Der Weltkrebstag findet jährlich am 4. Februar statt. Sein Ziel ist es, die Vorbeugung, Erforschung und Behandlung von Krebserkrankungen ins öffentliche Bewusstsein zu rücken. Grund genug, dafür ein besonders innovatives Forschungsprojekt zur Behandlung von Bauchspeicheldrüsenkrebs vorzustellen. An der IMC Fachhochschule Krems forscht erstmals ein Team des Department of Life Sciences an einer neuartigen optogenetischen Tumorzelllinie. Es handelt sich um ein vielversprechendes Tool, um die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen besser verstehen zu können und damit auch Strategien für neue therapeutische Ansätze zu finden.
Optogenetik zur Rezeptor-Kontrolle
Das Pankreaskarzinom, sprich Bauchspeicheldrüsenkrebs, ist die siebthäufigste Ursache für Krebstodesfälle weltweit und aufgrund der späten Diagnosestellung und des Fehlens einer vollständigen Wiederherstellung der Gesundheit eine der größten Herausforderungen in der Onkologie. Ein Forscherteam des Departments of Life Sciences hat sich daher zum Ziel gesetzt, neuartige Zellkulturmodelle zur Untersuchung der zugrunde liegenden molekularen Mechanismen im Pankreaskarzinom sowie zur Identifizierung von potenziellen Therapeutika zu entwickeln. Die Forscherinnen und Forscher wenden dabei das neuartige Verfahren der Optogenetik an. Forschungsergebnisse wurden bereits in internationalen Journals veröffentlicht und sprechen für den Erfolg der neuen Methode.
Optogenetik ist eines der wohl innovativsten Verfahren, die man in der Werkzeugkiste der Wissenschaft finden kann. Der Mix aus optischen Technologien und Genetik erlaubt es Forscherinnen und Forschern, beispielsweise mit extremer Präzision die Aktivität von gezielten Rezeptoren in menschlichen Zellen zu kontrollieren. Genauer gesagt werden dabei lichtsensitive Proteindomänen (bestimmte Teile eines Proteins), die aus Pflanzen isoliert wurden, in die zu untersuchenden Rezeptoren eingebaut. So können sie durch Lichtreize ein- bzw. ausgeschalten werden. Ein vergleichbares Prinzip finden wir in der Pflanzenwelt: Auch hier reagieren Pflanzen auf Licht und wachsen nur dann, wenn sie von der Sonne bestrahlt werden.
Im aktuellen Forschungsprojekt haben sich die Forscherinnen und Forscher auf den sogenannten Toll-like Rezeptor 4 (TLR4) spezialisiert, der in 70 % der Pankreaskarzinompatientinnen und -patienten deutlich verstärkt exprimiert wird und dadurch für das Entstehen und Voranschreiten sowie die Aggressivität dieser Form der Krebserkrankung wesentlich mitverantwortlich ist. Um den Rezeptor besser untersuchen zu können, wurde dieser mit der sogenannten Light-Oxygen-Voltage (LOV) Proteindomäne fusioniert, die aus der Gattung der Gelbgrünen Algen isoliert wurde. Der nun durch Licht induzierbare Rezept
Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden
Dieses Zellkulturmodell kann somit wesentlich dazu beitragen, Gene/Proteine, die bei der Entstehung und dem Voranschreiten des Pankreaskarzinoms eine zentrale Rolle spielen, zu untersuchen (Grundlagenforschung) sowie neuartige Therapeutika zu identifizieren (präklinische Studien). Die Möglichkeit, den TLR4 zu aktivieren, indem er blauem Licht ausgesetzt wird, bzw. im Dunkeln zu deaktivieren bringt einige Vorteile gegenüber gängigen Testsystemen, die auf der Applikation von Agonisten bzw. Antagonisten basieren. So ist es beispielsweise möglich, eine räumliche sowie zeitliche Steuerung des Rezeptors zu erzielen, die durch die Behandlung mit Stimulatoren und Inhibitoren in herkömmlichen Testsystemen nur bedingt möglich sind. Des Weiteren kann so eine präzise Aktivierung bzw. Inaktivierung gewährleistet werden, da die Aktivierung mittels Lichts sehr spezifisch nur den optogenetischen Rezeptor betrifft. Im Gegensatz dazu wirkt die Applikation von Agonisten und Antagonisten oftmals auf mehrere Rezeptoren ein und führt damit zur Aktivierung bzw. Inaktivierung mehrerer Signalwege. Auch in Bezug auf die Anwendung von 3-D-Zellkulturmodellen, die immer öfter eine größere Rolle in präklinischen Studien aufweisen, da sie die menschliche Umgebung besser nachahmen, konnte ein deutlicher Vorteil entdeckt werden. Licht besitzt die Fähigkeit, auch in die innerste Schicht eines Sphäroids (Mikrotumors) durchzudringen, während Substanzen wesentlich schwächer diffundieren. Darüber hinaus stellt die Anwendung von Licht gegenüber Substanzen eine einheitlichere und leichtere Anwendung dar, da potenzielle Fehler bei der Herstellung und Verabreichung der Substanzen umgangen werden können, sowie mit geringen Kosten verbunden sind.
