Wenn kindliche Nerventumore, sogenannte Neuroblastome, Metastasen bilden, dann bevorzugt im Knochenmark. Eine Studie der St. Anna Kinderkrebsforschung zeigt erstmals die genaue Zellzusammensetzung solcher Metastasen. Dieses Wissen bildet eine Grundlage für Therapiekonzepte, die langfristig alle Tumorzelltypen in einer Metastase angreifen. Die Arbeit wurde im Fachjournal Cancers veröffentlicht.
Ein Forschungsteam der St. Anna Kinderkrebsforschung beschreibt erstmals die genaue Zusammensetzung der einzelnen Zellen von Knochenmarksmetastasen eines soliden (festen) Tumors auf Einzelzell-Niveau. Dabei zeigte sich, dass Zellen, die aus kindlichen Nerventumoren, sogenannten Neuroblastomen, ins Knochenmark gestreut haben, sehr unterschiedliche Eigenschaften haben. Um all diese unterschiedlichen Tumorzelltypen therapeutisch anzugreifen, bedarf es daher verschiedener, kombinierter Therapieansätze, schlussfolgern die Forscherinnen und Forscher. Auch die Zellen in der Mikroumgebung einer Knochenmarksmetastase dürften eine entscheidende Rolle spielen. „Hier haben wir einen Zelltyp gefunden, der Immunzellen offenbar daran hindert, gegen den Tumor anzukämpfen“, erklärt Dr. Sabine Taschner-Mandl, korrespondierende Studienautorin und Principal Investigator an der St. Anna Kinderkrebsforschung.
Neues Target, treffsichere Therapie?
„Wir beschreiben mittels Einzelzellanalyse, welche Zelltypen in einer Knochenmarksmetastase vorkommen in Vergleich zu gesundem Knochenmark“, so Daria Lazic, MSc, Erstautorin der Studie und PhD-Studentin in Taschner-Mandls Gruppe. Doch das Forschungsteam kann nicht nur unterscheiden, ob es sich um eine Neuroblastomzelle oder eine bestimmte Immun- oder Stammzelle handelt, sondern auch, welche Moleküle bzw. Marker diese Zellen an der Oberfläche tragen. „Diese Marker, zum Beispiel GD2 oder B7-H3, werden auch als therapeutische Zielscheibe eingesetzt. Unsere Studie zeigt, dass manche Tumorzellen im Knochenmark sehr viele dieser bereits bekannten Marker aufweisen, andere wenige oder gar keine“, ergänzt Lazic.
Darüber hinaus haben die Forscherinnen und Forscher mit „Fas Apoptotic Inhibitory Molecule 2“ (FAIM2) ein ganz neues Markerprotein entdeckt. Es erlaubt die Beschreibung von Neuroblastomzellen, die mit den bisherigen Markern nicht gefunden werden. Somit kann eine breitere Palette von verschiedenen Tumorzellvarianten erfasst werden. FAIM2 könnte auch als Angriffspunkt für zukünftige Therapien dienen. Gegen GD2 und B7H3 wurden bereits Immuntherapien entwickelt. „Nachdem diese Marker aber nicht auf allen Neuroblastomzellen vorhanden sind, gehen wir davon aus, dass nur mit entsprechenden Kombinationstherapien wirklich alle Tumorzellen angegriffen werden können. FAIM2 ist ein mögliches Ziel für eine weitere Immuntherapie“, so Taschner-Mandl.
„Saboteure“ in der Mikroumgebung scannen
Denkbar ist für die Forscherin auch, FAIM2 zusätzlich zu den derzeit verwendeten Markern in die Routinediagnostik aufzunehmen, um den Tumor besser zu charakterisieren. Zudem könnten weitere Zellen in der Tumor-Mikroumgebung, sogenannte „granulocytic myeloid-derived suppressor cells“ (G-MDSCs), mittels Marker in der Routinediagnostik erfasst werden. Denn sie dürften die Immunantwort gegen den Tumor herunterregulieren, während gleichzeitig eine Entzündungsreaktion in den metastasierten Knochenmarkproben festzustellen ist. „Unsere Ergebnisse liefern erstmals den Hinweis, dass metastasierte Tumorzellen ihre Mikroumgebung im Knochenmark aktiv umgestalten. Wie relevant das für das klinische Geschehen ist, werden wir in einer weiteren Studie untersuchen“, erklärt Taschner-Mandl.
High-End-Technologie ermöglicht Einzelzellanalyse
Insgesamt haben die Forscherinnen und Forscher 20 zellspezifische Marker festgelegt, die in Proben von acht Patientinnen und Patienten analysiert wurden. In Kooperation mit Dr. Christian Ostalecki, Leiter der MELC-Facility, Universitätsklinik Erlangen, verwendete die Forschungsgruppe die Multiplex Imaging Methode „Multi-Epitope-Ligand Cartography“ (MELC), die eine automatisierte Antikörperfärbung gefolgt von Immunfluoreszenzmikroskopie ermöglicht. Um jede einzelne Zelle auf ihre Marker hin zu screenen, entwickelte das Team eine eigene, auf Deep-Learning basierende Software für die Bildverarbeitung („DeepFLEX“). Die Forscherinnen und Forscher konstruierten einen Einzelzellatlas aus über 35.000 ins Knochenmark metastasierten Zellen sowie den Immun- und Knochenmarkszellen in ihrer Mikroumgebung. Um ihre Ergebnisse zu stützen, sequenzierten die Forscherinnen und Forscher zusätzlich die als Messenger RNA exprimierten Gene aus Proben von 38 Patientinnen und Patienten mit und ohne Knochenmarksmetastasen.
Publikation
Landscape of bone marrow metastasis in human neuroblastoma unraveled by transcriptomics and deep multiplex imaging. Cancers 2021, August. Doi: https://doi.org/10.3390/cancers13174311
Förderung:
Diese Arbeit wurde von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG, dem Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und durch Spenden an die St. Anna Kinderkrebsforschung ermöglicht.