Glückauf! Stipendium

Doktorand Marc Biller studiert Humanmedizin an der Universität Duisburg-Essen. Seit Oktober dieses Jahres befindet auch er sich in einem Freisemester, um als Mitglied der Arbeitsgruppe von Dr. Barbara Grüner in unserem Hause zu dem Thema „In vitro and in vivo characterization of top TKI compounds on PDAC metastatic ability” zu forschen.

In Zusammenarbeit mit einer weiteren Arbeitsgruppe aus München validiert er in seinem Forschungsprojekt therapeutisch vielversprechende molekulare Wirkstoffe hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Metastasierung des duktalen Adenokarzinom der Pankreas.

Zu Beginn wird anhand von in vitro Versuchen die Pharmakologie der verschiedenen Wirkstoffe genauer eruiert, zum Beispiel mithilfe von sogenannten Invasions- oder Migrationsassays. Damit können jedoch nur einzelne Schritte des Metastasierungprozesses isoliert betrachtet werden.

Da die Metastasierung ein komplexer und mehrstufiger Prozess ist, spiegeln diese Experimente die biologische Realität oft nicht adäquat wider und Wirkstoffe, die in der Zellkultur Wirkung zeigen, versagen oft später in präklinischen und klinischen Tests. Um diese Einschränkungen zu überwinden hat meine Arbeitsgruppe eine in vivo Multiplex-Screening-Plattform für kleine Moleküle entwickelt, die molekulare DNA-Barcodes in Kombination mit Next Generation Sequenzierung (NGS) verwendet (s. Abbildung). 

Beim molekularen Barcoding wird eine DNA-Barcode-Sequenz (oder kurz Barcode) verwendet, die stabil in das Genom von Zellen eingebaut wird, um einzelne Zellen mit einer eindeutigen und vererbbaren Signatur zu kennzeichnen. Als Next Generation Sequenzierung werden neuartige Technologien zur Sequenzierung von DNA und RNA bezeichnet, die wesentlich schneller, kostengünstiger und quantitativer als konventionelle Methoden sind.

In unserer Screening-Plattform werden NGS genutzt, um die unterschiedlichen Zell-Barcodes wieder quantitativ auszulesen. Damit ist es möglich, das Schicksal individuell gebarcodeter Krebszellen innerhalb eines Zellpools im Organismus nachzuverfolgen. Für unsere Barcoding-Plattform haben wir circa 100 verschiedene Tumorzellvarianten mit jeweils individuellen einzigartigen Barcodes von metastasierenden PDAC Zellen erzeugt. Jede dieser Varianten kann dann mit einer individuellen zu testenden chemischen Verbindung in vitro vorbehandelt, mit allen anderen (ebenfalls individuell behandelten) Zellvarianten zusammen gepoolt und dann intravenös in eine Empfängermaus injiziert werden. Nach dem sog. „metastatic seeding“ werden die mit einem Barcode versehenen Tumorzellen, die diesen Prozess erfolgreich durchlaufen konnten, aus der Lungen der transplantierten Mäuse wieder isoliert.

Schließlich wird die Repräsentation der einzelnen Barcodes (und damit der verschieden behandelten Tumorzellpopulationen) durch Sequenzierung der Proben vor und nach der initialen Metastasierung im Organismus bestimmt. Dies ermöglicht die parallele Quantifizierung der Wirkung jeder Vorbehandlung auf das metastatische Potential. Tumorzellen, die mit einem potenziellen Inhibitor der Metastasierung behandelt wurden, können sich dadurch nicht in den Lungen der transplantierten Mäuse ansiedeln. Dies wird durch eine reduzierte Repräsentation des DNA-Barcodes, mit dem diese Zellen markiert waren, in den in vivo Proben (also nach dem metastatic seeding) angezeigt. Durch die Barcoding Methode können so knapp 100 chemische Moleküle und zugehörige Kontrollen in einer einzelnen Maus gleichzeitig getestet werden.

Seit Oktober 2021 beschäftigt sich Herr Lennart Schardt in der Arbeitsgruppe von Oberarzt Prof. Dr. Sebastian Bauer mit der Erforschung von DNA-Reparaturgenen in Gastrointestinalen Stromatumoren (GIST).

Um sich vollumfänglich auf das Forschungsvorhaben zu konzentrieren, hat Herr Schardt ein Freisemester genommen, in dem er durch das Glückauf-Stipendium vom Förderverein der Inneren Klinik gefördert wird.

Die VOYAGER-Studie, bei der Prof. Bauer globaler Studienleiter war, konnte durch Blutanalysen einen einzigartigen Datensatz von 476 Patienten erheben. Innerhalb dieser Studie wurden zahlreiche Mutationen in DNA-Reparaturgenen gefunden. Leider weiß man recht wenig über die Relevanz dieser Mutationen. Im Rahmen seiner medizinischen Doktorarbeit versucht Herr Schardt zu validieren, inwiefern diese DNA-Reparaturgene als prädiktive Marker, das Ansprechen auf eine Therapie mit Tyrosinkinaseinhibitoren in GIST vorhersagen können.

GIST sind die häufigsten Sarkome des Menschen. Eine Therapie mit Tyrosinkinaseinhibitoren ist häufig effektiv, dennoch entwickeln ca. 50% der Patienten eine Resistenz gegen diese Inhibitoren. DNA-Reparturgene könnten bei der Entwicklung dieser Resistenzmechanismen eine bisher unentdeckte Rolle spielen.

Herr Schardt hat im vergangenen Jahr wichtige Zellexperimente durchgeführt, die er auch noch nach seinem Freisemester weiter fortführt. Er erhofft sich in Zukunft besser zu verstehen, welche Rolle DNA-Reparaturgene in GIST spielen.