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Die Entfernung eines bösartigen Tumors im Gehirn gleicht einer Gratwanderung: Einerseits gilt es, möglichst viel Tumorgewebe zu entfernen, andererseits muss gleichzeitig gesundes Gewebe verschont werden. Da die Krebszellen das gesunde Hirngewebe infiltrieren, lassen sie sich durch eine Operation in der Regel nicht vollständig entfernen. Zwar verbessert eine möglichst grosse Tumorentfernung mit anschliessender Strahlen- und Chemotherapie die Prognose deutlich, doch eine dauerhafte Heilung ist mit den herkömmlichen Therapieansätzen nur in seltenen Fällen möglich.
Ein Team von Forschenden der Universität Zürich (UZH) und des Universitätsspitals Zürich (USZ) hat nun erstmals ermittelt, welche Typen von Immunzellen in welcher Anzahl in verschiedenen Arten bösartiger Hirntumore vorhanden sind. Diese sehr präzisen «Tumorkarten» sind wesentlich, um die individuellen Immunkomponenten im Tumor besser zu verstehen, und um gezielt wirkende Immuntherapien zu entwickeln die die Abwehrreaktion anregen.
«Unser Immunsystem arbeitet mit grösster Präzision und Effektivität. Die Abwehrzellen können einzelne Tumorzellen eliminieren, während gesunde Zellen verschont bleiben», erklärt Burkhard Becher vom Institut für experimentelle Immunologie der Universität Zürich. Immuntherapien zeigen bei einigen Krebsarten erstaunliche Erfolge – bei bösartigen Hirntumoren funktionieren sie bisher aber deutlich schlechter. Denn bislang war unklar, wie das Tumorgewebe von Hirntumoren zusammengesetzt ist. Dieses Mikromilieu umfasst neben den Krebszellen auch Gefäss-, Bindegewebs- und vor allem Zellen des Immunsystems.
Für die Charakterisierung der Immunzellen in bösartigen Hirntumoren analysierten die Forschenden Gewebe aus dem neurochirurgischen Operationssaal des USZ mit einer an der UZH etablierten Methode: der sogenannten hochdimensionalen Massenzytometrie. Diese Technologie ermöglicht es, Millionen von unterschiedlichen Zelltypen gleichzeitig auf Stufe von Einzelzellen darzustellen. Charakterisiert werden die Zellen anhand von zahlreichen Eiweissen auf ihrer Oberfläche und im Zellinnern, die je nach Zelltyp variieren. Die riesige Datenmenge wird anschliessend mit komplexen, selbstlernenden Computeralgorithmen verarbeitet. «Für jeden Hirntumor entsteht mit unserer Technologie eine individuelle Signatur der vorhandenen Immunzellen. Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Patienten und Tumorarten können so miteinander verglichen werden», sagt Letztautor Becher.
Die Studie zeigt, dass vor allem die Tumorart dafür verantwortlich ist, welche Typen von Immunzellen mit welcher Häufigkeit und Verteilung in individuellen Hirntumoren vorhanden sind. «Gliome, die sich direkt im Gehirn entwickeln, sehen anders aus als Metastasen – Ableger anderer Tumore im Körper, die ins Gehirn einwandern. Auch bei Gliomen konnten wir verschiedene Untergruppen anhand der spezifischen Zusammensetzung der Immunzellen klar voneinander unterscheiden», ergänzen die beteiligten Doktorandinnen Ekaterina Friebel und Konstantina Kapolou.
Gemäss Marian Christoph Neidert, Neurochirurg am USZ, helfen die Ergebnisse nicht nur, die immunologischen Mechanismen in Hirntumoren besser zu verstehen: «Sie bieten eine Grundlage dafür, massgeschneiderte Immuntherapieansätze für die verschiedenen Tumorarten im Gehirn zu entwickeln». Das untersuchte Tumorgewebe stammt von Patientinnen und Patienten des Hirntumorzentrums des USZ. Allerdings sind noch weitere Forschungsarbeiten nötig, bis Hirntumorpatienten von den immunologischen Erkenntnissen profitieren können.
Ekaterina Friebel, Konstantina Kapolou et all: Single-cell mapping of human brain cancer reveals tumor-specific instruction of tissue invading leukocytes. Cell, 28. Mai 2020. DOI: 10.1016/j.cell.2020.04.055
