Virtual Reality bei Krebs

Tumoren als begehbare Modelle

UZH-Professor Bernd Bodenmiller hat zusammen mit einem internationalen Forscherkonsortium einen Grand Challenge Award von Cancer Research UK gewonnen. Ziel dieses neuen Forschungspreises ist es, hochaufgelöste interaktive 3D-Karten von ganzen Tumoren zu generieren. Dies eröffnet neue Wege für die Krebsforschung und -behandlung.

Kurt Bodenmüller

Bernd Bodenmiller
Bernd Bodenmiller
UZH-Professor Bernd Bodenmiller will in einem internationalen Forscherverbund die Präzisionsmedizin in der Krebsdiagnostik und -behandlung voranbringen. (Bild: John Nicholson)

Cancer Research UK (CRUK), die bedeutendste britische Non-Profit-Organisation, beschreitet in der Förderung der Krebsforschung neue Wege. Mit den «Grand Challenge Awards» sollen grösste Herausforderungen in der Erforschung und Behandlung von Tumoren angepackt werden. Die Organisation will mit dem neuen Forschungsgrant in der Höhe von 20 Millionen Pfund nichts weniger als die Art, wie Tumoren diagnostiziert und behandelt werden, revolutionieren.

Mehr als 400 Forschungsgruppen von 200 renommierten Instituten aus 25 Ländern haben sich beworben, um eine der sieben in der Ausschreibung definierten «grand challenges» in Angriff zu nehmen. Nun stehen die Gewinner fest: Mit dabei ist das Team von Bernd Bodenmiller, UZH-Professor für Quantitative Biologie am Institut für Molekulare Biologie.

Interaktive 3D-Karte mit Einzelzellauflösung im virtuellen Raum

«In diesem Forschungsprojekt», hält Bernd Bodenmiller fest, «wollen wir Tumoren auf ganz neue, umfassende Weise vermessen und analysieren.» Denn bisherige Forschungsansätze hätten die immense Komplexität menschlicher Tumoren zu wenig berücksichtigt,  so der Systembiologe. In der Tat bestehen Tumoren aus vielen Millionen Zellen, die dynamisch miteinander interagieren.

Neben den Krebszellen spielt die Tumormikroumgebung eine zentrale Rolle, wie sich ein menschlicher Krebs entwickelt und wie er auf Medikamente anspricht. Dazu zählen Immunzellen, Zellen des Stützgewebes und von Blutgefässen, Fett- und Muskelzellen sowie diverse weitere Zelltypen. Neu sollen Brustkrebstumoren in ihrer Gesamtheit analysiert und dargestellt werden. «Unser erstes Ziel ist es, eine digitale dreidimensionale Repräsentation von Brustkrebstumoren zu generieren mit einer Auflösung auf Einzelzell- und Molekülebene. Unser zweites Ziel ist es dann, diese Daten in der virtuellen Realität zu visualisieren und zu analysieren», beschreibt Bodenmiller das Projekt. Dies ermögliche ein grundlegend neuartiges Verständnis von Tumoren für Forschende, Ärzte und Patientinnen und Patienten.

Das multidisziplinär zusammengesetzte Konsortium, das sich dieser ambitiösen Aufgabe annimmt, besteht aus zehn Forschungsteams aus Grossbritannien, der Schweiz und den USA. Geleitet wird das Konsortium von Greg Hannon, Professor an der University of Cambridge. Beteiligt ist auch eine Firma, die Software für die Darstellung virtueller Realitäten entwickelt, sowie Vertreter von Patientenorganisationen. Das Konsortium vereint die Expertise und das technologische Know-how der einzelnen Gruppen, die ihrerseits international führend sind in verschiedenen Aspekten der Tumorbiologie, der Tumorgewebe- und Datenanalyse.

Präzisionsmedizin für personalisierte Krebsdiagnostik und -behandlung

Porträt Bodenmiller
«Umfangreichste Analyse eines Tumors, die je durchgeführt wurde»: Bernd Bodenmiller. (Bild: John Nicholson)

Als erstes analysieren die einzelnen Teams einen individuellen Brustkrebstumor, dann werden sämtliche Informationen in einer zentralen Datenbank zusammengeführt. Im nächsten Schritt wird die immense Datenfülle mittels Virtual Reality-Software in eine räumliche Darstellung der Millionen von Tumorzellen überführt. Bernd Bodenmiller ergänzt: «Das wird die mit Abstand umfangreichste Analyse eines Tumors, die je durchgeführt wurde. Wir schauen nicht, wie sich eine Krebszelle verhält, sondern wie ein Tumor mitsamt seiner Mikroumgebung interagiert und funktioniert». Sobald das 3D-Tumormodell steht, werden Analysemethoden entwickelt, die ganzheitliche Einblicke auf das Zusammenspiel der unterschiedlichen Zellpopulationen erlauben sollen. So soll es beispielsweise möglich sein, die Heterogenität eines einzelnen Tumors viel umfassender zu bestimmen. Dies dürfte einerseits viel präzisere Diagnosen für einzelne Patientinnen ermöglichen. Andererseits soll die Wirkung einzelner Substanzen oder von Abwehrzellen, die in der Immuntherapie eingesetzt werden, auf den Gesamttumor simuliert werden können.

 

«Die Möglichkeit, einen einzelnen Tumor in seiner Gesamtheit quasi zu begehen, wird auch die Zusammenarbeit von Tumorbiologen und Krebsmedizinern enorm verändern», zeigt sich Bodenmiller überzeugt. Letztlich soll diese Kombination von umfassender Tumordiagnostik und computergestützter 3D-Simulation in der Klinik, also zugunsten der Patientinnen zur Anwendung kommen. Das Stichwort hier ist Präzisionsmedizin – also das Zusammenspiel von personalisierter Diagnostik und Therapie. Je mehr wir über den Tumor einer einzelnen Patientin wissen, desto präziser lässt sich die individuelle Therapie mit dem grössten Behandlungserfolg bestimmen.

Läuft das System für den ersten Tumor, sollen in den Folgejahren insgesamt 1000 Brusttumore analysiert werden. Dass diese Idee etwas nach Science-Fiction tönt, lässt Bernd Bodenmiller nicht gelten: «Alle Analysemethoden und Datenbanken der beteiligten Teams sowie der Prototyp der Virtual Reality-Software bestehen schon. Jetzt müssen wir diese einzelnen Techniken und Expertisen noch vereinen.» Für den Anfang stehen Bodenmillers Team aus dem gemeinsamen Geldtopf mindestens 1,5 Millionen Pfund zur Verfügung. Der Startschuss fällt Mitte 2017.

Kurt Bodenmüller, Media Relations UZH

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