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Tumore, die sich selbst aus dem Weg räumen

Eine neue Technologie ermöglicht dem Körper, therapeutische Wirkstoffe auf Abruf an genau der Stelle herzustellen, an der sie benötigt werden. Die Innovation könnte die Nebenwirkungen einer Krebstherapie reduzieren und dabei helfen, Covid-Behandlungen besser in die Lunge zu verabreichen.

Forschende der Universität Zürich haben ein weit verbreitetes Atemwegsvirus, genannt Adenovirus, so modifiziert, dass es wie ein trojanisches Pferd funktioniert und Gene für therapeutische Wirkstoffe direkt in Tumorzellen transportiert. Im Gegensatz zur Chemo- oder Strahlentherapie schadet dieser Ansatz den normalen, gesunden Zellen nicht, denn sie verbleiben exakt an der Stelle im Körper, an der sie gebraucht werden, anstatt sich im Blutkreislauf zu verteilen, wo sie gesunde Organe und Gewebe schädigen können. In den Tumorzellen angekommen, dienen die gelieferten Gene als Vorlage für therapeutische Antikörper, Zytokine und andere Botenstoffe, die von den Krebszellen selbst produziert werden und den Tumor von innen heraus eliminieren.

Dank des als SHREAD bezeichneten Systems (Shielded, Retargeted Adenovirus) brachten die WissenschaftlerInnen den Tumor in der Brust einer Maus dazu, einen zur Behandlung von Brustkrebs klinisch zugelassenen Antikörper namens Trastuzumab (Herceptin) zu produzieren. Mithilfe eines hochauflösenden 3D-Bildgebungsverfahren und transparent gemachtem Gewebe konnten sie dann zeigen, wie der im Körper produzierte therapeutische Antikörper Poren in Blutgefäßen im Tumor erzeugt, dort Zellen zerstört und ihn so von innen heraus behandelt. Die Technologie wäre für die Verabreichung einer breiten Palette von  Substanzen in verschiedenen Organen und bei verschiedenen Erkrankungen anwendbar.

Referenz:
Universität Zürich
The SHREAD gene therapy platform for paracrine delivery improves tumor localization and intratumoral effects of a clinical antibody as shown by PACT, PNAS 2021, https://www.pnas.org/content/118/21/e2017925118/tab-article-info

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Brustkrebstherapie: Mathematik als Entscheidungshilfe

Die präzise Therapiewahl bei Brustkrebs hängt entscheidend vom Status der Hormonrezeptoren (für Östrogen und Progesteron) ab. Deren übliche Bestimmung mittels Immunohistochemie (IHC) hat eine gewisse Fehlerrate, die durch Hinzunahme von Genomdaten gesenkt werden kann. Daraus ergeben sich jedoch auch widersprüchliche Befunde, die die Wahl der richtigen Therapie erschweren. In diesen Fällen könnten mathematische Modelle die Entscheidungsfindung deutlich verbessern, ergab eine Studie der Universität Wien an über 3700 Patientinnen.

Die Methodik ist weit über Brustkrebs hinaus anwendbar, und kann überall, wo aus zahlreichen Befunden gleichzeitig Folgerungen zu ziehen sind, eingesetzt werden. Wolfgang Schreiner (CeMSIIS) vergleicht das System mit selbstfahrenden Autos: „Diese prüfen durch Sensoren, ob freie Fahrt möglich ist. Dabei kann ein Sensor ein Hindernis wahrnehmen und eine Notbremsung anfordern. Ein anderer Sensor erkennt keine Gefahr. Was ist dann zu tun? Es gibt zwei mögliche Fehlentscheidungen, und jede ist auf andere Weise riskant: Wird nicht gebremst, passiert ein möglicherweise schwerer Unfall. Bremst der Wagen unnötig, riskiert man einen Auffahrunfall.“ Analog dazu ist die Situation bei der Therapiewahl für Krebspatientinnen, die auf Status der Hormonrezeptoren abgestimmt wird. Eine falsche Entscheidung (Hormon- oder Chemotherapie) würde zu vermeidbaren Nebenwirken führen, im schlimmsten Fall zum Vorenthalten einer lebensrettenden Therapie.

Die Stärke des mathematischen Modells besteht darin, dass sie nicht nur einen einzigen Faktor, nämlich die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses (z.B. Rezeptor-positiv), sondern auch die Wahrscheinlichkeiten für andere Möglichkeiten (möglicherweise positiv) und (sicher nicht Rezeptor-positiv) mitberechnet. Das Modell hat den Vorteil, dass es „selbst merkt,“ wenn es unsicher ist und liefert dann das Ergebnis „unentscheidbar“. Eine wichtige Information für den Arzt.

Referenz:
MedUni Wien
Decision theory for precision therapy of breast cancer, Sci Rep 2021, 11:4233; https://www.nature.com/articles/s41598-021-82418-7

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Brustscreening: Einfache MRT-Messung könnte Biopsierate um 30 Prozent senken

Brustkrebs ist die häufigste tödliche Krebserkrankung bei Frauen. Eine rechtzeitige Früherkennung erhöht die Heilungschancen. Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein exaktes Verfahren, um Tumoren des Brustgewebes zu erkennen und zu klassifizieren. Manchmal ist sie aber „zu genau“, was eine weitere Abklärung (Biopsie) nötig macht und zur sogenannten Überbehandlung, also zu unnötigen Operationen, führen kann.

Ein Forschungsteam der MedUni Wien konnte nun für einen nichtinvasiven bildgebenden Biomarker weltweit erstmals einen Grenzwert bestätigen. Dieser kann ohne Zeitaufwand in kurze Standarduntersuchungen integriert werden und könnte die Rate der Biopsien nach MRT-Untersuchung um 30 Prozent senken. Da die Infrastruktur für diese Messung in allen radiologischen Einrichtungen in Österreich vorhanden ist, könnte der Biomarker sofort zur Anwendung kommen.

Die Arbeitsgruppe konnte nachweisen, dass ein bestimmter Grenzwert (ADC) in einem speziellen MRT-Verfahren, der diffusionsgewichteten Bildgebung (DWI), Aufschluss darüber gibt, ob der fraglichen Läsion eine Biopsie entnommen werden muss oder nicht. Deshalb wurde nach einer herkömmlichen MRT noch eine DWI durchgeführt, die nur drei Minuten in Anspruch nimmt. Sie stellt die Bewegung von Wassermolekülen in Strukturen dar und kann sie auch objektiv messen. Paola Clauser, Erstautorin der Studie: „Mit Hilfe der DWI können wir Läsionen viel besser charakterisieren. Denn: Im gesunden Gewebe „tanzen“ die Wasserstoffmoleküle schneller als bei bösartigen Tumoren. Karzinome weisen eine hohe Zelldichte auf und hindern die Wassermoleküle bei ihrer Bewegung.“ So können bösartige Knoten relativ einfach von Gewebe, dass nur besonders dicht und gut durchblutet ist, unterschieden werden.

Referenz:
MedUni Wien
Diffusion-weighted imaging allows for downgrading MR BI-RADS 4 lesions in contrastenhanced MRI of the breast to avoid unnecessary biopsy, Clin Cancer Res 2021;
https://clincancerres.aacrjournals.org/content/early/2021/02/16/1078-0432.CCR-20-3037

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Individuelle Krebstherapien gegen Chemokinrezeptoren

CXCR4 ist ein wichtiger Oberflächenrezeptor auf Immun- und Krebszellen. Wenn dieser Chemokinrezeptor in großer Zahl auf Krebszellen zu finden ist, sorgt er unter anderem dafür, dass diese wandern und Metastasen bilden können. Auch bei jeder Entzündung ist CXCR4 mit von der Partie. Der Entzündungsherd setzt Botenstoffe aus der Klasse der Chemokine frei. Diese sorgen in den Lymphknoten dafür, dass Immunzellen sehr viele CXCR4-Antennen ausbilden, sodass Immunzellen den Entzündungsherd finden und dahin wandern können.

Der molekulare Rezeptor hat in den vergangenen Jahren für eine hitzige Debatte unter Experten gesorgt, weil sein Beziehungsstatus Rätsel aufgab. Tritt er als Single auf oder doch als Paar? Die Antwort liefern Untersuchungen des Forscherteams um Ali Isbilir des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin. Der Rezeptor liebt es nämlich unverbindlich: er liegt mal als Single (Monomer), mal als Paar (Dimer) vor.

Wichtig ist diese Erkenntnis nicht nur für die Grundlagenforschung, sondern auch für die Pharmabranche. So konnten die Forscher zeigen, dass bestimmte Arzneien, die als CXCR4-Blocker wirken, eine Paarbildung unterdrücken können. Man nimmt an, dass die CXCR4-Paare schlecht für die Gesundheit sind. Dank einer neu entwickelten Fluoreszenzmethode können nun lebende Krebszellen direkt untersucht werden, so dass CXCR4-Blocker für Paare und Singles eingesetzt und geprüft werden kann, welche wirksamer gegen Tumore sind. So könnten etwa spezifischere Krebsmedikamente mit weniger Nebenwirkungen entwickelt und Krebstherapien individuell und so wirksam als möglich zusammengestellt werden.

Referenz:
MDC Berlin; Helmholtz Gemeinschaft

Advanced fluorescence microscopy reveals disruption of dynamic CXCR4 dimerization by subpocket-specific inverse agonists, PNAS 2021, https://www.pnas.org/content/117/46/29144
Determination of G-protein-coupled receptor oligomerization by molecular brightness analyses in single cells; Nature Protocols 2021, https://www.nature.com/articles/s41596-020-00458-1

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Neuer Mechanismus schützt vor Krebs und Epilepsie

Das Signalprotein MTOR (Mechanistic Target of Rapamycin) ist ein Sensor für Nährstoffe wie Aminosäuren und Zucker. Wenn genügend Nährstoffe zur Verfügung stehen, kurbelt MTOR den Stoffwechsel an. Fehler in seiner Aktivierung führen jedoch zu ernsten Krankheiten wie Krebserkrankungen, die mit übermäßiger Stoffwechselaktivität, Zellwachstum und -ausbreitung einhergehen. Auch Fehlentwicklungen des Nervensystems, die zu Schwierigkeiten in der Reizverarbeitung, Verhaltensstörungen und Epilepsie führen, können die Folge sein, wenn MTOR fehlgeschaltet ist.

Um Fehler in der Signalverarbeitung zu verhindern, kontrolliert die Zelle seine Aktivität sehr genau. Dies geschieht durch Proteinhemmer, wie dem TSC Komplex. Dieser sitzt gemeinsam mit MTOR an kleinen Strukturen in der Zelle, den sogenannten Lysosomen und hält ihn in Schach.

Forscherteams der Universität Innsbruck und des DKFZ erforschten nun, auf welche Weise der TSC Komplex an Lysosomen bindet. Sie entdeckten, dass die G3BP Proteine (Ras GTPase-activating protein-binding protein) zusammen mit dem TSC Komplex an Lysosomen sitzen. Dort bilden die G3BP Proteine einen Anker, der dafür sorgt, dass der TSC Komplex an die Lysosomen binden kann. Diese Ankerfunktion spielt in Brustkrebszellen eine entscheidende Rolle. Ist die Menge von G3BP Proteinen vermindert, so führt dies zu einer erhöhten MTOR Aktivität und steigert die Ausbreitung der KrebszellenG3BP-Eiweißstoffe könnten daher Marker sein, um personalisierte Therapien zu entwickeln und die Effizienz von Medikamenten, die MTOR hemmen, zu verbessern.

Im Zebrafisch beobachteten die Forschenden Störungen der Gehirnentwicklung, ähnlich einer Epilepsie beim Menschen, wenn G3BP fehlt. Man hofft deshalb, dass Patienten mit neurologischen Erkrankungen, bei denen die G3BP Proteine fehlerhaft sind, ebenfalls von MTOR-gerichteten Wirkstoffen profitieren können.

Referenzen:
Universität Innsbruck; Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg
G3BPs tether the TSC complex to lysosomes and suppress mTORC1 signaling; Cell 2021; https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.12.024

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Herzprobleme fördern Rückkehr von Brustkrebs

Bei Überlebenden von Brustkrebs im Frühstadium erhöhen kardiovaskuläre Ereignisse wie ein Herzinfarkt oder Schlaganfall das Risiko eines erneuten Auftretens von Krebs und das Risiko an Krebs zu sterben, um mehr als das Doppelte. Das ergab eine amerikanische Untersuchung an 1.700 Patientinnen.

Bekannt ist, dass Krebsüberlebende im Vergleich zur Allgemeinbevölkerung ein signifikant höheres Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen haben, da Chemo- und Strahlentherapie das Herz, die Blutgefässe und das Immunsystem nachhaltig beeinflussen. Diese Studie beweist, dass auch das Gegenteil zutrifft – dass sich auch kardiovaskuläre Ereignisse negativ auf die Krebsentwicklung auswirken.

So zeigen nachfolgende Laboruntersuchungen eines präklinischen Modells, dass ein Herzinfarkt eine immunsuppressive Wirkung auf Knochenmarkszellen ausübt. Dieser sorgt für eine zweifache Zunahme der Wachstumsrate und des Volumens an Krebszellen. Schuld daran scheint eine Veränderung der Zusammensetzung von Immunzellen zu sein, so die Forscher. Kardiovaskuläre Ereignisse fördern die Entwicklung bestimmter Monozyten mit immunschwächender Wirkung. „Wir glauben, dass ein Herzinfarkt eine epigenetische Reprogrammierung im gesamten Genom verursacht,“ meinen die Wissenschaftler, die auch davon ausgehen, dass sich die Ergebnisse auf andere Krebsarten übertragen lassen.

Für Brustkrebspatientinnen bedeuten die Daten, dass sie nach dem Überleben der Krebserkrankung besonders auf eine genaue Überwachung kardiovaskulärer Risikofaktoren achten sollten.

Referenzen:
New York University School of Medicine; McGill University, Canada; Memorial Sloane Kettering Cancer Center NY; University of Illinois
Koelwyn GJ et al.: Nature Medicine 13. July 2020; Myocardial infarction accelerates breast cancer via innate immune reprogramming,
DOI https://doi.org/10.1038/s41591-020-0964-7

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Neues Brustkrebsgen bei jungen Frauen entdeckt

Dänische Forscher haben ein neues Kapitel in der Forschung aufgeschlagen und erweitern unser Verständnis der erblichen Gene, die der Entwicklung von Brustkrebs zugrunde liegen, um wichtige Erkenntnisse. Sie haben das RBBP8-Gen lokalisiert und seine Funktionen als einen entscheidenden Faktor für die Entwicklung von Brustkrebs bei sehr jungen Frauen beschrieben.

RBBP8 schützt normalerweise die Zellen vor einer Schädigung des Genoms. In der Studie konnte gezeigt werden, dass eine verminderte RBBP8-Funktion zu Krebs führen kann. Die Mutationen in RBBP8 könnten erklären, warum einige sehr junge Frauen an Brustkrebs erkranken, bei denen keine BRCA1- oder BRCA2-Gen-Mutationen vorliegen.

Weitere Studien sind erforderlich, um das Mutationsrisiko genauer zu erforschen. Die Forscher erhoffen sich, dass diese Studie die Grundlage für die Entdeckung weiterer genetischer Prädispositionen für Brustkrebs bildet und mit langfristigen Studien ein weiterer Beitrag zur Früherkennung, Diagnose und Behandlung von Krebspatienten geleistet werden kann.

Referenzen:
JCI The Journal of Clinical Investigation, May 7, 2020
https://www.jci.org/articles/view/127521
Universität Kopenhagen
https://healthsciences.ku.dk/…/danish-researchers-find-new…/

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