Von allen Zellen eines Tumors sind Krebsstammzellen wohl die schlimmsten Bösewichte: Krebsstammzellen lassen die Geschwulste überhaupt erst entstehen und sorgen anschließend dafür, dass sie stetig weiterwachsen. Im Blut zirkulierende Krebsstammzellen siedeln sich an anderen Stellen des Körpers an und bilden dort Abkömmlinge des Ursprungstumors, die gefürchteten und oft tödlichen Metastasen. Noch dazu sind die Zellen besonders widerstandsfähig gegen viele Krebsmedikamente.

Wissenschaftler des Max-Delbrück-Centrums für molekulare Medizin (MDC) in Berlin-Buch richten ihr Augenmerk daher zunehmend auf die vermehrungsfreudigen Übeltäter. „Nur wenn wir es schaffen, gezielt auch die Krebsstammzellen zu vernichten, werden wir wirklich effektive Krebstherapien erhalten“, sagt Annika Fendler aus der Arbeitsgruppe „Signalvermittlung in Entwicklung und Krebsentstehung“, deren Team bei der Langen Nacht Laborführungen zum Thema anbietet.

Eigentlich sind Stammzellen eine Art natürliche Lebensversicherung. Denn anders als ausgereifte Zellen, die im Körper die Gewebe und Organe bilden und formen, sind sie in der Lage, sich unbegrenzt zu vermehren und sich in jeden Zelltyp des Körpers zu verwandeln, seien es Haut-, Muskel-, Nerven- oder Blutzellen. Nur mithilfe der Stammzellen können sich die Organe immer wieder erneuern und kleinere Schäden auch selbst reparieren.

Weniger Tierexperimente

Krebsstammzellen verfügen über ganz ähnliche Fähigkeiten – mit dem einzigen Unterschied, dass sie in ihrem Erbgut winzige Veränderungen aufweisen, sogenannte Mutationen. Daher gehen aus ihnen keine gesunden, sondern entartete Zellen hervor. Der kanadische Molekularbiologe John Dick von der University of Toronto, der als Entdecker der Krebsstammzellen gilt, vermutet, dass jeder Mensch solche genetisch veränderten Stammzellen in sich trägt, die unter bestimmten, noch ungeklärten Umständen zu einem Tumor heranwachsen können.

Dass einzelne Krebsstammzellen – egal ob sie aus Tumoren des Darms, der Brust oder der Niere entstammen – tatsächlich zu einer ganz neuen Geschwulst heranwachsen können, haben die Forscher des MDC bereits in Experimenten an Mäusen bewiesen. „Wir bekommen unser Tumorgewebe in der Regel von der Charité“, berichtet Fendler. „Im Labor können wir das Gewebe dann in seine einzelnen Zellen zerlegen und diese nach ihren Eigenschaften sortieren.“ Krebsstammzellen, die die Wissenschaftler isolierten und in Mäuse injizierten, ließen in den Tieren Tumore wachsen. „Verwendeten wir andere Zellen des Ursprungstumors, blieben die Mäuse hingegen gesund“, sagt Fendler.

Um weniger Experimente an Tieren vornehmen zu müssen und trotzdem mehr über die vielfach noch sehr mysteriösen Fähigkeiten der Krebsstammzellen zu erfahren, züchten Fendler und ihre Kollegen aus den Zellen im Labor zudem winzige, mit dem bloßen Auge gerade noch sichtbare Zellhäufchen, die sie Organoide nennen. „An diesen dreidimensionalen Gebilden können wir besonders gut erforschen, wie sich die Krebsstammzellen im Gewebeverband verhalten“, sagt Fendler. „So erhalten wir ein ziemlich realistisches Bild davon, was die Zellen im lebenden Organismus tun.“

Insbesondere für die personalisierte Krebsmedizin, bei der die Behandlung auf den jeweiligen Patienten genau abgestimmt wird, ist die Forschung an den ein bis zwei Millimeter großen Organoiden, die unter dem Mikroskop wie hohle Bälle aussehen, überaus nützlich. „Man weiß heute, dass kaum ein Tumor dem anderen gleicht“, sagt Fendler. Das ist der Grund, warum der eine Patient, der beispielsweise an Nierenkrebs leidet, auf ein bestimmtes Medikament gut anspricht, während ein anderer Patient mit der vermeintlich gleichen Krebsart auf die Behandlung nicht oder höchstens mit unerwünschten Symptomen reagiert.

Zwar lassen sich in vielen Fällen bestimmte genetische Merkmale eines Tumors schon heute bestimmen, so dass die Therapie an die charakteristischen Eigenschaften der Geschwulst angepasst werden kann. Trotzdem müssen Patienten und ihre Ärzte oft einen langen Weg bestreiten, bis sie die beste Behandlungsmethode gefunden haben. Nicht selten ist dieser Weg sehr beschwerlich – und zuweilen für den Patienten schlicht zu weit.

„Wenn wir aus den Stammzellen eines Patienten Organoide züchten, können wir die zur Verfügung stehenden Medikamente zunächst in der Petrischale testen“, sagt Fendler. „So sehen wir, ob eine bestimmte Behandlung aller Voraussicht nach anschlagen wird – ohne dass der Patient die oft schweren Nebenwirkungen erleiden muss und zudem womöglich im Kampf gegen die Krankheit kostbare Zeit verliert.“ Die genetischen Merkmale eines Tumors müssen auf diese Weise nicht einmal bestimmt werden.

Signalwege ausschalten

Auch neue Therapien lassen sich an den Organoiden gut testen. „Wir suchen bei uns am Institut zum Beispiel nach Substanzen, die in den Krebsstammzellen bestimmte Signalwege – also Ketten chemischer Reaktionen, über die die Zellen auf äußere Signale reagieren – gezielt ausschalten“, erläutert Fendler.

Ist ein solcher Signalweg, der in gesunden Zellen nicht existiert, blockiert, können die Krebsstammzellen nicht weiterwachsen und sich auch nicht mehr teilen. Als Folge davon gehen sie zugrunde. Sind alle Stammzellen eines Tumors vernichtet, findet auch dieser früher oder später sein natürliches Ende. Fendler: „Erste Studien, bei denen wir zwei Signalwege namens WNT und NOTCH ausgeschaltet haben, zeigen sehr ermutigende Ergebnisse.“

Derzeit konzentriert sich die Forscherin vor allem auf Experimente an Nierenorganoiden, die sie aus Krebsstammzellen von Patienten züchtet. „Mit der Organoidforschung sind wir stets dicht an der Realität und kommen zudem um viele Tierversuche herum“, sagt sie. Zwar würden sich bei der Suche nach neuen Medikamenten Experimente an Labortieren auch künftig nicht vollständig vermeiden lassen. Aber immerhin könne man nun die aussichtsreichsten Kandidaten herauspicken – allein mithilfe der im Labor generierten Mini-Organe.

Krebs-Stammzellen, Organoide, molekulare Tumor-Therapien: Laborführungen mit kurzem Vortrag und Blick durchs Mikroskop, Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Buch, 16 bis 22 Uhr, Anmeldung am zentralen Infopunkt (Karte Nr. 7).