Medizintechnik 01.10.2021, 07:00 Uhr

Forschende entwickeln Weg, Krebs-Metastasen zu stoppen

Erkranken Menschen an Krebs, lassen sich im Blut zirkulierende Tumorzellen nachweisen, die oft Metastasen bilden. Eine neue Technologie hilft, dies zu erforschen – und Arzneistoffe gegen Krebszellen im Blut zu entwickeln.

Erforschung von Krebs im Labor

Wie lassen sich zirkulierende Krebszellen bestimmen? Forschende haben eine neue Idee.

Foto: panther media.net/DragonImages

In Deutschland sterben pro Jahr rund 231.000 Menschen an den Folgen einer Krebserkrankung: 125.000 Männer und 106.000 Frauen. Das geht aus Analysen des Statistische Bundesamt (Destatis) hervor. Maligne Erkrankungen sind für ein Viertel aller Todesfälle verantwortlich. Und jeder fünfte Verstorbenen war jünger als 65 Jahre. Die prozentualen Anteile haben sich trotz zahlreicher Innovationen in den letzten 20 Jahren kaum verändert. Wie kann das sein?

Eine Erklärung: Krebserkrankungen verursachen gerade zu Beginn kaum Beschwerden. Screeningprogramme haben sich vor allem bei Brustkrebs, beim Zervixkarzinom, bei Hautkrebs und bei Darmkrebs etabliert. Wird ein Tumor nicht entdeckt, lösen sich von ihm zirkulierende Tumorzellen ab. Sie breiten sich über das Blut- oder Lymphsystem im Körper aus und können Metastasen bilden.

MIT-Ingenieure haben jetzt eine Methode entwickelt, um schwer fassbare zirkulierende Tumorzellen in Mäusen zu zählen und so die Dynamik der Metastasierung zu untersuchen. Ziel ist, die Wachstumsgeschwindigkeit und Halbwertszeit dieser Zellen zu erfassen. Die Forschenden wollen herausfinden, wie sich verschiedene Krebsarten im Körper ausbreiten. Ihre Arbeit könnte helfen, um den Erfolg experimenteller Therapien zu bewerten.

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Krebs: Ingenieure auf der Suche nach seltenen Zellen

Zirkulierende Tumorzellen sind bei Patientinnen und Patienten mit Krebs extrem selten. Ein Milliliter Blut kann zwischen einer und zehn solcher Zellen enthalten. Bei Mäusen sind diese Organellen noch schwieriger zu finden, da Nager insgesamt kaum mehr als einen Milliliter Blut haben. Die Möglichkeit, zirkulierende Tumorzellen in Versuchstieren aufzuspüren, könnte Forschenden jedoch helfen, herauszufinden, wie schnell diese Zellen von Tumoren abgesondert werden, wie lange sie im Blutkreislauf überleben und wie effizient sie Metastasen bilden. Es gibt Mausmodelle für unterschiedliche Krebsarten. Diese kommen bei experimentellen Studien zum Einsatz.

Die MIT-Ingenieurinnen und -Ingenieure haben ein System entwickelt, mit dem sie einer Maus mit einem Tumor Blut entnehmen und es in eine gesunde Maus fließen lassen. Durch ein separates Röhrchen strömt das Blut der gesunden Maus zurück in die Maus mit dem Tumor. Das System umfasst zwei Zellzähler, einen für jedes Tier. Sie erkennen und entfernen zirkulierende Tumorzellen aufgrund bestimmter Eigenschaften auf deren Oberfläche.

Mit ihrem System analysieren Forschende das gesamte Blut eines Versuchstiers in weniger als 60 Minuten, ohne dass es zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen kommt. Nachdem sie die Konzentration zirkulierender im Blut der Maus mit Krebs bestimmt haben, können sie die Rate berechnen, mit der solche Zellen in der tumortragenden Maus neu gebildet werden. Auch die Halbwertszeit lässt sich bestimmen: ein Maß dafür, wie lange Krebszellen im Blutkreislauf überleben, bevor sie abgebaut werden.

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Erste Ergebnisse bei unterschiedlichen Krebserkrankungen

Zusammen mit Kooperationspartnern untersuchten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Mäuse, die verschiedene Tumorarten hatten: Bauchspeicheldrüsenkrebs, kleinzellige und nicht-kleinzellige Lungenkarzinome. Sie stellten fest, dass die Halbwertszeit zirkulierender Tumorzellen bei allen drei Tumorarten recht ähnlich war, mit Werten zwischen 40 und 250 Sekunden. Die Generationsraten zeigten jedoch eine viel größere Variabilität. Kleinzellige Lungentumore, die bekanntermaßen aggressiv metastasieren, können mehr als 100.000 Krebszellen pro Stunde an das Blut abgeben, während es bei nicht-kleinzelligen Lungentumoren und Pankreastumoren im gleichen Zeitraum nur 60 sind.

Frühere Studien, die sich auf die Injektion von Tumorzellen aus im Labor gezüchteten Zelllinien stützten, ergaben fälschlicherweise Halbwertszeit von wenigen Sekunden im Blutkreislauf. Die neuen Ergebnisse deuten darauf hin, dass Krebszellen viel länger zirkulieren als vermutet.

Ein Beitrag zur Erforschung von Krebs 

Mit ihrem Ansatz wollen die Forschenden nun untersuchen, wie verschiedene medikamentöse Behandlungen die Konzentration zirkulierender Krebszellen beeinflussen. Sie sehen nach der Gabe eines Arzneimittels quasi in Echtzeit, wie sich Zellzahlen verändern – und idealerweise ganz auf null gehen.

Im nächsten Schritt ist geplant, auch andere Krebsarten zu untersuchen, darunter Blutkrebsarten wie Leukämien und Lymphome. Die Technik könnte ebenfalls zur Bestimmung der Dynamik anderer Arten von Zellen eingesetzt werden, darunter Zellen des Immunsystems.

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Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

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