Gemeinschaftsprojekt im Kampf gegen Krebs

Besonders das metastasierte Pankreas-Karzinom wird als nicht heilbar angesehen. In diesem Fall hat der Tumor bereits Zellen in das Blut abgegeben, die an anderer Stelle im Körper Metastasen bilden können. Eine schnelle Diagnostik und ein schneller Therapiebeginn sind hier äußerst wichtig. Nach der operativen Entfernung des Tumors erhalten Patienten eine adjuvante Chemotherapie, um noch im Körper befindliche Tumorzellen zu vernichten. Dennoch entwickelt das Pankreas-Karzinom häufig eine Resistenz gegenüber der Behandlung. Daneben gibt es auch zielgerichtete, personalisierte Therapieverfahren, die wichtige Signalwege des Tumors beeinflussen. Trotz der unterschiedlichen Therapiemethoden gab es innerhalb der letzten 30 Jahre keinen signifikanten Durchbruch bei der Therapie des Pankreas-Karzinoms.

Die Arbeitsgruppe der simfo GmbH zusammen mit der Arbeitsgruppe von Frau Prof. Dr. Silke Härteis (Lehrstuhl für Molekulare und Zelluläre Anatomie; Universität Regensburg), Herrn Prof. Dr. Thiha Aung (Lehrstuhl für Molekulare und Zelluläre Anatomie; Technische Hochschule Deggendorf) und Herrn Prof. Dr. Christoph Brochhausen-Delius (Institut für Pathologie; Universität Regensburg) widmen sich diesem wichtigen Thema in einem Forschungsprojekt, welches im Rahmen des Förderprogramms „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi; Projektform FuE-Kooperationsprojekte; AiF Projekt GmbH) mit 750.000 Euro gefördert wird.

In dem Projekt wird ein neuartiges Screening-Tool entwickelt: eine Drug-Screening-Plattform. Damit wird es zu jedem Behandlungszeitraum möglich sein, die Wirkung der Therapeutika auf die Tumore zu ermitteln, um anschließend die bestmögliche Therapie durchführen zu können.

Zur Gewinnung der Proben für das Projekt, werden am Universitätsklinikum Regensburg Patienten und Patientinnen bei der Aufklärung über die geplante Behandlung und über die Möglichkeit an der Studie teilzunehmen informiert. Frau Prof. Dr. Christina Hackl (Klinik und Poliklinik für Chirurgie, Universitätsklinikum Regensburg) koordiniert den Studien-bezogenen Ablauf innerhalb der chirurgischen Abteilung. Blut- und Tumorproben, die nicht für diagnostische Zwecke benötigt werden, werden sofort im Anschluss an die präoperative bzw. operative Entnahme zum Projektpartner gebracht.

Aus dem Blut von Patienten wird die Subpopulation der Tumorzellen isoliert, um aus den Zellen sogenannte Tumorsphäroide (3D-Zellkultur) wachsen zu lassen. Die  simfo GmbH besitzt bereits eine jahrelange Erfahrung in der morphologischen, molekularbiologischen und funktionellen Charakterisierung von ins Blut abgegebenen Zellen aus soliden epithelialen Tumoren.

In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Härteis und Prof. Dr. Aung werden die erhaltenen Tumorsphären und das Primärmaterial des Pankreastumors dann mittels Chorion-Allantois-Membran-Modell (CAM-Modell) kultiviert. Die Tumorsphären und das Tumorgewebe werden als sogenannte „patient-derived xenografts“ (PDX) auf der CAM Membran gezüchtet (Abb. 1), welche die Tumorzellen und das Tumorgewebe wie eine Plazenta ernähren. Durch den Versuchsaufbau kann das Tumorwachstum zu jeder Zeit bewertet werden. So können die Wirksamkeit und Selektivität von etablierten und auch neuen Therapeutika auf das Wachstum der Tumorzellen sowie auf Angiogeneseprozesse (Bildung neuer Blutgefäße) und das Einwachsen des Tumors in das umliegende Gewebe direkt analysiert werden (Abb. 2). Auch Resistenzen auf Therapeutika können auf diesem Weg erkannt werden.

Die exakte Charakterisierung des Tumorgewebes und der Tumorzellen findet zu einem Teil im Institut für Pathologie in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Brochhausen-Delius durch strukturelle und ultrastrukturelle Analysen statt (Abb. 3). Dort werden mit den Tumorsphären und dem Tumorgewebe histologische, immunhistologische und elektronenmikroskopische Untersuchungen durchgeführt. Dafür werden mit den unterschiedlichen Proben aus dem CAM Modell Schnittpräparate erstellt. Die Proben werden mit dem M8 Mikroskop (PreciPoint GmbH) gescannt, um Übersichtsaufnahmen der Schnittpräparate, sogenannte „Whole Slide Images“ (WSI), für die Analysen herzustellen. Mit Hilfe von Serienschnitten kann zudem eine 3D-Rekonstruktion der immunhistologisch angefärbten Blutgefäße durchgeführt werden, um das Gefäßsystem und dessen Verzweigungen genauer darzustellen. Durch die Analysen können schließlich Aussagen über funktionale Moleküle, Wachstum des Tumors und der Blutgefäße getroffen werden, um so ein tieferes Verständnis über die Blutversorgung des Tumors und seines Aufbaus, auch im Vergleich zu metastasierten Tumoren, zu erhalten.

Ein weiterer Teil der histologischen und molekularbiologischen Analysen findet im Labor von Frau Prof. Hackl statt, die auch eine quantitative Auswertung der Proliferationsfähigkeit, Angioinvasion, Gewebeinvasion und dem Ansprechen auf die Chemotherapie durchführt. Parallel dazu erfolgt durch Frau Prof. Hackl die kontinuierliche Nachsorge der Patienten im Rahmen der chirurgisch-onkologischen Sprechstunde sowie die Korrelation des klinischen Verlaufs mit den durch das Projekt erhobenen Tumorcharakteristika.

Der Industriepartner PreciPoint GmbH aus Freising wird eine Online-Plattform schaffen und ermöglicht dadurch die virtuelle Vernetzung der Chirurgie, Labormedizin, Anatomie, Pathologie und der Grundlagenforschung. Mit Hilfe der Plattform können die Metadaten, Befunddaten und Bilddaten direkt geteilt werden und die unterschiedlichen Abteilungen dadurch schnell und effektiv zusammenarbeiten. Mit der Entwicklung neuer Algorithmen werden strukturelle Analysen der Daten und das Wirkstoffscreening der Proben mit bestimmten Charakteristika ermöglicht. Eine weitere Neuerung wird eine Kombination aus Hellfeld- und fluoreszenzbasierter Mikroskopie sein, um die Darstellung der Bilder und die Ansicht zwischen unterschiedlichen Aufnahmemodi zu erleichtern.

Ziel der Drug-Screening-Plattform ist es schließlich, innerhalb eines für den betroffenen Patienten sehr kurzen Zeitraums die beste Therapieoption mit den geringsten Nebenwirkungen zu ermitteln, um die Behandlung von Pankreas-Karzinomen und letztlich auch weiteren Tumoren in Zukunft zu verbessern.