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ForscherInnen im Porträt Onkologie Wissenschaft

ForscherInnen im Porträt: Dr. Alexis Lomakin

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Wie der Mensch, so schützen auch die Zellen im menschlichen Körper ihren persönlichen Raum. Wird es zu eng – und das ist bei Tumoren häufig der Fall – versuchen die Zellen, sich mehr Raum zu verschaffen. Wie sie das anstellen und welche Rolle dem Zellkern dabei zukommt, hat eine internationale Forschungsgemeinschaft nun untersucht. Ihre Arbeit erscheint in der Oktoberausgabe des renommierten Journals „Science.“

Im Interview beschreibt Erstautor Lomakin die maßgeblichen Mechanismen die zum „Fluchtreflex“ von Zellen führen und wie die neuen Erkenntnisse dazu beitragen könnten, die metastatische Ausbreitung von Tumoren zu verhindern oder das Ansprechen auf eine Behandlung vorherzusagen. 

Dr. Alexis Lomakin, (PhD) ist Programmleiter & stellvertretender Laborleiter in der Forschungsgruppe von Assoc.-Prof. Dr. Kaan Boztug, (MD), an der St. Anna Kinderkrebsforschung / Children’s Cancer Research Institute (CCRI) in Partnerschaft mit dem Ludwig Boltzmann Institute for Rare and Undiagnosed Diseases / LBI-RUD, dem CeMM Forschungsinstitut für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Medizinischen Universität Wien (Wien, Österreich). Bevor er die Stelle in Wien antrat, forschte er am King’s College London und Institut Curie,Paris. Er promovierte in Zell- und Molekularbiologie an der Lomonosov Moscow State University und an der University of Connecticut, USA. Seine Postdoc-Ausbildung setzte Lomakin an der Harvard-Universität (Boston,USA) fort. 

Der Wissenschaftler erhielt renommierte Stipendien und Auszeichnungen, darunter ein London Law Trust/LLT medal and fellowship for scientific excellence, innovation & vision (Großbritannien), ein Marie Skłodowska-Curie und PRESTIGE Fellowships (EU/Frankreich) und ein Leukemia & Lymphoma Society/LLS Postdoctoral Fellowship (USA). 

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Onkologie Wissenschaft

Metastasen durch Sauerstoffmangel im Tumor

Metastasen entstehen aus Krebszellen, die sich vom Primärtumor ablösen. Eine  Forschungsgruppe hat nun den Mangel an Sauerstoff als Auslöser dafür identifiziert, warum Cluster von zirkulierenden Tumorzellen (CTCs) den Tumor verlassen.

In einem Mausmodell für Brustkrebs stellte sich heraus, dass verschiedene Bereiche eines Tumors unterschiedlich gut mit Sauerstoff versorgt sind: Krebszellen mit Sauerstoffmangel fanden sich dort, wo der Tumor vergleichsweise wenig Blutgefässen aufwies – im Inneren sowie in klar abgegrenzten äusseren Arealen. Die Untersuchung von CTC-Cluster, die sich von diesen Tumoren abgelöst hatten belegte, dass diese ebenfalls unter Sauerstoffmangel litten.

Weitere Versuche zeigten, dass CTC-Cluster mit Sauerstoffmangel besonders gefährlich sind: Im Vergleich zu Verbänden mit normalem Sauerstoffgehalt bildeten sie schneller Metastasen und verkürzten die Überlebenszeit der Mäuse.

Um die Sauerstoffversorgung zu verbessern wurde die Ausbildung von Blutgefässen durch eine proangiogenetischen Behandlung stimuliert. Wie erwartet reduzierte sich dadurch die Zahl der abgelösten CTC-Cluster – allerdings vergrösserte sich dabei gleichzeitig auch der Primärtumor deutlich.

„Dies ist ein provokantes Ergebnis“, so Prof. Nicola Aceto, Universität Basel: „Wenn wir dem Tumor genug Sauerstoff geben, haben die Krebszellen keinen Grund, den Tumor zu verlassen und Metastasen zu bilden. Andererseits beschleunigt dies aber auch das Wachstum des Primärtumors.“

Die nächste Herausforderung besteht darin, diese Erkenntnisse in das klinische Umfeld zu übertragen und Substanzen zu finden, die die Sauerstoffzufuhr im Tumor verbessern, in Kombination mit anderen Wirkstoffen jedoch auch die Entstehung von Metastasen bei Brustkrebs bremsen.

Referenzen:

Universität Basel, https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Sauerstoffmangel-im-Tumor-beguenstigt-die-Bildung-von-Metastasen.html

Hypoxia Triggers the Intravasation of Clustered Circulating Tumor Cells,
Cell Reports (2020); doi: 10.1016/j.celrep.2020.108105

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Onkologie Wissenschaft

Strahlentherapie: Gene beeinflussen Wirksamkeit

Eines der grossen Rätsel der Krebsforschung ist, wieso bestimmte Patienten auf eine Strahlentherapie besser ansprechen als andere. Wissenschaftler der Universität Bern haben nun in enger Zusammenarbeit mit dem niederländischen Krebsforschungszentrum in Amsterdam entdeckt, welche Gene hierfür eine wichtige Rolle spielen. Daraus ergeben sich neue Erkenntnisse für die Krebsbehandlung.

„Wir hoffen, dass unserer Erkenntnisse dazu beitragen die Aussichten auf Erfolg einer Strahlentherapie besser vorherzuzsagen, zudem können die Ergebnisse dazu verwendet werden, neue Medikamente zu entwickeln, welche die Effizienz der Radiotherapie verbessern könnten“, so Prof. Sven Rottenberg, Universität Bern.

Das Team um Rottenberg untersuchte mittels genetischen Screenings die Selbstreparatur von Krebszellen. Dabei stiessen sie auf entscheidende Schwachstellen: Wenn bestimmte Reparatur-Gene in Krebszellen fehlen, sind diese unfähig, sich nach der Bestrahlung selber zu reparieren. Dies konnten die Forschenden im Tiermodell und in menschlichen Zellen nachweisen. Wenn diese Gene fehlen, besteht somit eine gute Chance, dass die Strahlentherapie erfolgreich sein wird. Rottenberg: „Unsere Erkenntnisse zeigen, wie wichtig eine personalisierte Krebstherapie ist, welche die genetische Prädisposition der Betroffenen berücksichtigt.“

Referenzen:

Universität Bern; Cancer Institute Amsterdam

Functional radiogenetic profiling implicates ERCC6L2 in non-homologous end joining; Cell Reports, 25.8.2020; https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)31053-6

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Hämatologie Onkologie Wissenschaft

Weiterer Druchbruch bei CARs

Wissenschaftler der St. Anna Kinderkrebsforschung und der Universität für Bodenkultur Wien konzipieren einen komplett neuartigen CAR-T-Zell-Prototypen, der präziser gegen Tumorzellen und schonender für gesundes Gewebe eingesetzt werden kann.
Die Krebstherapie mit Chimeric Antigen Receptor (CAR) -T-Zellen greift Tumorzellen an und wird bereits erfolgreich bei bestimmten Arten von Blutkrebs angewandt. Damit sich diese Behandlung gezielter ausschließlich gegen Tumorzellen richtet, haben die Forscher eine Plattform mit neuartig konstruierten CAR-T-Zell-Prototypen konzipiert. Zusätzlich zu der spezifischeren Erkennung der Tumorzellen sind diese CAR-T-Zell-Prototypen auch noch quasi ein- und ausschaltbar.

Um die Spezifität zu erhöhen, entwickelten die Wissenschaftler Aviditäts-kontrollierte CARs (AvidCARs). „Dafür verwenden wir für unsere CARs Antigen-Bindungsstellen, deren Bindungsstärke zu den Andockstellen auf den Krebszellen stark verringert ist. Das bewirkt, dass das CAR-Molekül erst nach einer zweifachen (=bivalenten) Wechselwirkung aktiviert wird“, so Michael Traxlmayr, Biochemiker an der Universität für Bodenkultur Wien: „Dieses neuartige Design erlaubt, CARs zu konstruieren, die mit zwei unterschiedlichen Bindungsarmen eine tumorspezifische Kombination aus zwei verschiedenen Andockstellen erkennen. Zusätzlich kann die Funktion des neuen CAR-Moleküls auch noch über ein Medikament reguliert werden. Dies könnte in Zukunft die Kontrolle der CAR- T-Zell-Aktivität sogar noch nach der Verabreichung in den Patienten ermöglichen.“ Manfred Lehner von der St. Anna Kinderkrebsforschung ergänzt: „Das Auto kann nun präziser gelenkt werden, außerdem können wir unterschiedlich Gas geben. Das macht den Einsatz für eine Vielzahl von Tumoren attraktiv.“

Referenzen:
BOKU – Universität für Bodenkultur Wien, St. Anna Kinderkrebsforschung
https://kinderkrebsforschung.at/news/car-t-zell-immuntherapie
Engineering AvidCARs for combinatorial antigen recognition and reversible control of CAR function, Nature Communications 11: 4166 (2020);
https://doi.org/10.1038/s41467-020-17970-3

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Hämatologie Onkologie Therapie Wissenschaft

ALCL-Lymphom: Kombinations-Therapien verhindern Resistenzen

Von der zu den Non-Hodgkin Lymphomen zählenden Blutkrebsart anaplastisch-großzelliges Lymphom (ALCL) sind vor allem Kinder und Jugendliche betroffen, bei denen das Onkogen „Anaplastische Lymphom-Kinase“ (ALK) in abnormer Weise exprimiert ist. Ein Großteil dieser Patienten spricht zwar auf die standardmäßige Chemotherapie an, jedoch werden über 50% Prozent der Behandelten rückfällig. Als nächster Schritt werden dann ALK-Inhibitoren verabreicht, allerdings bilden sich bei einigen Patienten auch Resistenzen auf diese Blockade.

Ein internationales Forscherteam konnte nun nachweisen, dass eine erhöhte Expression eines Proteins namens IL-1ORA, das an der Oberfläche von Tumorzellen sitzt, die Tumorzelle vor den ALK-Inhibitoren schützt. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die IL-1ORA-Expression nicht mit dem Ansprechen auf eine Standard-Chemotherapie korreliert. Die Konsequenz aus dieser Beobachtung könnte in einer modifizierten Therapieform liegen, so die Forscher: „Es wäre sinnvoll, bereits im ersten Schritt eine Kombination aus Chemotherapie und ALK-Inhibitoren einzusetzen, um PatientInnen möglichst vor Rückfällen zu bewahren“.

Medizinische Universität Wien
Presseinformation

Originalpublikation: Blood June 23, 2020: https://doi.org/10.1182/blood.2019003793

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Immunologie Onkologie Therapie Wissenschaft

Schwachstellen in CARs aufgedeckt

Die CAR-T-Zelltherapie ist eine neuartige revolutionäre Krebsbehandlung, bei der T-Zellen von Patienten unter Anwendung neuester immunologischer Forschungsergebnisse gentechnisch so verändert werden, dass sie, nachdem sie den Betroffenen mittels Infusion wieder zurückgegeben wurden, Tumorzellen zerstören können. Die Therapie ist eine vielversprechende Option für rund ein Fünftel der Patienten in Österreich, die jährlich am diffus großzelligen B-Zelllymphom oder an akuter lymphoblastischer Leukämie (ALL) leiden. Forscher haben nun aufgeklärt, warum die aufwendige und oft äusserst erfolgreiche Therapie bei rund der Hälfte der Patienten nicht funktioniert.

Venugopal Gudipati und Johannes Huppa vom Institut für Hygiene und Angewandte Immunologie der Medizinischen Universität Wien, Mitglieder des Comprehensive Cancer Center (CCC) der MedUni Wien und des AKH Wien und Lead-Autoren der Studie, haben mit Hilfe einer hochsensitiven Einzelmolekül-Mikroskopie-Methode und in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Würzburg und der BOKU in Wien herausgefunden, dass dieser Erkennungsmechanismus bei Tumorzellen, die ihre Antigendichte herunterreguliert haben, nicht mehr funktioniert, was in rund 50 Prozent der Behandlungen zu Tumorrückfällen führt. Sie konnten zeigen, dass CAR-T-Zellen mindestens 1.000 Antigene benötigen, um ausreichend für eine Killer-Antwort stimuliert zu werden. Natürlich vorkommende T-Zellen, die virusinfizierte Zellen mit Hilfe ihres T-Zell Rezeptors erkennen und dann bekämpfen, benötigen dafür lediglich 1-5 virale Antigene.

„Unsere Studienergebnisse legen daher nahe, dass es zur nötigen Verbesserung der Antigenempfindlichkeit von CAR-T-Zellen und zur effizienten Bekämpfung von Tumoren unerlässlich ist, CARs zukünftig nach der Vorlage der Architektur der T-Zell-Rezeptoren zu entwerfen und nachzubauen. Wenn uns das gelingt, schöpfen wir große Hoffnungen, künftig über hochsensitive und hocheffiziente CARs zu verfügen“, erklären die Studienautoren. Das könnte auch dazu führen, dass man CAR-T-Zellen auch effektiv bei einer Vielzahl anderer Tumorarten mit geringer Tumorantigen-Expression einsetzen könnte.

Referenzen:
Medizinische Universität Wien, Universitätsklinikum Würzburg, BOKU – Universität für Bodenkultur Wien
Nature Immunology: “Inefficient CAR-proximal signaling blunts antigen sensitivity.” V. Gudipati, J. Rydzek, I. DoelPerez, V. Dos Reis Gonçalves, L. Scharf, S. Königsberger, E. Lobner, R. Kunert, H. Einsele, H. Stockinger 1, M. Hudecek and J. B. Huppa.
https://www.nature.com/articles/s41590-020-0719-0

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Nephrologie Onkologie Wissenschaft

Test zur Früherkennung von Nierenkrebs

Ein neue Flüssigbiopsie-Methode kann Nierenkrebs mit bis zu 100%iger Sicherheit anhand eines Bluttests erkennen, so eine kürzlich in Nature Medicine publizierte Untersuchung. Einschliesslich kleiner, lokalisierter Tumoren, die häufig gut heilbar sind, für die es bisher jedoch noch keine Früherkennungsmethode gibt.

Etwa 35% der Tumore werden erst dann erkannt, wenn sich der Tumor schon ausgebreitet hat und die Chancen auf eine vollständige Heilung sinken. Der neue Test könnte dazu beitragen, die Mortalität deutlich zu reduzieren. „Nierenkrebs ist einer der am schwersten zu erkennenden Tumore“, so die Forscher, „weil sie lange symptomlos bleiben und sich auch kaum DNA- Bestandteile des Tumors im Blut nachweisen lassen.“

Der neue Test (cfMeDIP-seq) weist daher auch nicht im Blut zirkulierende Tumorzellen nach, sondern mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung, zellfreie und abnormal methylierte DNA- Bruchstücke. Die Methode wurde an Proben von 99 Patienten mit Nierenkrebs in allen Stadien angewendet und konnte Tumore zu fast 100% nachweisen. Um eine breite und einfache Anwendung dieses Test zu ermöglichen, wird im nächsten Schritt an einer Methode gearbeitet, den Tumormarker auch in Urinproben nachweisen zu können.

Referenz:
Dana-Farber-Cancer-Institute
Press release, June 22
https://www.dana-farber.org/newsroom/news-releases/2020/biomarker-test-highly-accurate-in-detecting-early-kidney-cancer/

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Neurologie Onkologie Wissenschaft

Molekularer Teufelskreis von Hirntumoren bei Kindern entschlüsselt

Forscher aus Wien und Linz konnten mit Hilfe einer umfassenden molekularen Analyse der Cerebrospinalflüssigkeit wichtige Erkenntnisse in Bezug auf die Aggressivität des Medulloblastoms, dem häufigsten bösartigen Hirntumor bei Kindern finden.

Mittels modernster massenspektrometrischer Verfahren erfolgte eine Analyse des Protein-, Stoffwechsel- und Blutfett- bzw. Lipidhaushalt des vom Tumor umgebenden Gewebe. Neben dem Nachweis charakteristischer Tumor-Marker wurde festgestellt, dass Tumor-assoziierte Makrophagen (sog. Fresszellen) direkt tumorfördernde Proteine bilden sowie zusätzlich Lipidhormone erzeugen, welche den Stoffwechsel wiederum in Tumor-fördernder Weise verändern. So kann eine Mikroumgebung entstehen, in der die Bildung von Therapie-resistenten Tumorzellen direkt gefördert wird und es, trotz Behandlung, zu einer wiederkehrenden Erkrankung kommen kann. Diese Erkenntnisse geben Hoffnung auf die Entwicklung neuer Therapieansätze.

Referenzen:
Universität Wien, Pressemeldung 2. Juni 2020
https://medienportal.univie.ac.at/…/molekularer-teufelskre…/
Cancers MDPI, published 26 May 2020
https://doi.org/10.3390/cancers12061350

Universität Wien JKU – Johannes Kepler Universität Linz

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