Die für den Kampf gegen Krebs erforderlichen mechanischen Kräfte
Zahlreichen biologischen Prozessen liegen physikalische Kräfte zugrunde, so auch dem Wachstum von soliden Tumoren wie Brustkrebs. Das EU-finanzierte Projekt MECHANO-CONTROL hat neue Erkenntnisse darüber bereitgestellt, wie diese Kräfte wirken und wie wir dieses Wissen zur Behandlung von Brustkrebs nutzen können. Darüber hinaus hat das Team innovative Instrumente entwickelt, die den Weg für zukunftsweisende Verfahren zur Krebstherapie ebnen könnten. „Ein gebräuchliches Früherkennungsverfahren für Brustkrebs besteht darin, die Brust abzutasten, um Knoten zu entdecken: Brusttumore sind fester als gesundes Gewebe, und diese Verhärtung begünstigt das Fortschreiten der Krankheit“, sagt Pere Roca-Cusachs Soulere, Leiter der Gruppe Zelluläre und molekulare Mechanobiologie am Institut für Bioengineering in Katalonien, Spanien. Um die dabei wirkenden Kräfte zu untersuchen, betrachtete das fachübergreifende Forschungsteam diese auf verschiedenen Ebenen, von Molekülen über Organe bis hin zum Gesamtorganismus. Auf diese Weise konnten sie herausfinden, wie diese Kräfte aus mechanistischer Sicht das Wachstum von Brustkrebs auslösen.
Eine mechanische Kettenreaktion
„Bei jeder Bewegung, die wir machen, üben die Zellen in unserem Körper über sogenannte molekulare Motoren Kräfte auf ihre Umgebung aus“, erklärt Roca-Cusachs Soulere. „Wir haben festgestellt, dass die Zellen untereinander und auf ihre Umgebung mit schnellerer Dynamik Kraft ausüben, wenn ein Gewebe fester ist.“ Die Dynamik der ausgeübten Kraft verändert die Eigenschaften der chemischen Bindungen zwischen Zellen und deren Umgebung, die diese Kräfte übertragen. Dies setzt eine Kette von Ereignissen in Gang, die zu einer Verformung des Zellkerns führen können, wodurch wiederum Gene aktiviert werden, die mit Krebs in Verbindung stehen und möglicherweise zu einer Krebsinvasion führen.
Tumorwachstum stoppen
Das Team von MECHANO-CONTROL testete Verfahren zur Kontrolle dieser mechanischen Kräfte und zum Eindämmen des Tumorwachstums, indem es solche Interaktionen In vitro und In vivo mit Mäusen nachbildete. Die experimentellen Daten wurden mit Computermodellen verknüpft, um die diesen Wechselwirkungen zugrunde liegenden Regeln zu ermitteln. Das Team erschloss eine Hydrogeltechnologie, die als Testplattform für die weitere Krebs- und Arzneimittelforschung dienen wird. Die im Labor synthetisierten Gele ahmen die verschiedenen Steifigkeitsgrade nach, denen Zellen unterliegen können. Sie werden den Forschenden helfen, Ansätze zur Steuerung dieser mechanischen Prozesse zu erproben, indem sie das Verhalten eines Tumors in einer kontrollierten Umgebung nachbilden. Ein Patent wurde angemeldet, und das Team arbeitet derzeit an der Marktentwicklung der Plattform.
Neue Ansätze für Krebsmedikamente
Auch bei der Entwicklung von Medikamenten haben Roca-Cusachs Soulere und sein Team vielversprechende Schritte unternommen. Sie konnten Moleküle identifizieren, die im Hinblick auf die Eindämmung des Fortschreitens der Krebserkrankung erfolgversprechend sind, und erarbeiteten computergestützte Modelle für die Entwicklung von Arzneimitteln. „Die Entwicklung von Arzneimitteln ist natürlich ein langwieriger, langsamer Prozess, der über dieTrefferidentifikation hinaus eine Menge Arbeit erfordert. Es werden daher immense Anstrengungen unternommen, um eine medikamentöse Nutzung in greifbare Nähe zu rücken.“ Des Weiteren befassen sie sich mit der Zelltechnik als einem weiteren möglichen Weg zur Krebsbehandlung. Außer bei Brustkrebs könnten die Erkenntnisse von MECHANO-CONTROL auch bei vielen anderen Krebsarten mit soliden Tumoren, wie etwa Bauchspeicheldrüsenkrebs, angewandt werden. Ferner eröffnen die Projektergebnisse neue Perspektiven für die Behandlung von Fibrose und die Entwicklung von Biowerkstoffen, die als Implantate im menschlichen Körper Anwendung finden.
Schlüsselbegriffe
MECHANO-CONTROL, mechanische Kräfte, solide Tumore, Brustkrebs, Mechanobiologie, Hydrogeltechnologien, Biowerkstoffe
