Ärzte Zeitung online, 21.12.2009

Forscher beobachten Wachstum von Krebszellen live

MÜNCHEN (eb). Forscher der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München haben in Echtzeit verfolgt, welche Schritte zur Bildung von Hirnmetastasen zwingend erforderlich sind - und welche die Krebszellen in eine Sackgasse führen. Das Team hofft, mit den neuen Erkenntnissen Krebstherapien verbessern zu können und Medikamente zu entwickeln, die auf die Entstehung von Metastasen Einfluss nehmen.

Zudem konnten die Wissenschaftler zeigen, dass das Krebsmedikament Avastin® die für Tumoren essenzielle Neubildung von Gefäßen blockiert und so die Bildung von Metastasen verhindert.

Bis zu 25 Prozent aller Krebspatienten entwickeln Metastasen im Gehirn - oft auch lange nach einer erfolgreichen Behandlung des Ursprungstumors. Meist sind es die Metastasen, nicht der Ursprungstumor, die für Krebspatienten tödlich sind. Eine besonders schlechte Prognose ist mit Metastasen im Gehirn verbunden.

Diese Tumoren entstehen häufig bei Lungen-, Brust- und Hautkrebs und sind kaum zu behandeln. In der Regel kann das Wachstum der Hirnmetastasen nur verzögert, nicht aber aufgehalten werden. Den Patienten bereiten sie sehr belastende Beschwerden, etwa Kopfschmerzen und Übelkeit, aber auch neurologische Symptome wie Lähmungen und Sprachverlust.

"Leider beobachten wir Hirnmetastasen heute häufiger als früher", sagt Dr. Frank Winkler, Leiter der Forschergruppe Neuroonkologie an der Neurologischen Klinik und Poliklinik der Universität München. "Die verbesserte Therapie von Krebserkrankungen hat zwar dazu geführt, dass die Betroffenen länger überleben. Doch dadurch entwickeln bedauerlicherweise auch mehr Patienten Metastasen im Gehirn."

Wie diese Metastasen entstehen, war bislang weitgehend ungeklärt. In enger Zusammenarbeit mit Professor Jochen Herms vom Zentrum für Neuropathologie und Prionforschung der LMU und Forschern vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried bei München ist es Winkler und seinen Mitarbeiterinnen Yvonne Kienast und Louisa von Baumgarten nun erstmals gelungen, das Schicksal einzelner Krebszellen über Wochen und Monate in Echtzeit zu verfolgen - bis hin zur Entwicklung großer Hirnmetastasen.

Möglich war dies dank einer neuartigen Technik, der sogenannten Zwei-Photonen-Mikroskopie. Diese erlaubt es, auch tiefer liegende Regionen des lebenden Gehirns bis in kleinste Einzelheiten sichtbar zu machen. "Wir konnten die Stadien der Metastasenbildung im Gehirn quasi live mitverfolgen", so Kienast.

Zwei unterschiedliche Farbstoffe ließen die Blutgefäße grün, die von den Forschern injizierten Tumorzellen dagegen rot aufleuchten. Über einen Zeitraum von mehreren Wochen konnten die Wissenschaftler dann beobachten, dass für die Bildung einer Gehirnmetastase insgesamt vier Schritte notwendig sind.

Als erstes müssen die Tumorzellen im Blut an einer Gabelung im Adergeflecht hängen bleiben. "Anders als bislang vermutet, genügt dieser Schritt aber nicht zur Metastasenbildung", berichtet Winkler. "Wir konnten sehen, dass die Zellen erst noch durch winzige Löcher in der Gefäßwand nach außen dringen müssen, um sich dann in einem dritten Schritt von außen an die Ader anzuheften." Dann können die Tumorzellen bereits Mikrometastasen aus vier bis 50 Zellen bilden.

Gefährlich ist der vierte Schritt

Doch erst ein vierter Schritt ist der eigentliche Startschuss für die Entwicklung einer klinisch relevanten Hirnmetastase: Dabei verschmelzen mehrere benachbarte Mikrometastasen und initiieren die Bildung neuer Blutgefäße. Diese sogenannte Angiogenese liefert der Geschwulst alle nötigen Nährstoffe und erlaubt so ein schnelles und ungebremstes Tumorwachstum.

Welche Sackgassen in der Entwicklung die Metastasenbildung verhindern, wurde im Versuch aber auch deutlich. "Dies geschieht etwa, wenn die Krebszellen nicht aus den Adern gelangen, wenn sie nicht von außen an die Gefäßwand anheften oder aber keine neuen Blutgefäße bilden können", so Winkler. Ohne Angiogenese starben selbst Krebszellen ab, die sich bereits an die Außenwand einer Ader angeheftet und zunächst stark vermehrt hatten.

Viele Krebszellen ruhen zunächst und vermehren sich erst nach relativ langer Zeit

Wie Winkler und sein Team nachweisen konnten, ruhen viele Krebszellen, um sich erst nach relativ langer Zeit zu vermehren. "Das könnte erklären, warum Metastasen oftmals erst Jahre nach einer erfolgreichen Therapie entstehen", sagt der Mediziner. Aber auch in diesem Ruhezustand ist der direkte Kontakt zu einem Blutgefäß essenziell für das Überleben der Tumorzellen.

All diese Ergebnisse sollen nun die Versorgung der Patienten verbessern. So konnten die Forscher bereits zeigen, dass das Krebsmedikament Avastin® die Angiogenese blockiert, so dass Mikrometastasen dauerhaft in einem Schlummerzustand gehalten werden. "Wir wollen nun auch noch andere Krebsmedikamente in ihrer Wirkung testen", so Winkler. "Zudem könnten dank dieser Einsichten aber auch neue Substanzen entwickelt werden, die eine Prävention oder bessere Behandlung von Metastasen ermöglichen."

Zum Abstract der Studie "Real-time imaging reveals the single steps of brain metastasis formation"

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