Heterogenität von Tumoren messen

Krebs ist die zweithäufigste Todesursache in der Schweiz. Dass es auch in der Zeit der Spitzenmedizin nach wie vor schwierig ist, die Krankheit zu heilen, hat viele Gründe: Ein Tumor kann zum Beispiel aus unterschiedlichen Tumorzellen bestehen, die je ein eigenes Profil besitzen und unterschiedlich auf Therapien ansprechen – oder eben nicht. Zudem interagieren und kommunizieren die Krebszellen und gesunden Zellen des Körpers untereinander. Als Kommunikationsmittel setzen sie verschiedene Moleküle ein, darunter Wachstumsfaktoren. Wie sich ein Tumor schliesslich entwickelt und ob sich Metastasen bilden, hängt entscheidend davon ab, welche Signale eine Tumorzelle von ihrer Umgebung erhält.

Mit der Entwicklung einer neuen Technik ist es jetzt dem Team um Prof. Bernd Bodenmiller vom Institut für Molekulare Biologie der Universität Zürich, der Gruppe für Spurenelement- und Mikroanalytik von ETH-Professor Detlef Günther und dem Universitätsspital Zürich gelungen, Tumorzellen, die aus Patientenproben stammen, umfassend zu visualisieren. Die vielversprechende Methode wurde soeben in «Nature Methods» vorgestellt.

Neues bildgebendes Verfahren ist grosse Chance

Die Zellprofile eines Tumors, deren Nachbarschaftsverhältnisse und die Informationsverarbeitung innerhalb und zwischen Zellen zu ermitteln, ist hoch komplex. Denn dazu müssen die Biomarker, also spezifische Moleküle, die sich verschiedenen Krebszelltypen zuordnen lassen, und der Signalverarbeitungswege in ihren räumlichen Beziehungen vermessen werden. «Unsere Technik ermöglicht diese Gesamtaufnahme über ein neu entwickeltes bildgebendes Verfahren, mit dem jetzt bereits 32 und in naher Zukunft über hundert Biomarker simultan erfasst werden können», erklärt Studienleiter Bernd Bodenmiller. Durch modernste Bildgebung bleibt ausserdem die Information über die Nachbarschaftsbeziehungen der Zellen erhalten und deren unmittelbaren Einfluss auf die zelluläre Informationsverarbeitung und -übertragung kann visualisiert werden.

Die neue Technik basiert auf der Verbesserung von etablierten Techniken. Dazu verwenden die Forschenden wenige Mikrometer (Millionstel Meter) dicke Gewebeproben. Die Biomarker werden mit Antikörpern markiert. Diese sind ihrerseits mit unterschiedlichen Metallisotopen gekennzeichnet, die mit Massenspektrometrie nachgewiesen werden können. Mit einem speziellen Lasersystem, das im Labor von Detlef Günther entwickelt wurde, tragen die Wissenschaftler winzigste Mengen von Probenmaterial als Partikel ab. Die Partikel werden effizient in ein schnelles und empfindliches Massenspektrometer transportiert, das dann die Mengen der Metallisotope präzise misst. Aus diesen Daten berechnen die Forscher die Signaturen der im Gewebe vorliegenden (Krebs-)Zellen.

Neu ist, dass die Biomarker statt mit Farbstoffen mit reinen Metallisotopen sichtbar gemacht werden. Weiter ist das Massenspektrometer dazu in der Lage, gleichzeitig 100 verschiedene Metallisotope und damit Biomarker zu erfassen. «Dadurch wird das Problem der begrenzten Anzahl von Farben in der Analyse biologischer Proben mittels Immunofluoreszenz umgangen», so Bodenmiller.

Zweitens bleibt die Information über Zellen, die in der Signalverarbeitung und -übertragung eines Tumors eine wichtige Rolle spielen, nicht länger qualitativer Art: Mit der neuen Messtechnik kann präzise festgestellt werden, welche Zellen welchen Einfluss haben. Dadurch könnten Schwachstellen entdeckt werden, was dazu beiträgt, neue Therapieansätze zu entwickeln. Deshalb, so Bodenmiller, werde es immer wichtiger, diese Interaktionen für Diagnose und Therapie zu verstehen und einzubeziehen.

Methode mit Gewebeproben validiert

Erste Messergebnisse, die die Forschenden mit der neuen Technik anhand von Brustkrebsproben erzielten, verdeutlichen die Heterogenität dieser Tumore: Gewisse Tumore leiden durch starke Zellvermehrung in ihrem Inneren unter Sauerstoffmangel, andere missbrauchen körpereigene Immunzellen, um ihr Wachstum voranzutreiben. Einen entscheidenden Einfluss hat auch die Lage der Zellen im Zentrum oder am Rand des Tumors. Klar ist: Kein Tumor gleicht dem anderen und dementsprechend sollten gemäss Bodenmiller auch die Therapien angepasst werden. In einem nächsten Schritt will sein Forschungsteam mit der neuen Messmethode herausfinden, welche Rolle die Zellkommunikation und zelluläre Informationsverarbeitung bei der Entstehung von Metastasen spielen.

Dieser Text wurde von Media Relations der Universität Zürich verfasst und unter externe Seite www.mediadesk.uzh.ch zuerst veröffentlicht.