Wie sich Hirntumore durch komplexe Ökosysteme anpassen

Trotz der Fortschritte in der Medizintechnik und eines sich ständig weiterentwickelnden Verständnisses der Mechanismen des Fortschreitens von Krebs stehen Forscher und Kliniker vor einer Reihe von Herausforderungen auf dem Weg, ein Heilmittel für die aggressivsten Krebsformen zu finden. Dies gilt insbesondere für Glioblastoma multiforme, die häufigste und aggressivste Form von menschlichem Hirntumor.

Glioblastom ist allgemein tödlich. Einige der zerstörerischsten Merkmale dieser Tumoren, wie unkontrolliertes und invasives Wachstum in gesundes Gewebe, machen diese Form von Hirntumor sehr schwer zu behandeln. Unbehandelte Betroffene überleben in der Regel nur wenige Monate. Der derzeitige Goldstandard für die Behandlung ist eine Kombination aus Operation, Chemotherapie und Strahlentherapie. Dies erhöht jedoch selten die Überlebensrate der Patienten jenseits von zwei Jahren da resistentere Tumore immer wieder nachwachsen. Die Fähigkeit der Zellen, sich anzupassen, weiterzuentwickeln und auszuweichen, ermöglicht es härteren Tumorzellen, Abwehrmechanismen gegen eine herkömmliche Behandlung zu entwickeln.

Krebszellen sind so einzigartig wie Schneeflocken

Um zu verstehen, wie sich Glioblastom-Tumore entwickeln können, um resistenter zu werden, ist es wichtig, Hirntumore nicht als einheitliches Gewebe, sondern als komplexe Populationen verschiedener, dynamischer und transformierender Zelltypen zu erkennen.

 

In gesunden Geweben reguliert ein koordiniertes System von Molekülen die Geschwindigkeit der Zellteilung und die Expression von Genen als Reaktion auf Umwelteinflüsse streng. In Krebszellen wird diese Maschinerie beeinträchtigt und die Zellen beginnen sich unkontrolliert zu teilen und bauen genetische Mutationen auf. Wenn sich die Zellen vermehren, entwickelt sich mit jeder neuen Teilung die genetische Identität des Nachwuchses.


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Wir finden auch immer mehr Beweise dafür, dass Glioblastom-Tumore von einem kleinen Cache von erhalten werden Krebsstammzellen. Dies sind langsam sich teilende, robuste Zellen, die in der Lage sind, sich unter den richtigen Bedingungen in viele verschiedene Zelltypen umzuwandeln und Tumore mit neuen Zellen mit unterschiedlichem genetischen Profil wieder aufzubauen.

Viele dieser Zelltypen besitzen Überlebensmerkmale. Sich schnell teilende Zellen können einer operativen Behandlung entgehen, indem sie zum Beispiel wachsen und wachsen tiefer in das Gehirn replizieren In einer zulässigen Umgebung können sie sich mit weniger Bedrohungen für ihr Wohlbefinden ausdehnen. Diese Fluchtzellen diffundieren oft durch das Gehirn, indem sie die Blutgefäße entführen und entlang dieser wandern. Durch diese Invasion und Migration wird ein Puffer aus gesundem Gewebe zwischen der Tumormasse und dem Skalpell des Chirurgen platziert.

Eine Operation kann auch durch einen als Angiogenese bekannten Prozess verhindert werden, bei dem neue Blutgefäße produziert werden, die von Tumorzellen signalisiert werden neue Ernährung Versorgungsleitungen zu sichern. Viele Zellen im Tumor verfügen über eine Toolbox mit Genen, die diese neuen Vorräte signalisieren.

Einige Gehirntumorzellen exprimieren ebenfalls Gene wie MGMT, Die gewährt die Fähigkeit Chemotherapie-induzierter DNA-Schäden und Bypass programmierten Zelltod zu reparieren. Bedenkt, dass TemozolomidDas derzeitige Medikament, das zur Behandlung von Glioblastomen verwendet wird, schädigt DNA durch einen als Methylierung bekannten Prozess. Zellen, die MGMT-positiv sind, können den Auswirkungen des Medikaments widerstehen. Wenn leicht exponierte Tumorzellen und solche, die gegenüber Medikamenten und Strahlung empfindlich sind, ausgesondert werden, werden Zellen mit diesen Überlebensmerkmalen für die Expansion ausgewählt und können innerhalb einer Tumormasse zum vorherrschenden Zelltyp werden.

Tumoren sind unübersichtliche Ökosysteme

Durch den Vergleich der Tumorlandschaft zum Ökosystem, können wir eine Anwendung evolutionäres Modell Anpassungsfähigkeit, Umweltbelastungen und Auswahl. In einem Ökosystem konkurrieren zahlreiche Arten von Pflanzen und Tieren um begrenzte Ressourcen und bewahren ein sich dynamisch veränderndes Gleichgewicht der Kräfte. Wenn wir mit einer Art interferieren, kann ein Wettbewerber einen größeren Anteil der Ressourcen erben und mehr Platz für die Verbreitung haben.

 

Diese Prinzipien können auf den Tumorlebensraum angewendet werden, da verschiedene Krebszelltypen im Gehirn um den Weltraum konkurrieren. In ähnlicher Weise folgen Zellen in einem Tumorökosystem Mustern, die dem Darwinschen Modell der natürlichen Selektion ähneln. Zellen, die sich teilen, können Nachkommen mit Mutationen erzeugen, die sie mit Werkzeugen ausstatten, um die Produktion neuer Blutgefäße zu fördern und sich schneller zu teilen. Dies verschafft ihnen einen Wettbewerbsvorteil, um Ressourcen zu sichern und erfolgreich zu reproduzieren.

Die nächste Generation Behandlungen

Ein aktuelles Verständnis der Umgebung von Hirntumoren könnte in Zukunft die Entdeckung nuancierter Behandlungsmöglichkeiten fördern. Eine solche Strategie würde darin bestehen, die Tumorentwicklung zu minimieren, indem die Zellen in einem sich langsam teilenden und auf die Behandlung ansprechenden Zustand gehalten werden, anstatt sie zur allgemeinen Ausrottung anzustreben. Um diese Strategie umsetzen zu können, könnten klinische Forscher nach neuen Wegen suchen, um die Progression des Glioblastoms zu stoppen, indem sie sich auf die Maschinerie konzentrieren, mit der sich Tumorzellen in ihrem Ökosystem anpassen können.

A aktuellen Studie verwendete Computermodelle von Genomkarten aus dem Krebsgenom-Atlas-Projekt Ziele wie ERBB2 oder EGFR zu identifizieren, für die bereits Krebsmedikamente oder -therapien verfügbar sind oder sich in klinischen Studien befinden. Viele dieser Ziele sind in der Krebsforschung als Mittel bekannt, mit denen Tumorzellen einen Wettbewerbsvorteil entwickeln.

Die Fokussierung auf diese Ziele bietet möglicherweise die Möglichkeit, die Signalisierungsfunktionen für aggressivere Merkmale zu blockieren, ohne die Zellen zu töten und mehr Platz für einen Herausforderer zu schaffen. Dies würde im Wesentlichen einen Teil der Tumorzellen beeinträchtigen, ohne das Ökosystem ernsthaft aus dem Gleichgewicht zu bringen.

Eine Reihe von aufregenden Entwicklungen wurden im Bereich von gemacht Immuntherapie und personalisierte Medizin durch Sequenzierung des gesamten Genoms, aber diese Technologie steckt noch in den Kinderschuhen. Eine Strategie, bei der die Glioblastom-Zellpopulation eher faul und besänftigt als rücksichtslos und konkurrenzfähig gehalten wird, kann die derzeitigen Behandlungen ergänzen, um die Lebensqualität der Patienten zu verbessern. Ein solcher Ansatz könnte Patienten ein paar Jahre mehr beschaffen, während wir die nächste Generation der Behandlung entwickeln und verfeinern.

Das Gespräch

Darren Ó hAilín ist Doktorand in Molekulare Medizin an der Universität Freiburg .

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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