29.10.2018 - Ruhr-Universität Bochum (RUB)

Zellen mit Raman-Mikroskopie auf Resistenzen gegen Krebsmedikamente testen

Herkömmliche Methoden basieren auf Antikörpern oder Markern. Das neue Verfahren kommt ohne solche Zusätze aus.

Biophysiker der Ruhr-Universität Bochum (RUB) haben gezeigt, dass sich mit der Raman-Mikroskopie Resistenzen von Tumorzellen gegen Krebsmedikamente nachweisen lassen. Anders als herkömmliche Verfahren bedarf die Methode keiner Antikörper oder Marker. Sie detektiert die natürlichen Reaktionen von Zellen auf die Medikamentengabe und könnte so die Wirkung von Substanzen in präklinischen Studien bestimmen.

Über die Ergebnisse der Zellkulturexperimente berichtet das Team um Prof. Dr. Klaus Gerwert und Dr. Samir El-Mashtoly vom Lehrstuhl für Biophysik der RUB gemeinsam mit Prof. Dr. Stephan Hahn aus der Abteilung für Molekulare Gastroenterologische Onkologie der RUB in der Zeitschrift Scientific Reports vom 15. Oktober 2018.

Proteinveränderungen durch Medikamente

Für die Studie nutzten die Wissenschaftler die Wirkstoffe Erlotinib und Osimertinib, die unter den Handelsnamen Tarceva und Tagrisso erhältlich und für die Therapie von Lungenkrebs zugelassen sind. Sie binden an bestimmte Proteine auf der Zelloberfläche und hemmen so das Zellwachstum. Patienten entwickeln im Lauf der Therapie allerdings Resistenzen gegen die Wirkstoffe, weil sich Proteine in den Krebszellen verändern.

„Um zu verstehen, wie solche Resistenzen zustande kommen, müssen wir die Wirkweise der Medikamente besser analysieren können“, sagt Klaus Gerwert. „Die Raman-Mikroskopie kann helfen, bessere Krebsmedikamente zu entwickeln“, ergänzt Samir El-Mashtoly. „Es wäre von großem Vorteil, wenn man bereits in präklinischen Studien voraussagen könnte, ob ein Wirkstoff Resistenzen hervorrufen kann.“

Wirksamkeit in mutierten und nicht mutierten Zellen verglichen

Samir El-Mashtoly und Klaus Gerwert haben in den vergangenen Jahren neue markerfreie Methoden der Raman-Spektroskopie entwickelt, um die Wirksamkeit und Verteilung von Medikamenten in Krebszellen zu bestimmen. Für die aktuelle Studie mutierten sie Proteine in kultivierten Krebszellen, um die Proteinveränderungen nachzustellen, die bei Patienten mit einer Medikamentenresistenz auftreten. Solche Experimente waren bisher nicht in vitro – also in Zellkultur – möglich, sondern mussten immer an Patienten durchgeführt werden. „Damit wird die Untersuchung von Resistenzen stark vereinfacht“, erklärt Klaus Gerwert. Mittels Raman-Mikroskopie verglichen die Forscher, wie wirksam die Medikamente Erlotinib und Osimertinib in den mutierten und nicht mutierten Zellen waren.

Mit der Raman-Mikroskopie lässt sich ein spektroskopischer Fingerabdruck der Molekülausstattung einer Zelle erzeugen. Ein Vergleich der Spektren vor und nach der Medikamentengabe kann Aufschluss über die chemischen Prozesse geben, die der Wirkstoff anstößt.

Nur Resistenzen in mutierten Zellen

Das Ergebnis: In Zellen mit mutierten Proteinen blieben Erlotinib und Osimertinib wirkungslos, während die Medikamente in den unveränderten Krebszellen Effekte zeigten. Diese Ergebnisse passen zu den klinischen Befunden, dass Patienten, bei denen sich bestimmte Proteine durch die Therapie verändern, nicht mehr auf die Medikamente ansprechen. Es zeigten sich also die gleichen Resistenzeigenschaften, die sonst nur an Patienten beobachtet werden können.

In herkömmlichen Tests wird die Wirksamkeit von Medikamenten indirekt über Marker erfasst, die an den Wirkstoff angehängt werden. „Bei diesen Verfahren wird nur die Antwort eines einzigen Proteins, nämlich des Markers, erfasst“, beschreibt Klaus Gerwert. „Die Raman-Mikroskopie hingegen basiert auf der Antwort aller Moleküle in einer Zelle und ist somit eine der Methoden, um die Wirksamkeit von Substanzen bereits in vitro zu testen.“

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Therapieresistenzen
Mehr über Ruhr-Universität Bochum
  • News

    Effizientere Biosolarzellen nach dem Vorbild der Natur

    Zu den möglichen Quellen für erneuerbare Energien gehören die Proteinkomplexe, die für die Photosynthese verantwortlich sind. Noch lässt ihre Effizienz in technischen Anwendungen allerdings zu wünschen übrig. Grünes Licht können sie zum Beispiel nicht in Energie umwandeln. Diese sogenannte ... mehr

    Neues Werkzeug für die An- und Abschaltung von Proteinen

    Mit Licht verschiedener Wellenlänge lassen sich Proteine steuern. Dank eines neuen Werkzeugs sogar mehrere gleichzeitig. Lichtsensitive Proteine, auch optogenetische Werkzeuge genannt, können durch Lichtimpulse an- und ausgeschaltet werden und dadurch gezielt zelluläre Prozesse auslösen. Ei ... mehr

    Plasmen treiben die Biokatalyse an

    Die Katalyse durch Enzyme hat gegenüber traditionellen chemischen Verfahren viele Vorteile. Sie hat aber auch Schwachstellen. So sind manche Enzyme nicht sehr stabil. Enzyme, die Wasserstoffperoxid umsetzen, werden sogar durch hohe Konzentrationen des Substrates inaktiviert. Ein Forschungst ... mehr

  • Firmen

    Ruhr-Universität Bochum (RUB)

    Wir sind mit rund 100 Studiengängen in den Ingenieur-, Natur-, Geistes-, Sozialwissenschaften und der Medizin eine der vielseitigsten und mit ca. 35.000 Studierenden, 460 Professoren und 2.400 Wissenschaftlern eine der größten und leistungsstärksten Universitäten in Deutschland. mehr