Sie sind nur vier Millimeter groß und trotzdem entsprechen sie in ihrer Struktur menschlichen Gehirnen: Seit 2013 können Wissenschaftler um Jürgen Knoblich vom Institut für Molekulare Biotechnologie in Wien die Gehirnentwicklung an dreidimensionalen Mini-Organoiden studieren. Jetzt haben die Forscher ein neues Anwendungsgebiet erschlossen: Mini-Gehirne als Modell für bösartige Hirntumore.
Knoblich und die Co-Autoren haben ihre Ergebnisse in der wissenschaftlichen Zeitschrift "Nature Methods" vorgestellt. Das System solle als Modell für zukünftige Forschungen zu Gehirntumoren dienen, schrieben sie.
Limitierte Möglichkeiten im Tiermodell
Der Hintergrund liegt in folgenden Fakten: Gehirntumor-Modelle mit genetisch veränderten Mäusen bieten nur sehr limitierte Möglichkeiten, weil sich Menschen von Mäusen eben in vielfacher Weise unterscheiden. Überträgt man Gehirntumor-Gewebe von Menschen auf Mäuse kann man die Entstehung der Tumore nicht mehr untersuchen, weil das Tumorgewebe ja schon vorliegt.
Außerdem entspricht die Immunlage der Mäuse, welche das artfremde Gewebe tolerieren, nicht jener von Menschen. Schließlich kommt es darauf an, die Gewebezusammensetzung des menschlichen Gehirns dreidimensional möglichst nachzubilden, was im Labor mit anderen Methoden kaum gelingt.
Detailgetreue Gehirne
Diese Probleme wollen die Wiener Wissenschafter mit "neoplastischen Gehirn-Organoiden" umgehen. "Diese kleinen Organoide reproduzieren einzigartige Aspekte des menschlichen Gehirns detailgetreu, wie z. B. seine verschiedenen Zelltypen und Entwicklungsstadien. Sie erlauben uns daher, die Art und Weise, wie Tumoren entstehen, nachzuvollziehen und bieten ein System, um neue Therapien zu erproben", wurde Knoblich, interimistisch Wissenschaftlicher Direktor am IMBA, zitiert.
Im Endeffekt nutzten die Wissenschafter mehrere Gen-verändernde Techniken wie Verfahren zur Vermehrung von Onkogenen in der DNA und die "Genscheren-Technik" CRISPR-Cas9, um Organoide zu schaffen, welche die Charakteristika von bösartigen Gehirntumoren aufweisen.
Durch Rückgriff auf Daten von Krebs-Genomuntersuchungen und unter Verwendung dieser Informationen gelang es, Gehirn-Organoide zu schaffen, welche Glioblastomen oder sogenannten Tumoren des Zentralnervensystems (CNS-PNET) entsprechen. Das System nannten die Wissenschafter "NeoCOR".
Entstehung der Krankheit untersuchen
Diese Modelle könnten nun verwendet werden, um in der Grundlagenforschung zunächst einmal die Entstehung der Tumor-Erkrankungen im Gehirn zu untersuchen. Laut aktuellen wissenschaftlichen Untersuchungen handelt es sich bei den Erkrankungen um wahrscheinlich viele Dutzend verschiedene Krankheiten bzw. Subtypen. Alte Kategorisierungen und Charakterisierungen könnten überholt sein. Solche 3D-Organoid-Modelle könnte aber auch für Tests von Medikamenten auf ihre potenzielle Wirksamkeit verwendet werden.
"Das NeoCOR-Modell ist ein wertvolles Werkzeug, das für die Untersuchung der Grundlagen der Gehirntumor-Biologie und für den Test möglicher Medikamente auf personalisierter Basis eingesetzt werden kann", schrieben die Autoren der neuen Studie.
Weltweit laufen Untersuchungen bei verschiedenen Krebsformen, wie man durch Tests von einzelnen Patienten gewonnenes Tumormaterial zu Organoiden des jeweils betroffenen Organs machen und dann möglichst schnell auf eine Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Krebsmedikamenten testen kann.