Durch den Einsatz von 3D-Druck ist es Forschenden gelungen, ein Modell zu entwickeln, das die Bedingungen zur Ausbreitung von Tumorzellen realistisch nachbildet. Dieses innovative Verfahren ermöglicht es, das Verhalten von Krebszellen unter extremen Bedingungen in Echtzeit zu beobachten und besser zu verstehen.
Trotz Fortschritten in Prävention, Diagnose und Therapie haben sich einige Tumoren weiterhin in andere Organe ausgebreitet – ein Vorgang, der als Metastasierung bekannt ist und maßgeblich für die meisten krebsbedingten Todesfälle verantwortlich ist.
„Die Untersuchung des Moments, in dem eine relativ passive Tumorzelle die Fähigkeit erlangt, sich zu bewegen und zu metastasieren, könnte für die Krebsbehandlung von entscheidender Bedeutung sein“, sagte Carlos Carmona-Fontaine, außerordentlicher Professor für Biologie an der New York University und Erstautor der Studie. „Leider ist es praktisch unmöglich, diesen Übergang direkt zu beobachten, und deshalb gibt es keine Therapien, die auf diesen kritischen, aber wenig erforschten Schritt in der Krebsentwicklung abzielen.
Das neue Modell, bezeichnet als „3MIC“ (3D Microenvironment Chamber), simuliert die Bedingungen innerhalb von Tumorgeweben, wo Sauerstoff- und Nährstoffmangel häufig die Metastasierung auslöst. Durch den Einsatz von Live-Mikroskopie ermöglicht das 3MIC die Echtzeitbeobachtung der Zellentwicklung. Die präzise Geometrie des Modells, realisiert durch 3D-Drucktechnologien, erlaubt eine detaillierte Bildgebung der tief liegenden, nährstoffarmen Zellen.
„Eine der wichtigsten Bedingungen für die Entstehung von Metastasen – der Mangel an Nährstoffen und Sauerstoff – war auch eine der am schwierigsten nachzubildenden Bedingungen und wahrscheinlich die wichtigste Innovation des 3MIC“, so Carmona-Fontaine.
Zudem integriert das Modell zusätzliche Zelltypen wie Makrophagen und Fibroblasten, die eine Rolle im Metastasierungsprozess spielen. Dies ermöglicht umfassende Studien über die Migration und Interaktion der Tumorzellen unter variierenden metabolischen Bedingungen.
Die Ergebnisse der Studie bestätigen bekannte metastasefördernde Faktoren und deuten zudem auf einen Mechanismus hin, bei dem niedriger Sauerstoffgehalt indirekt durch eine Senkung des pH-Werts das Tumorumfeld saurer macht. Interessanterweise zeigen die Forschenden, dass herkömmliche Chemotherapeutika wie Taxol in nährstoffarmen Umgebungen weniger wirksam sind, was auf intrinsische Veränderungen der Zellen hinweist, die sie resistenter gegenüber Medikamenten machen.
Mit dem 3MIC-Modell setzen die Forschenden nun ihre Arbeit fort, um frühe Anzeichen der Metastasierung zu identifizieren und potenzielle therapeutische Ziele zu testen, die diesen Prozess unterbrechen könnten. Die Studie wurde von verschiedenen Institutionen wie dem National Cancer Institute und der American Cancer Society unterstützt.