Organotypische Slicekulturen von humanem Glioblastoma multiforme als Testsystem für neue Therapien

Glioblastoma multiforme (GBM) ist der nach WHO am gefährlichsten eingestufte Hirntumor astrozytären Ursprungs. Patienten versterben ohne Behandlung etwa drei bis sechs Monaten nach Diagnose, die derzeitig modernste Behandlung mit Chemo-Radiotherapie verlängert das mediane Überleben auf 12-15 Monate. Trotz intensiver Forschung gibt es zurzeit keine realistische Heilungschance. Bislang erfolgt der Großteil der Forschung an Zellkulturen oder mit Hilfe von Tiermodellen, bei denen ein Tumor künstlich erzeugt wird. Dabei ergeben sich Probleme für die Übertragung der Ergebnisse auf den Menschen. Zellkulturen werden z.B. als sogenannte Monolayer-Kulturen gehalten, was bedeutet, dass ihnen der natürliche Gewebeverband und die für Signalling-Wege wichtige extrazelluläre Matrix fehlen. Außerdem werden solche Langzeitkulturen häufig subkultiviert und mutieren dadurch in Richtung einer klonalen Linie, was zwar Ergebnisse leichter reproduzierbar macht, aber nicht die Situation im Patienten widerspiegelt. Tierversuche implizieren zwar den Gewebeverband im Körper, jedoch müssen die dafür verwendeten Nager immunsupprimiert sein, so dass sie den induzierten Tumor nicht abstoßen. Dies erzeugt wiederum ein künstliches Umfeld. In diesem Projekt wird untersucht, ob sich humane GBM-Gewebe als sogenannte Slice-Kultur halten lassen und als Testsysteme zur Untersuchung der Wirkung von Chemotherapeutika sowie Bestrahlung geeignet sind. Bei dieser Kultivierungsmethode wird das Gewebe in Scheiben (Slices) geschnitten, wobei alle Zellen im Verband sowie die 3D-Struktur erhalten bleiben. Wegen des humanen Ursprungs entfällt das Problem des Speziesunterschiedes. Das Gewebe wird direkt aus dem Operationssaal ins Labor transferiert und weiterverarbeitet. Wir konnten bislang zeigen, dass Slice-Kulturen von humanem GBM über mindestens zwei Wochen in Kultur vital bleiben und ihre ursprüngliche charakteristische Morphologie beibehalten. Etablierte Behandlungsmethoden wie die Gabe von Temozolomid oder Röntgenbestrahlung zeigen auch in kultivierten Slices bekannte Effekte wie Induktion von DNA-Doppelstrangbrüchen, Reduktion von Proliferation und Aktivierung des Apoptose-Enzyms Caspase 3. Eine neue Therapieoption besteht seit einigen Jahren in der Bestrahlung mit Kohlenstoffionen (12C), die an der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt entwickelt und getestet wurde. Derzeit wird diese Therapie sehr erfolgreich an soliden Tumoren im Kopf- und Halsbereich angewendet und soll nun auf weitere Tumorarten ausgedehnt werden. Eine Kooperation mit der dortigen Biophysik-Gruppe wurde initiiert, um humane GBM-Slices mit 12C zu bestrahlen. Bislang wurde das entsprechende Setup etabliert und erste Experimente durchgeführt. Die ersten Ergebnisse wurden kürzlich publiziert. Weiterhin soll nun geprüft werden, ob das Ansprechen der GBM Slice-Kulturen mit dem Überleben der Patienten korreliert bzw. ob resistente Kulturen aus Patienten stammten, die schlecht auf die Therapie reagierten. Außerdem sollen überlebende Zellen in den Slices nach Behandlung auf ihre molekularen Eigenschaften geprüft werden, um Hinweise auf die Mechanismen der Tumorresistenz zu erhalten. Langfristig könnten diese Slice-Kulturen genutzt werden, um neuartige Wirkstoffe in der Vorklinik zu prüfen oder eine optimierte, personalisierte Therapie für Patienten zu ermitteln