Krebsstammzellen: Flexible Biester

28. Oktober 2011
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Krebsstammzellen sind für Entstehung und Wachstum des Tumors verantwortlich. Sie können sich selbst erneuern und zu Spezialisten differenzieren. Was man bisher nicht wusste: Aus den Zell-Fachkräften können innerhalb kurzer Zeit wieder Alleskönner werden.

Neue Organe, Reparatur von Defekten in der Maschinerie des Körpers, Anti-Aging-Medizin. All das, so prophezeien uns Mediziner, soll die Stammzell-Medizin in einigen Jahren bewerkstelligen. Wer aber einschlägige Kongresse besucht, der erfährt: Pluripotente Stammzellen sind ein recht gefährliches Werkzeug, denn sie können sich zwar in viele verschiedene Zelltypen verwandeln, recht leicht aber auch den ersten Zellhaufen eines Tumors bilden. Krebsstammzellen sind solche Keimzellen einer späteren Krebserkrankung.

Weiter in der Theorie: Wenn man diese Alleskönner um die Ecke brächte, hätte der Tumor keine Wachstumschance mehr. Eine Publikation, die in der Fachzeitschrift „Cell“ erschien, deutet auf etwas anderes hin. „Krebsstammzellen entstehen nach bisheriger Ansicht allein durch Selbst-Erneuerung. Unsere Ergebnisse sagen: Das ist falsch“, schreiben die Autoren. Denn anscheinend können sich auch differenzierte Zelltypen wieder in bösartige Stammzellen verwandeln.

Stabiles Gleichgewicht verschiedener Zelltypen

Untersucht man Krebsstammzellen in verschiedenen Tumoren, findet man immer wieder Subpopulationen, die einer Chemotherapie unterschiedlich stark widerstehen und sich auch in ihrer Fähigkeit unterscheiden, den Tumor zu streuen. Im Labor stellt sich bei der Kultur von Zellen aus soliden Tumoren immer ein Gleichgewicht verschiedener Zellstadien mit unterschiedlichem Differenzierungs-Status ein.

Bei ihren Experimenten pickte sich das Team von Piyush Gupta und Eric Lander vom Broad-Institute im amerikanischen Cambridge zwei Brustkrebs-Zelllinien heraus. „SUM159“ besteht vor allem aus Basalzellen, daneben einem geringen Anteil an luminalen Zellen und Krebsstammzellen. „SUM 149“ hingegen vor allem aus luminalen Zellen mit kleinen Anteilen der übrigen zwei Typen. Jede der beiden Zelllinien trennten die Forscher mit Hilfe eines Zell-Sorters (auf der Basis ihrer Oberflächen-Marker) in ihre Subpopulationen auf – mit einem Reinheitsgrad von mehr als 96 Prozent. Und nun kam die Überraschung bei ihren Beobachtungen: nach sechs Tagen Zellkultur aller aufgetrennten Populationen hatte sich das ursprüngliche Gleichgewicht der verschiedenen Zelltypen in der Tumorzelllinie wieder hergestellt – ganz ohne äußeres Zutun und als stochastischer Prozess mathematisch berechenbar. Somit wurden aus luminalen und basalen Zellen wiederum Krebs-Stammzellen. In dieser kurzen Zeit kann sich das ursprüngliche Verhältnis nicht aufgrund der verschiedenen Wachstumsgeschwindigkeiten wieder neu eingestellt haben. Vielmehr müssen aus einigen spezialisierten Zellen wieder Alleskönner geworden sein.

Wandlungsfähigkeit erlaubt Schlüsse auf Resistenzen

Trotzdem scheint nur die Stammzellfraktion den Tumor zum Wachsen zu bringen. Allein sie entwickelte sich in Mäusen zu einem Krebsgeschwür. Injizierten die Forscher die reinen Luminal- oder Basalzellen, so entwickelte sich der Tumor nur dann, wenn bestrahlte „Feeder-Zellen“ den Fremdlingen erlaubten, lange genug zu überleben und sich wieder zurückzuverwandeln. Dass die Fähigkeit zur schnellen Verwandlung auch Folgen für die Therapie von Krebskranken hat, zeigt ein weiteres Experiment. Als die Wissenschaftler das Chemotherapeutikum Paclitaxel zur SUM149-Kultur geben, verfünffachte sich der Anteil der Subfraktionen von Stamm- und Basalzellen. Bei der anderen Linie SUM159 stieg ebenfalls der Stammzell-Anteil an, aber auch der luminaler Zellen. Die Schlussfolgerung der Forscher aus ihren Berechnungen: Während Basalzellen sensibel auf das Zytostatikum reagieren, sind Stammzellen dagegen resistent.

Für die Klinik ist das erst einmal ein Warnsignal. Eine Therapie, die etwa Krebsstammzellen oder eine andere Subfraktion des wachsenden Tumors angreift, kann den Tumor wahrscheinlich nicht vollständig auslöschen. Denn selbst kleine Anteile des heterogenen Gewebes können sich schnell in die verschwundenen Mitglieder des Verbands zurückverwandeln. Noch sind es Daten von in-vitro-Experimenten und Versuchen an Mäusen, die bisherige Ansichten über Krebsstammzellen in Frage stellen. Ob die Erkenntnisse auch beim Menschen gelten, müssen entsprechende Studien erst noch zeigen. Versuche mit klonierten Einzelzellen wären dabei ein handfester Beweis für die Fähigkeit zur Zell-Metamorphose.

Vorsicht bei iPS

Auf dem Kongress ”Stem Cells in Development and Disease“, am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin äußerte sich Rudolf Jaenisch, Stammzell-Experte ebenfalls aus dem amerikanischen Cambridge: „Tumoren entstehen vor allem aus undifferenzierten Zellen. Wir müssen deswegen die undifferenzierten Zellen entfernen, bevor wir an einen klinischen Einsatz (somatischer Stammzellen, Anmerkung DocCheck) denken können.“ Gerade auf dem internationalen Meeting, das vor wenigen Tagen zu Ende ging, wurde noch einmal klar, dass „induzierte pluripotente Stammzellen“ (iPS) vorerst noch nicht als Ersatzteillager für Defekte am menschlichen Betriebssystem in Frage kommen.

Wenn die Verwandlung von spezialisierten Zell-Fachkräften zu gefährlichen Alleskönnern nicht nur im Labor, sondern auch vor Ort im Gewebe ohne Probleme funktioniert, dann dürfte noch einige Zeit bis zur Anwendung der „Stammzell-Wunderwaffe“ vergehen. Das Risiko, mit iPS eine tickende Zeitbombe in der Hand zu halten, ist groß.

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Medizin, Onkologie

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1 Kommentar:

Dipl. Biol. Thorsten Walter
Dipl. Biol. Thorsten Walter

Otto Heinrich Warburg ist in der Krebsforschung heute noch vor allem durch die sog. Warburg-Hypothese bekannt. Er hatte festgestellt, dass Tumore sich durch eine ungewöhnliche Konzentration von Laktat, dem Produkt der Glykolyse, auszeichnen, obwohl genügend Sauerstoff für die normale Verbrennung mit Hilfe der Mitochondrien vorhanden war. Daraus hatte er 1930 die Hypothese abgeleitet, eine Störung oder Unterbrechung der Funktion der Mitochondrien in Krebszellen sei der Hauptgrund für das Wachstum von Krebs. Diese Annahme ist ein Klassiker der medizinischen Grundlagenforschung und wurde nie überzeugend widerlegt, aber auch nie bewiesen.
Für ¿die Entdeckung der Natur und der Funktion des Atmungsferments¿ erhielt Warburg 1931 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.
Wissenschaftler an den Universitäten Jena und Potsdam haben im Jahr 2006 erfolgreich Versuche durchgeführt, bei denen Krebszellen durch die Zufuhr des Proteins Frataxin praktisch gezwungen wurden, mehr Sauerstoff zu verbrauchen. Im Zuge dieser bei Tieren erfolgreich durchgeführten Versuche konnte das Wachstum von Krebszellen gestoppt werden.
US-amerikanische Wissenschaftler vom Boston College fanden im Jahr 2008 heraus, dass die Cardiolipin-Struktur der Mitochondrien bei an einem Tumor erkrankten Mäusen, sich von gesunden Tieren unterscheidet. Dieser Befund kann ebenfalls als ein Hinweis auf die Gültigkeit der Warburg-Hypothese gesehen werden.

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