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Krebszellen „quetschen“ sich durchs Gewebe

Wissenschaftler konnten in Experimenten erstmals nachweisen, wie sich Zellen verformen, um sich in dichten Tumorgeweben zu bewegen und sich zwischen ihren Nachbarzellen durchzuquetschen. Sie stellten fest, dass bewegliche Zellen gemeinsam das Tumorgewebe verflüssigen.

„Diese ersten Beobachtungen eines Phasenübergangs bei menschlichen Tumoren verändern unsere grundlegenden Konzepte der Tumorprogression und könnten die Krebsdiagnose und -therapie verbessern“, meint Mitautor und Biophysiker Josef Käs, der sich seit Jahren mit den physikalischen Eigenschaften von Krebszellen beschäftigt. Die Forschungen haben gezeigt, dass menschliche Tumoren feste und flüssige Zellcluster enthalten, was einen Durchbruch beim Verständnis der Tumormechanik darstellt. Die Resultate bildeten die Grundlage für das erste Verfahren, mit dem sich metastasierende Krebszellen bereits im Tumor nachweisen lassen.

Die Forscher entwickelten den neuen Ansatz in der Lebendmikroskopie von Tumoren, indem sie menschliche Tumorproben direkt nach der Operation fluoreszent färbten und so Zellbewegungen live beobachten konnten. So fanden sie heraus, dass diese entgegen allen bisherigen Erkenntnissen stattfinden und mit starken Kerndeformationen verbunden sind. Sie beobachteten, wie sich Zellen und ihre Kerne buchstäblich durch das Gewebe quetschen, indem sie sich stark deformieren.

Käs: „Zellen in biologischen Geweben verhalten sich ähnlich wie Menschen in einer Bar. Bei geringen Dichten können sie sich frei bewegen. Wenn es jedoch sehr voll ist, wird jede Bewegung schwierig. Aber selbst in einer überfüllten Bar können Sie sich immer noch durchdrücken, wenn Sie sich seitwärts drehen. Genau diesen Effekt sehen wir in Tumorgeweben.“ Im nächsten Schritt wird untersucht, ob die flüssigen Regionen die   Tumoraggressivität vorhersagen können.

Referenz:
Universität Leipzig; Syracuse University, NY
Cell and Nucleus Shape as an Indicator of Tissue Fluidity in Carcinoma, Physical Review X 2021; https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.11.011033

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Immunologie Wissenschaft

Abwehrzellen graben Tunnel zum Tumor

Im Kampf gegen Krebs hilft vor allem Schnelligkeit: Je früher ein Tumor entdeckt wird, desto schneller kann der Körper die Tumorzellen abtöten. Dies erledigen so genannte zytotoxische T-Lymphozyten (CTLs). Davon gibt es schnelle und langsame Exemplare. Forscher der Saar-Uni haben nun einen interessanten Sachverhalt beobachtet, den sie in einer hochrangigen Publikation beschreiben: Die langsamen Zellen verkürzen den Weg für die Killerzellen zum Tumor, indem sie Tunnel in das Körpergewebe bohren.

Wie ein Team um den Physiker Heiko Rieger nun herausgefunden hat, geht die körpereigene Abwehr dabei vor wie Soldaten im Krieg: Bevor ein Angriff in unbekanntem Gelände erfolgreich durchgeführt werden kann, kommen die Pioniere und bereiten den Kampftruppen den Weg. Im Falle des Immunsystems bedeutet das: Manche CTLs bewegen sich recht langsam fort; diese graben Tunnel in die so genannte extrazelluläre Matrix (ECM), das die Zellen umgebende Körpergewebe, das üblicherweise aus ECM-Proteinen wie Kollagen besteht. Durch diese Tunnel oder Kanäle bewegen sich dann andere CTLs sehr schnell hindurch, um durch diese Abkürzungen möglichst schnell an ihrem Zielort anzukommen, idealerweise bei den Tumorzellen, die sie dann vernichten können.

Die mathematische Modellierung, also die Simulation am Computer, legt nahe, dass die Zellen zwischen langsamen und schnellen Zuständen wechseln können. Ähnliche Bewegungstypen wurden bereits früher für natürliche Killerzellen (NK-Zellen) beobachtet und experimentelle Beweise unterstützten diese Annahmen.

Für die Zukunft planen die Forscher, den langfristigen Einfluss von T-Zellen auf die ECM zu analysieren. „Zu verstehen, wie CTLs in solchen Geweben wandern, könnte zu neuen therapeutischen Strategien bei der Verhinderung von Metastasenbildung in frühen Krebsstadien führen“, so Rieger.

Referenzen: Universität des Saarlandes
Migration of Cytotoxic T Lymphocytes in 3D Collagen Matrices; Biophysical Journal 1.12.2020; https://www.cell.com/biophysj/fulltext/S0006-3495(20)30825-0

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Onkologie Technologie Therapie Wissenschaft

Gerät zerschreddert Tumorzellen

Forscher der Johannes Kepler Universität Linz (JKU) haben einen „Tumorzellschredder“ entwickelt, der bereits zum Patent angemeldet wurde. Mit dem Gerät kann das Blut so geschert werden, dass es unbeeinträchtigt bleibt, die zirkulierenden Verbände von Tumorzellen, so genannte CTCs (circulating tumor cells), aber Schaden nehmen bzw. zerstört werden. Durch entsprechende Regelung des Geräts wird der natürliche Blutstrom nicht beeinträchtigt. Ein derartiges Verfahren ist völlig neu.

Das innovative Gerät ist noch kein ausgereifter Prototyp, sondern ein Demonstrator. Es zeigt, dass das Prinzip funktioniert, also die CTCs zerstört werden können. Für die Entwicklung eines klinisch einsetzbaren Geräts, sei noch viel Forschung und ein hoher Finanzierungsaufwand, sowie weitere unterschiedliche Tests erforderlich. Erst dann können klinische Studien und die Zulassung als Medizingerät erfolgen.

Auch wenn der Weg bis zum Einsatz für Patienten noch ein weiter ist, so ist das Forscherteam vom Potenzial des „Tumorzellschredders“ überzeugt: „Er könnte Patienten mit schlechter Prognose mehr Lebenszeit und Lebensqualität schenken.“

Referenz:
JKU – Johannes Kepler Universität Linz
https://www.jku.at/news-events/news/detail/news/jku-entwickelt-geraet-das-tumorzellen-zerschreddert

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