Ein Schatz für die Krebsforschung: Britta Majchrzak-Stiller holt die gefrorenen Zellen aus der Kühlung, aus denen Organoide wachsen können.
Medizin
Ein Schatz in der Gefriertruhe
Organoide sind das Bindeglied zwischen realem Tumor und Laborexperiment. An ihnen lässt sich die Wirksamkeit von Krebsmedikamenten prüfen.
Weißer Dampf wallt aus der Gefriertruhe, aus der Dr. Britta Majchrzak-Stiller einen transparenten rechteckigen Container zieht. Darin ruht das Ergebnis jahrelanger Vorarbeit, ein Schatz für die Krebsforschung: Bei minus 150 Grad Celsius konservieren die Forschenden hier künftige Organoide aus Bauchspeicheldrüsenkrebszellen.
Diese Krebsart gehört zu den schicksalhaftesten, erklärt Dr. Philipp Höhn, wie Britta Majchrzak-Stiller Mitglied des Chirurgischen Forschungslabors am St. Josef Hospital, Klinikum der Ruhr-Universität Bochum. Nur etwa sechs Prozent der Patientinnen und Patienten leben fünf Jahre nach der Diagnose noch. „Dafür gibt es mehrere Gründe“, so der Mediziner. „Der Krebs verursacht lange keine Symptome und wird deswegen fast immer sehr spät entdeckt. Außerdem wächst er oft aggressiv und streut schnell in seine Umgebung.“
Tumore sind so vielfältig wie die Menschen selbst
Die einzige Gemeinsamkeit, die die Tumore haben, ist ihr Ursprung aus den Gängen der Bauspeicheldrüse. „Es gibt auch eine Reihe häufiger Mutationen. Aber ansonsten ist jeder Tumor so individuell wie der Patient selbst“, sagt Britta Majchrzak-Stiller. Eine Behandlung mit Chemotherapeutika ist daher schwierig. Es lässt sich kaum vorhersagen, ob ein Tumor auf einen bestimmten Wirkstoff ansprechen wird oder nicht. Da die Medikamente starke Nebenwirkungen verursachen, möchte man auch nicht einfach ausprobieren.
Das Team des chirurgischen Forschungslabors (von links): Lea Skrzypczyk, Britta Majchrzak-Stiller, Lisa Trzebiatowski, Philipp Höhn, David Wiedemann, Johanna Strotmann
Hier kommen die Organoide ins Spiel. Ein dreidimensionaler, kleiner Tumor aus patienteneigenem Material verhält sich in vielen Eigenschaften genauso wie das Geschwür im Körper. An ihm könnte man die Wirksamkeit verschiedener Krebsmedikamente vorab testen und dem Patienten die aussichtsreichste Substanz verabreichen. Dieses Konzept entwickeln und testen die Bochumer Forschenden in der deutschlandweiten Studie „UNITEPANC“, die von der Deutschen Krebshilfe finanziert wird. „Noch sind wir nicht so weit, das allen Patienten anbieten zu können“, schränkt Philipp Höhn ein. Aber seit rund vier Jahren baut das Team die entsprechenden Workflows auf, seit Anfang 2025 die Biobank mit Organoidzellen.
Alles muss laufen wie am Schnürchen
„Wir können das nur machen, weil wir eines der größten Pankreaszentren in Deutschland sind“, sagt Höhn. Etwa 250 Patientinnen und Patienten mit Bauchspeicheldrüsenkrebs werden hier jedes Jahr operiert. Nicht jeder von ihnen kommt für die Erzeugung von Organoiden infrage. Der Tumor muss zum Beispiel eine gewisse Größe haben, und es darf vor der OP keine Chemotherapie stattgefunden haben. In rund 60 Fällen jährlich stimmen alle Voraussetzungen.
Findet die Operation statt, muss alles laufen wie am Schnürchen: Da das Bauchspeicheldrüsengewebe extrem empfindlich ist und sich aufgrund der in der Drüse produzierten aggressiven Verdauungssekrete blitzschnell zu zersetzen beginnt, muss während des Eingriffs jemand mit einer Eisbox im OP parat stehen. Die Operateur*innen müssen das entnommene Gewebe schnellstmöglich begutachten und freigeben, sodass es per Taxi in die Pathologie transportiert werden kann, wo ebenfalls schon Mitarbeitende auf Abruf bereitstehen. Hier wird das Gewebe geschnitten und aufgearbeitet, bevor es schließlich im Labor zerkleinert und in ein Matrigel, ein gelartiges Proteingemisch, eingebracht wird. Das gesamte Prozedere dauert nicht mehr als zwei Stunden.
Nur aus einer Zelle, die einmal gelernt hat, ein Organoid zu werden, kann später auch wieder ein Organoid wachsen.
Dann wird es spannend: Nicht in allen Fällen gelingt es, Organoide zum Wachsen zu bringen. „Wenn es klappt, wachsen die Organoide drei bis vier Wochen im Gel heran“, erklärt Lea Skrzypczyk, Technische Assistentin des Teams. Sie wachsen kugelförmig verschieden schnell und erreichen Größen bis zu 200 Mikrometer. „Länger lassen wir sie nicht wachsen, weil sie irgendwann im Inneren nekrotisch werden, das Gewebe dort also abstirbt, da sie keine Blutversorgung haben“, so Lea Skrzypczyk. Die Matrix wird dann aufgelöst, die Zellen werden vereinzelt und gewaschen und dann tiefgekühlt. „Nur aus einer Zelle, die einmal gelernt hat, ein Organoid zu werden, kann später auch wieder ein Organoid wachsen“, erklärt Lisa Trzebiatowski, Doktorandin aus dem Forschungsteam.
Die Zellen müssen täglich begutachtet werden. Lea Skrzypczyk kümmert sich um die Kulturen.
Die Organoide erreichen Größen bis 200 Mikrometer. Würde man sie größer wachsen lassen, würden sie im Inneren nekrotisch, weil sie keine Blutversorgung haben.
Lisa Trzebiatowski begutachtet das Wachstum der Organoide. Sie wachsen kugelförmig in der Gelmatrix heran und sind unter dem Mikroskop erkennbar.
Die Organoidzellen werden, ebenso wie das Tumormaterial, in einer Biobank gesammelt. Jede von ihnen vergrößert den Schatz in der Gefriertruhe. Seit Januar 2025 konnte das Team 15 Zelllinien einfrieren; etwa fünf weitere befinden sich aktuell in Kultur. Je mehr es werden, desto besser kann es in Zukunft in Zusammenarbeit mit Pharmafirmen auch gelingen, verschiedene Wirkstoffe gegen Krebs schnell zu testen und ihre Wirksamkeit zu vergleichen.
Organoide ersetzen viele Tierversuche
Gegenüber eingekauften Zelllinien haben die Organoide den großen Vorteil, dass sie aus patienteneigenem Material gewachsen sind und die genetische Vielfalt der Tumore widerspiegeln. Durch ihr dreidimensionales Wachstum verhalten sie sich ähnlich wie der Tumor im Organismus. „Wenn ich eine zweidimensionale Zellkultur habe und einen Wirkstoff darauf gebe, gelangt er zum Beispiel problemlos überall hin und erreicht jede einzelne Zelle“, erklärt Philipp Höhn. „Das bildet aber nicht die Realität ab. Darin sind Organoide viel besser.“
Die Organoide wachsen kugelig im Matrigel und werden verschieden groß.
Erweist sich ein Medikament im Test an Organoiden als wirksam, steht als nächster Schritt ein Tierversuch an, meist in der Maus. Diese Tests sind gesetzlich vorgeschrieben. „Durch die Organoide kann man viele Substanzen von vornherein ausschließen und braucht dadurch sehr viel weniger Tiere“, so Höhn.
Ein Pflaster für die Bauchspeicheldrüse
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