Ein Team von Physikern am Institut Lumière Matière (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1) in Zusammenarbeit mit dem Krebsforschungszentrum von Lyon (CNRS/INSERM/Université Claude Bernard Lyon 1//Centre Léon Bérard/Hospices civils de Lyon) hat für die Onkologie das Potenzial einer Bildgebungstechnik demonstriert, die nur auf den physikalischen Eigenschaften von Tumoren basiert. Es kann Populationen bösartiger Zellen unterscheiden und überwachen, wie wirksam eine Krebsbehandlung ist. Diese Ergebnisse, die am 8. Januar 2019 in Physical Review Letters veröffentlicht wurden, sollten beim Design neuer therapeutischer Moleküle und bei der Personalisierung von Behandlungen helfen.
Trotz eines guten Verständnisses der Krebsbiologie scheitern 90 % der experimentellen Medikamente in klinischen Studien. Es wird auch zunehmend vermutet, dass die mechanischen Eigenschaften von Tumoren den Krankheitsverlauf und die Wirksamkeit der Behandlung beeinflussen. Obwohl wir die Tumorelastizität global bewerten können, ist es schwieriger, die lokale Rigidität tief im Inneren zu messen und zu sehen, ob der Kern des Tumors dem Eindringen von therapeutischen Flüssigkeiten widersteht. Um diese physikalischen Eigenschaften zu untersuchen, haben die Forscher eine berührungslose Bildgebungstechnik verwendet, die keine Verwendung von Kontrastmitteln erfordert – daher die Gewebefunktion nicht stört – und die natürliche infinitesimale Schwingungen der Materie ausnutzt.
Um das Verh alten von kolorektalen Tumoren in vitro zu rekapitulieren, stellten die Forscher Organoide her, Kugeln mit einem Durchmesser von 0,3 mm, die durch die Ansammlung von Tumorzellen gebildet wurden. Sie fokussierten einen roten Laserstrahl auf diese Objekte. Die durch thermische Bewegung erzeugten unendlich kleinen Vibrationen der Probe verändern die Farbe des Lichtstrahls, der die Probe verlässt, sehr geringfügig. Durch die Analyse dieses Lichts wird eine Karte der mechanischen Eigenschaften der Modelltumoren erstellt: Je starrer der vom Laser abgetastete Bereich, desto schneller die Vibrationen und, vergleichbar mit dem Doppler-Effekt (dem Mechanismus, der eine Sirene zum Klingen bringt). immer schriller, je näher), desto stärker die Farbveränderung.
Anhand von Organoiden, die aus zwei Zelllinien mit unterschiedlichen bösartigen Erkrankungen bestehen, haben die Forscher gezeigt, dass sie die beiden Zelltypen anhand ihrer mechanischen Eigenschaften unterscheiden können. Solche Informationen sind von entscheidender Bedeutung, da sie eine verfeinerte Diagnose aus der Biopsieanalyse ermöglichen und eine bessere Beurteilung des Tumorgrades ermöglichen. Lokale Variationen der mechanischen Eigenschaften nach einer medikamentösen Behandlung wurden ebenfalls mit dieser Technik überwacht: Das Zentrum des Tumors bleibt länger starr als der Rand, was den Wirksamkeitsgradienten der Behandlung zeigt. So könnte eine lokale Messung der mechanischen Eigenschaften die vollständige Zerstörung des Tumors bestätigen und dabei helfen, eine möglichst niedrige Behandlungsdosis und -dauer zu wählen.
Dieser Ansatz ermöglicht es, den Einfluss mechanischer Eigenschaften auf die therapeutische Reaktion zu untersuchen. Es soll zu besser prädiktiven In-vitro-Tumormodellen für das Testen neuer therapeutischer Moleküle und für kombinierte Therapien führen, die beispielsweise auf die Gewebesteifigkeit einwirken, um das Eindringen aktiver Moleküle in das Zentrum des Tumors zu beschleunigen. Es könnte auch neue Indikatoren liefern, um Ärzte bei der Personalisierung von Therapien zu unterstützen.
