Tumorstammzellen

Definition: Was sind Tumorstammzellen?

Krebsstammzellen ist eine andere Bezeichnung für Tumorstammzellen. Experten sehen in ihnen die gefährlichsten Zellen eines Tumors. Die Tumorstammzellen besitzen nämlich Eigenschaften, die sonst nur Stammzellen auszeichnen: Sie können sich unbegrenzt teilen und in verschiedene Krebszellen ausdifferenzieren. Ihre Gefährlichkeit liegt also in ihrem extrem hohen Proliferationspotential.

In den 1960er Jahren konnten Forscher bereits nachweisen, dass die Zellen in Krebsgeschwüren verschiedene Aufgaben wahrnehmen. Logischerweise musste es daher auch unterschiedlichen Arten von Krebszellen geben. Doch erst 1997 formulierten die beiden kanadischen Forscher Dominique Bonnet und John Dick die Hypothese der Krebsstammzellen. Ihrer Auffassung nach gibt es im Tumor selbst Zellen, die ähnliche Fähigkeiten wie Stammzellen haben: Sie sorgen durch beständige Teilungen dafür, dass der Tumor wächst. Die Masse der Tumorzellen jedoch kann sich nicht mehr vermehren. Die Tumorstammzellen folgen demnach der gleichen Hierarchie wie normale Stammzellen: Sie stehen an der Spitze.

Die Forschergemeinde war von dieser Idee elektrisiert. Könnte eine Krebstherapie die Tumorstammzellen außer Gefecht setzen, so wäre buchstäblich das Übel an der Wurzel gepackt.

Allerdings gelang es Wissenschaftlern erst 2012, in drei voneinander unabhängigen Studien nachzuweisen, dass Tumorstammzellen tatsächlich existieren und diese sich wie schlechte Stammzellen verhalten. Krebsstammzellen konnten bislang für Leukämie, Lymphome, Brustkrebs, Prostatakrebs sowie bei Gehirntumoren belegt werden. Bei einigen Krebsarten bleiben sie allerdings bis heute ein Phantom. Experten können daher nicht sagen, ob wirklich alle Krebsformen der Hierarchie der Tumorstammzellen folgen. Es gibt mittlerweile Zweifel – auch weil Anzeichen dafür gefunden wurden, dass einige Krebstypen einfach „anders ticken“. Beispielsweise können in Melanomen möglicherweise viele Krebszellen, wenn nicht sogar alle Tumorzellen, ein neues Krebsgeschwür erzeugen.

 

Welche Besonderheiten zeichnen Tumorstammzellen aus?

Die gute Nachricht vorweg: Krebsstammzellen kommen im Tumor lediglich in einer recht geringen Anzahl vor. Die überwiegende Mehrzahl der Tumorzellen besitzt keine stammzellähnlichen Eigenschaften. Dennoch geht genau von dieser kleinen Gruppe das enorme Gefährdungspotential aus, denn Tumorstammzellen sind zur unbegrenzten Selbsterneuerung und Ausdifferenzierung fähig. Damit gewährleisten sie, dass der Tumor beständig wächst, weil immer Nachschub an neuen, entarteten Zellen produziert wird.

Und als wäre das noch nicht genug, vermögen die Tumorstammzellen ein weiteres Kunststück, dass die Bekämpfung von Krebs so schwierig macht: Sie können den Primärtumor verlassen und über Lymphe und Blutbahn im Organismus auf Wanderschaft gehen. Glückt an einer anderen Stelle die Neuansiedlung, so bildet sich dort aus einer Tumorstammzelle eine Metastase, also eine Tochtergeschwulst. Metastasen werden daher vielfach in Lymphknoten, in den Knochen aber auch im Gehirn oder Organen wie Lunge und Leber gefunden.

Die Tumorstammzellen können erfolgreich Mimikry betreiben. In den Stammzellnischen sind sie für das Immunsystem unsichtbar, wenn sie in einen Ruhemodus verfallen. Dort sind sie durch Chemotherapie oder Bestrahlung nicht mehr erreichbar. Viele Mediziner sind mittlerweile davon überzeugt, dass dieser Schlafmodus für viele Krebsrückfälle verantwortlich ist. In der Stammzellnische wird die Aktivität der Tumorstammzellen reguliert, denn alle Stammzellen – egal ob gutartig oder bösartig – sind keine kleinen, autonomen Maschinen. Sie werden auch über die Signale anderer Zellen gesteuert. Senden diese Zellen einen Weckruf, so kann eine Krebsstammzelle auch nach Jahren wieder aktiv werden und neue Tumorzellen produzieren. Diese besondere Überlebensstrategie könnte erklären, warum bei manchen Patienten der besiegt geglaubte Krebs zurückkehrt. Obwohl die Therapie zunächst erfolgreich schien und der Patient neue Hoffnung auf ein gesundes Weiterleben schöpfte, enden nicht wenige Rezidive tödlich.

 

Tumorstammzellen in der Forschung

Die Krebsforschung verdankt viele Erkenntnisse der letzten Jahre und Jahrzehnte einer einzigen, besonderen Zelllinie. Die sogenannten HeLa-Zellen stammen von der Afroamerikanerin Henrietta Lacks, die 1951 in Baltimore (USA) an Gebärmutterhalskrebs verstarb. Eine ihr entnommene Gewebeprobe gelangte in die Hände des Krebsforschers George Otto Gey. Er wollte das Wachstumsverhalten von Tumorzellen studieren. Dazu benötigte er jedoch eine unsterbliche, humane Zelllinie. Bis dato scheiterten jedoch alle Experimente mit menschlichem Gewebe. Alle Zellen starben im Labor nach 30 bis 50 Teilungen ab oder hörten auf zu wachsen.

Aus dem Gewebe von Henrietta Lacks konnte Gey einzelne Zellen isolieren und kultivieren. Eine Zelle erregte seine Neugier. Sie unterschied sich in ihren Eigenschaften signifikant von allen anderen Zellen. Diese eine Zelle teilte sich unentwegt mit großer Geschwindigkeit. Selbst nach einer großen Anzahl von Zellteilungen machte sie keine Anstalten, abzusterben oder ihre Aktivitäten einzustellen. Diese Zelle schien offensichtlich unsterblich zu sein. Aus ihr züchtete Gey die HeLa-Zelllinie. Er gab sie großzügig auch an andere Wissenschaftler weiter. Weltweit lassen sich über 11.000 Patente und 75.000 Fachartikel in wissenschaftlichen Datenbanken finden, die auf der Forschung an HeLa-Zellen basieren. Bis heute wurde viermal der Medizinnobelpreis an Wissenschaftler verliehen, die an HeLa-Zellen forschten.

Die Erfolgsgeschichte der HeLa-Zellen hat jedoch auch ein dunkleres Kapitel. In den 1950er-Jahren hatten weder Henrietta Lacks noch ihre Angehörigen den Medizinern die Erlaubnis erteilt, die Gewebeproben anderweitig also beispielsweise für Forschungszwecke zu verwenden. Zur damaligen Zeit war eine Zustimmung auch nicht Usus. Lacks‘ Nachkommen erfuhren erst Jahrzehnte später, dass die HeLa-Zellen unsterblich waren und sogar kommerziell genutzt wurden. Für die am Existenzminimum lebende Familie ein Schock. Jahr für Jahr wurden mit den Zellen der Ehefrau bzw. Mutter und Großmutter Millionenumsätze generiert. Die Familie einigte sich erst im Jahr 2013 mit dem National Institutes of Health über den zukünftigen Umgang mit den HeLa-Zellen, der die Persönlichkeitsrechte aber auch wissenschaftliche und kommerzielle Interessen wahrt.

 

Aktuelle Forschung

Im Moment konzentrieren sich die Wissenschaftler darauf, Marker zu finden, mit denen sich Tumorstammzellen zielsicher identifizieren lassen. Bei diesen Markern handelt es sich um Moleküle, die nur auf der Oberfläche von Krebsstammzellen existieren. Denn nur wenn die Isolation gelingt, ist eine Kultivierung in der Petrischale möglich. Das Zur-Verfügung-Stehen dieser Techniken ist für die Entwicklung erfolgreicher Therapien unerlässlich.

Bis heute konnten sich die Tumorstammzellen so manches Geheimnis bewahren. Obwohl die Forschung mit Hochdruck daran arbeitet, sind längst nicht alle Prozesse verstanden, die zur Entstehung von Krebs führen. Einige Wissenschaftler vermuten, dass Tumorstammzellen aus sogenannten Progenitorzellen hervorgehen. Diese Vorläuferzellen von Körperzellen entwickeln sich aus Stammzellen. Sie haben beim Einschlagen des Differenzierungsweges allerdings die Eigenschaft der Selbsterneuerung verloren. Experimente belegen jedoch, dass manche Progenitorzellen diese Fähigkeit unter bestimmten Umständen zurückerlangen können und aus ihnen dann die Tumorstammzellen hervorgehen.