P-071

Gehirn-Organoid-Tumor Hybride – ein in vitro Modell zur Untersuchung menschlicher Hirntumoren und zur Medikamententestung

Prof. Philipp Koch & Prof. Frank Winkler,
Hector Institute for Translational Brain Research, Zentralinstitut für Seelische Gesundheit, Universitätsklinikum Heidelberg, Deutsches Krebsforschungszentrum,
Mannheim & Heidelberg

07/2020-12/2021 

Menschliche Hirntumore lassen sich nur schlecht in Zellkultur modulieren. Wir stellen ein innovatives Alternativsystem vor, bei dem die Hirntumore statt in Versuchstieren in Organoiden (3D-Gewebestrukturen aus Stammzellen) kultiviert werden.

Das Glioblastom (GB) gehört zu den häufigsten und zugleich aggressivsten aller menschlichen Hirntumoren. Die durchschnittliche Überlebenszeit nach Diagnosestellung konnte in den letzten 20 Jahren trotz modernster Behandlungskonzepte nur wenig verbessert werden und liegt in bevölkerungsbasierten Kohorten nach wie vor bei etwa einem Jahr. Glioblastome sind nur sehr eingeschränkt in Zellkulturmodellen untersuchbar, da in vitro kultivierte Tumorzelllinien nur unzureichend die biologischen Eigenschaften der Tumore abbilden. Hierfür scheint die spezielle in vivo Umgebung des Gehirns (Zellen und extrazelluläre Matrix, idealerweise die des Menschen) notwendig zu sein. So konnten wir in der Vergangenheit nachweisen, dass GB Zellen im Gehirn funktionelle Netzwerke ausbilden, welche über Zell-Zell Verbindungen kommunizieren – ein biologisches Verhalten, welches man in vitro so mit Standardverfahren nicht findet. Entsprechend werden bei der Erforschung von Hirntumoren und insbesondere Glioblastomen sehr hohe Versuchstierzahlen eingesetzt. Da die Tumoren sich aggressiv im Gehirn der Tiere ausbreiten, führen solche Versuche zu einer vergleichbar starken Belastung der Versuchstiere.

Konzeptionelles Ziel dieses Versuchsvorhabens ist es, ein in vitro Zellkultur Modell zu etablieren, welches Tierversuche in der Hirntumorforschung ersetzt. Hierzu werden GB-Zellen statt in Tieren in 3-dimensionalen Gehirn-Organoiden (sogenannten ‚Mini-Gehirnen‘) kultiviert, welche aus induziert pluripotenten Stammzellen hergestellt werden. Diese Gehirn-Organoide beinhalten alle wichtigen Zellen, welche sich auch im menschlichen Gehirn finden, und werden als vollständig humane Gewebemodelle (Inkubatoren) für die Hirntumoren eingesetzt. In ersten Versuchen konnten wir zeigen, dass die GB-Zellen im dreidimensionalen Gewebeverband viele der biologischen Eigenschaften entwickeln, die man sonst nur in Gehirn von Patienten oder Versuchstieren findet. In diesem Projekt wollen wir das Gehirn-Organoid-Tumor-Hybrid-Modell genau charakterisieren und die Basis schaffen, dass dieses in Grundlagen- und Pharmaforschung Tierversuche im Kontext von Hirntumoren ablöst.

Abb. 1: Das Gehirn-Organoid-Tumor-Hybrid-Modell.
Tumorzellen wachsen in die Organoide ein und bilden Netzwerke innerhalb der Organoide.

 

 

Ausführende Institutionen

Prof. Dr. Philipp Koch
Hector Institute for Translational Brain Research,
Zentralinstitut für Seelische Gesundheit
J5, 68159 Mannheim

Prof. Dr. Frank Winkler
Universitätsklinikum Heidelberg,
Deutsches Krebsforschungszentrum,
Im Neuenheimer Feld 400, 69120 Heidelberg

Förderlaufzeit

07/2020 - 12/2021

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