung (IPF) an einer neuartigen Methode, Pankreaskrebs, so der medizinische Begriff, gezielter behandeln zu können. Dabei spielen spezielle Gele eine besondere Rolle.

Eigentlich stammt die Wissenschaftlerin aus Jena. Zwischen ihrem Team in Dresden und ihr liegen aktuell jedoch 16.000 Kilometer und acht Stunden Zeitunterschied. Seit gut einem Jahr lebt sie mit ihrem Mann, einem gebürtigen Australier, in Melbourne. Sie arbeitet dort als Professorin an der Monash University. Einige Zeit vorher hatte sie sich mit ihrem Forschungsprojekt für eine Förderung durch den Europäischen Forschungsrat beworben. Erst einmal landete sie jedoch auf der Warteliste. Als die Zusage doch noch kam, war sie bereits in Australien. „Eigentlich kein Problem, denn ich kann einfach regelmäßig für eine gewisse Zeit nach Deutschland reisen“, sagt sie. Wenn eben nicht gerade Pandemie wäre.

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Also baut sie ihre neue Forschungsgruppe aus der Ferne auf, hält über Videokonferenzen Kontakt. Was sie gemeinsam vorhaben, ist etwas Neues, an dem bisher nur wenige Forscher weltweit arbeiten. Sie lassen den Pankreastumor außerhalb des Körpers wachsen. In einer dreidimensionalen Zellkultur, mit der sie untersuchen können, auf welche Therapien er anspricht.

Es geht auch ohne Maus

Etabliert in der Krebsforschung ist bisher die Arbeit mit dem Mausmodell. „Das sind genetisch veränderte Tiere, in denen man die Entwicklung von Tumoren verfolgen kann“, erläutert die Wissenschaftlerin. Das sei nicht nur ethisch und moralisch schwierig. „Es sind Mäuse mit Maustumoren, einem Mausimmunsystem. Es ist eben alles Maus.“ Für Erkenntnisse darüber, wie eine Therapie auf den Menschen wirkt, nicht die Idealvariante. Zudem ist das Verfahren teuer.

Die nun zu erforschende Alternative soll ohne Tier auskommen. Grundlage dafür sind die sogenannten Hydrogele. Für diese ist vor allem Carsten Werner vom IPF Experte, an dessen dortigem Institut Biofunktionelle Polymermaterialien/Max-Bergmann-Zentrum die neue Arbeitsgruppe nun angesiedelt ist. „Ich habe vor einigen Jahren bereits bei meinen Untersuchungen zum Eierstockkrebs mit Hydrogelen gearbeitet“, erzählt die Wissenschaftlerin. So entstand auch die Idee für das neue Forschungsprojekt. Denn es gibt durchaus Parallelen zwischen den beiden Krebsarten. „Die Tumorzellen bilden eine Art Zellhaufen oder Spheroid, eine Gruppe von Tumorzellen“, schildert die Zellbiologin. Es entsteht ein dreidimensionales Gebilde. Zudem kommen bei beiden Formen auch Metastasen in der Leber vor.

Aus dem Pankreastumor-Gewebe von Patienten separiert das Team um Daniela Lössner Krebszellen und lässt sie später zu einem neuen Tumor wachsen.
Aus dem Pankreastumor-Gewebe von Patienten separiert das Team um Daniela Lössner Krebszellen und lässt sie später zu einem neuen Tumor wachsen. © Daniela Lössner

Für ihren Ansatz werden die Forscher nun aus Pankreastumor-Gewebeproben von Patienten Krebszellen separieren. „Diese lassen wir dann in den Hydrogelen wachsen.“ Diese Nachbildungen von lebendem Gewebe kombinieren damit biologische und synthetische Materialkomponenten miteinander. Das hat Vorteile für die Forschung. Vier bis acht Wochen lang können die Wissenschaftler dieses Gewebe wachsen lassen und damit auch das menschliche Immunsystem nachstellen. Dieser Weg macht Langzeituntersuchungen möglich. „Wir können parallel verschiedene Dinge damit testen.“

Neue Chancen für die Therapie

Im Gegensatz zum Mausmodell sollen diese 3-D-Krebsmodelle die Zusammensetzung des Gewebes viel realitätsgetreuer widerspiegeln. Ganz genau zugeschnitten auf den einzelnen Patienten lassen sich damit die Umgebung des Pankreastumors und dessen strukturelle und biomechanische Eigenschaften nachstellen. Damit kann, davon ist Daniela Lössner überzeugt, viel besser untersucht, verstanden und vorhergesagt werden, wie sich Tumore in Patienten verhalten und wie bösartige und nicht bösartige Zellen auf neuartige Behandlungen reagieren.

Schon während ein Betroffener in Zukunft mit einer Chemotherapie behandelt wird, kann mithilfe der Hydrogelkulturen aus den Krebszellen des Patienten herausgefunden werden, welche Therapie am wirksamsten ist. „Wir können neue Medikamente testen oder auch Kombinationstherapien“, schildert die Wissenschaftlerin. Ihr Team konzentriert sich dabei vor allem auch auf die exakte Zusammensetzung des Tumors. Der besteht zum großen Teil aus normalen Zellen, die den Tumor steif machen und gegen die die Chemotherapie gar nicht wirkt. „Wenn wir es schaffen, dass der Tumor softer oder durchlässiger wird, kann auch die Chemotherapie besser wirken.“

Chip ahmt Organe nach

Zwei Millionen Euro stehen ihr und ihrer Arbeitsgruppe in den nächsten fünf Jahren für die Forschung zur Verfügung. In einem ersten Schritt werden die 3-D-Strukturen der zellulären Elemente von Pankreastumoren bei ihrer Arbeit im Mittelpunkt stehen. Danach geht es um die Entwicklung eines sogenannten Organ-on-a-Chip-Modells. Auf einem kleinen Chip platzieren die Forscher dafür neben der Zellkultur des Tumors auch kleine künstliche Blutgefäße und Leberzellen – ein Abbild der Vorgänge im menschlichen Körper.

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„Wenn wir erfolgreich sind mit unserer Arbeit, könnten wir im besten Fall erreichen, dass Betroffene mehr Lebenszeit bekommen“, sagt die Wissenschaftlerin. Das hätte dann auch Auswirkungen auf die Statistik und diese eine schwere Zahl.

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