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Auszeichnung für Krebsforschung ohne Tierversuche am KIT

Die Krebsforscherin Dr. Irina Nazarenko und der Ingenieur Dr. Stefan Giselbrecht vom KIT erhalten vom Verein Ärzte gegen Tierversuche einen Wissenschaftspreis für tierversuchsfreie Krebsforschung. Ausgezeichnet werden die beiden Forscher für ihre Modellierung des Wachstums menschlicher Zellen auf mikrostrukturierten Biochips, mit der sie die Abläufe bei der Metastasierung von Brustkrebs in Knochengewebe untersuchen. Die Ergebnisse des Projekts im Rahmen des BioGrenzflächen (BioInterfaces) Programms sollen neue Ansätze für die Steuerung des Stammzellverhaltens und für innovative Krebstherapien ermöglichen.

Zellwachstum in folienbasierten Mikrochips © Jochen Dindorf, Alexandra Baumann, Maximilian Preissler

Mit dem Preis zeichnet der Verein Ärzte gegen Tierversuche Arbeiten zur Krebsforschung aus, die ganz auf die Verwendung von Tieren und tierischem Material verzichten – auch Nährmedien für Zellkulturen und Antikörper sind synthetisch hergestellt. Der Preis ist mit 10.000 Euro dotiert. „Es freut uns, Wissenschaftler zu fördern, deren Forschungsarbeiten auf den Menschen bezogene tumorspezifische Untersuchungen ermöglichen und die ohne jedes Tierleid auskommen“, sagt die Biologin Silke Bitz von der Ärztevereinigung.

Die KIT-Wissenschaftler Dr. Irina Nazarenko vom Institut für Toxikologie und Genetik (ITG) und Dr. Stefan Giselbrecht vom Institut für Biologische Grenzflächen (IBG 1) verbinden in ihrem interdisziplinären Projekt des Programms BioInterfaces Methoden der Zellforschung und der Ingenieurwissenschaften. Sie erforschen, wie Metastasen eines Tumors entstehen, indem sie die Kommunikation zwischen Zellen untersuchen. Bei der Metastasierung spielt die Bildung sogenannter prä-metastatischer Nischen eine entscheidende Rolle: Tumorzellen können offenbar normale Zellen des Körpers so verändern, dass in bestimmten Organen, wie in der Lunge, in der Leber und in den Knochen, sozusagen ein fruchtbarer Boden vorbereitet wird. In diesen prä-metastatischen Nischen können sich zirkulierende Tumorzellen ansiedeln, um Metastasen zu bilden.

Die Forschungsteams von Nazarenko und Giselbrecht untersuchen die noch unbekannten molekularen Mechanismen der Kommunikation zwischen Tumorzellen und zwischen dem Tumor und dem Körper des Patienten, speziell den adulten Stammzellen. Dabei geht es vor allem um die gezielte Steuerung des Stammzellvehaltens mithilfe von zellulärer Kommunikation. Die Forscher entwickeln dafür ein Modell der prä-metastatischen Nische des Brustkrebses (Mammakarzinom) im Knochengewebe. Sie kultivieren menschliche Zellen auf mikrostrukturierten Biochips in Bioreaktoren. So stellen sie die Abläufe bei der Interaktion zwischen Zellen und der Nische in Knochengewebe lebensecht dar.

Um ein Modell des Knochenmarks zu entwickeln, setzen die beiden KIT-Forscher neue folienbasierte mikrostrukturierte Zellkulturmatrizen und miniaturisierte Bioreaktoren ein und verwenden Ko-Kulturen aus menschlichen Zellen. Mithilfe von Chips bilden sie die Architektur des Knochens möglichst wirklichkeitsgetreu nach. Die Chips stellen sie über den von ihnen entwickelten SMART-Prozess (Substrate Modification And Replication by Thermoforming) her. Um die Aktivierung von Stammzellen des Knochenmarks durch von Tumorzellen produzierte Botenstoffe, wie lösliche Moleküle oder Membranbläschen, zu untersuchen, werden Nazarenko und Giselbrecht Bioreaktoren mit zwei integrierten Chips verwenden, die durch eine poröse Membran getrennt sind. Im ersten Chip kultivieren sie die Modelle des Knochenmarks, im zweiten Chip Tumorzellen des menschlichen Mammakarzinoms.

Diese Arbeiten im interdisziplinären Umfeld des KIT und des Programms BioInterfaces ermöglichen erstmals, die natürliche Grenzfläche der prä-metastatischen Nische unter kontrollierten Bedingungen in vitro zu beobachten und zu steuern. Nazarenko und Giselbrecht entwickeln ihr Modell als Vorreiter im Bereich der anwendungsorientierten Mikro- und Nanotechnologien. Darauf basierend soll künftig auch die Modellierung von Nischen in anderen Organen und für verschiedene Tumorarten möglich sein. Erkenntnisse über die Abläufe bei der Bildung der prä-metastasischen Nische und deren gezielte Steuerung sind wesentlich für die Entwicklung neuer Therapien gegen Metastasen.

Glossar

  • Antikörper sind körpereigene Proteine (Immunglobuline), die im Verlauf einer Immunantwort von den B-Lymphozyten gebildet werden. Sie erkennen in den Körper eingedrungene Fremdstoffe (z. B. Bakterien) und helfen im Rahmen einer umfassenden Immunantwort, diese zu bekämpfen.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Metastasen sind Zellen, die sich vom Primärtumor abgelöst haben und weiterwachsen. Diese Tochtergeschwulst kann weit entfernt vom Primärtumor und in völlig anderem Gewebe entstehen.
  • Ein Bioreaktor ist ein geschlossenes System, in dem mikrobielle Umsetzungen organischer Substanzen unter kontrollierten Bedingungen stattfinden und gemessen werden können.
  • Stammzellen sind Zellen, die die Fähigkeit zur unbegrenzten Zellteilung besitzen und die sich zu verschiedenen Zelltypen ausdifferenzieren können. Stammzellen können aus Embryonen, fötalem Gewebe und aus dem Gewebe Erwachsener gewonnen werden. In Deutschland ist die Gewinnung embryonaler Stammzellen verboten.
  • Eine Zellkultur ist ein Pool von gleichartigen Zellen, die aus mehrzelligen Organismen isoliert wurden und in künstlichem Nährmedium für Forschungsexperimente im Labor (in vitro) gehalten werden.
  • Ein Tumor ist eine Gewebsschwellung durch abnormales Zellwachstum, die gutartig oder bösartig sein kann. Gutartige (benigne) Tumore sind örtlich begrenzt, während Zellen bösartiger (maligner) Tumore abgesiedelt werden können und in andere Gewebe eindringen können, wo sie Tochtergeschwulste (Metastasen) verursachen.
  • Das Mammakarzinom (oder auch: Brustkrebs) ist ein bösartiger Tumor des Brustgewebes und die häufigste Krebserkrankung bei Frauen.
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