Ein Meilenstein in der Krebsbekämpfung?

Krankhafte Veränderungen der elektrophysiologischen Spannung der Zellmembran sind bei der Entstehung und Weiterentwicklung von Krebs zentral. Ein Grazer Forscherteam hat erstmals ein digitales Modell einer Krebszelle entwickelt. Dieses kann die Veränderungen des Membranpotenzials simulieren.

In der biomedizinischen Grundlagenforschung gehören Computersimulationen seit Jahren zu den Standardwerkzeugen. Bisher beschäftigten sich die Forscher vor allem mit erregbaren Zellen wie Nerven- oder Herzmuskelzellen. Solche Modelle werden bereits zur Unterstützung von Diagnosen oder auch zur Begleitung von Therapien im klinischen Alltag eingesetzt.

Das Forschungsteam hat den Fokus jedoch erstmals auf die elektrophysiologischen Eigenschaften von nicht-erregbaren Krebszellen gelegt. Das Modell wurde im Fachjournal PLoS Computational Biology präsentiert.

In erregbaren Körperzellen wie etwa dem Herzmuskel löst ein elektrischer Stimulus sogenannte Aktionspotenziale aus. Dadurch kommt es zu elektrischen Potenzialänderungen an der Zellmembran.

Eine wichtige Rolle kommt in diesem Zusammenhang den Ionenkanälen zu: «Ionenkanäle verbinden das Äussere mit dem Inneren einer Zelle. Sie ermöglichen den Austausch von Ionen wie Kalium, Calcium oder Natrium und regeln dadurch das Membranpotenzial. Änderungen in der Zusammensetzung der Ionenkanäle sowie ein verändertes funktionales Verhalten dieser können Störungen in der Zellteilung zur Folge haben.

Es wäre möglich, das gesamte elektrophysiologische System aus der Spur zu werfen. Dies, weil man Ionenkanäle durch Wirkstoffe gezielt manipulieren könnte.

Für das Krebszellenmodell wählte das Team das Beispiel der menschlichen Lungenadenokarzinom-Zelllinie A549. Das Computermodell kann die rhythmische Schwingung des Membranpotenzials simulieren. Dies ermöglicht die Vorhersage, wie sich das Potenzial durch ein medikamentöses Ein- und Ausschalten von Ionenkanälen verändert.

Ziel der Forschung ist es, mittels gezielter Steuerung der Ionenkanäle die Krebszellen in einer bestimmten Zellzyklusphase festzuhalten. Ihn im Wachstum einzufrieren. Diese Mechanismen sollen sich mithilfe von Modellen simulieren lassen.

Baumgartner und sein Team sehen das erste digitale Krebszellenmodell als den Beginn umfassenderer Forschungen. Um den Detailgrad des Modells zu erhöhen, seien weitere experimentelle und messtechnische Validierungen geplant.