In vitro cancer cell–ECM interactions inform in vivo cancer treatment
Advanced Drug Delivery Reviews 97 (2016) 270–279
Andrew W. Holle a, Jennifer L. Young a, Joachim P. Spatz a,b
a Departm. of New Materials and Biosystems, Max Planck Instit. for Intelligent Systems, Stuttgart 70569, Germany
b Departm. of Biophysical Chemistry, University of Heidelberg, Heidelberg 69047, Germany
Diese Publikation ist ein Beispiel für das aktuelle wissenschaftliche Niveau bei in-vitro-Studien zur Erfassung der Wirkung äußerer Einflüsse – hier im Rahmen der Entwicklung neuer Krebsmedikamente.
Diese Vorgehensweise kann auch als Anregung für aussagefähigere Forschungsansätze zur Untersuchung der Wirkungsmechanismen elektromagnetischer Felder dienen.
Zusammenfassender Kommentar zu dieser Publikation:
Der Kommentar erfolgt unter dem Gesichtspunkt der Aussagekraft von in-vitro-Experimenten. Diese sind eine wesentliche Komponente zur Beurteilung der möglicherweise gesundheitlichen Wirkungen als Basis für die Festlegung der gültigen deutschen Grenzwerte für elektromagnetische Felder.
(In-vitro-Experimente werden in einer kontrollierten künstlichen Umgebung außerhalb eines lebenden Organismus, z.B. im Reagenzglas, durchgeführt.)
Die Publikation ist ein Beispiel für das aktuelle wissenschaftliche Niveau bei in-vitro-Studien zur Erfassung der Wirkung äußerer Einflüsse – hier im Rahmen der Entwicklung neuer Krebsmedikamente.
Kernaussage: Die Wirkung kann nur richtig erfasst werden, wenn die Messungen nicht nur separat an den Zellen, sondern an den Zellen zusammen mit der sie umgebenden extrazellulären Matrix (EZM) erfolgen. Deshalb werden in den in-vitro-Experimenten biomimetische „Gerüste“ und Durchströmungssysteme verwendet, die wesentliche Einflüsse der EZM auf die resultierende Wirkungen repräsentieren.
Konsequenzen:
- In-vitro-Experimente ohne Berücksichtigung des EZM-Einflusses sind wenig aussagkräftig.
- Insbesondere liefern sie keine verlässlichen Ergebnisse für die tatsächlichen Wirkungen beim Menschen.
- Die in-vitro-Experimente, die bisher bekanntermaßen herangezogen wurden im Rahmen der Bewertung gesundheitlicher Folgen niederfrequenter elektromagnetischer Felder (NFEMF), berücksichtigen nicht die vielfältigen Einflussmöglichkeiten der EZM.
- Damit ist die Vielzahl bisheriger in-vitro-Experimente nicht geeignet,
Aussagen zu Grenzwerten oder zur Befürwortung oder Ablehnung verpflichtender Vorsorgemaßnahmen zu machen.
- Der oft unterschwellig erweckte Eindruck, dass eine negative gesundheitliche Wirkung von NFEMF unwahrscheinlich sei, weil es trotz zahlreicher Untersuchungen keinen konsistenten Nachweis dafür gebe, ist irreführend. Dazu waren diese Untersuchungen gar nicht in der Lage.
Empfehlungen/Anmerkungen:
- Wenn auch in der Publikation der Einfluss externer elektromagnetischer Felder (EMF) nicht behandelt wird, so erscheint aber die vorgestellte experimentelle Vorgehensweise als eine ausgezeichnete Basis, bei neuen Experimenten mit zusätzlicher Beeinflussung durch externe elektromagnetischer Felder aussagefähigere Informationen zu deren Wirkungen zu bekommen.
- Im Rahmen der notwendigen Ursachenforschung für nicht funktionierende Krebstherapien wird zwangsläufig die außerordentliche Komplexität der beteiligten biomolekularen Signalprozesse und sonstiger Verknüpfungen der beteiligten Komponenten deutlich.
- Wie in der vorgestellten Publikation betont, finden die relevanten biophysikalischen Prozesse im Mikro- bis Nanometerbereich statt. Das ist auch zu berücksichtigen, wenn die Wirkungsmechanismen elektromagnetischer Felder für gesundheitliche Folgen aufgeklärt bzw. berücksichtigt werden sollen. Im Kontrast dazu stehen die Folgerungen aus Mittelungen über den Millimeterbereich, die für die Ableitung der geltenden Grenzwerte gemacht wurden (s.a. diese Website, Teil 2.3, II.2) Grenzwerte-Herleitung: wissensch. Defizite 2016“).
Begründung der Auswahl dieser Publikation:
1. Wissenschaftliches Niveau und Aktualität: Koautor ist J.P.Spatz, Träger des Leibnizpreises 2016, des wichtigsten Forschungsförderpreises in Deutschland.
2. Auch wenn in vitro Versuche ein wesentliches Hilfsmittel zur Erkenntnisgewinnung sein können, so scheint ihre begrenzte Aussagefähigkeit nicht immer richtig bedacht zu werden.
3. Die jetzt vorgestellte Publikation ist ein Beispiel für das aktuelle wissenschaftliche Niveau bei in-vitro-Studien zur Erfassung äußerer Einflüsse – hier im Rahmen der Entwicklung neuer Krebsmedikamente.
Sie ist ein Beispiel für zielgerichtete, „offensiv“ vorangetriebene Forschung. Im Gegensatz dazu wird „defensive“ Forschung meist nur zögerlich und mit verhältnismäßig geringem Aufwand durchgeführt (teilweise sogar als „Alibiforschung“ kritisiert). Mit „defensiver“ Forschung ist hier Forschung gemeint, die zur Absicherung gegen unerwünschte Nebeneffekte bei ansonsten nützlichen, oft sehr lukrativen Vorhaben erfolgen sollte. Als Beispiel hierfür erscheint seit ca. zwei Jahrzehnten die Forschung zu gesundheitsrelevanten Folgen niederfrequenter elektromagnetischer Felder.
Inhalt der der Publikation:
Informationen aus in vitro Experimenten zur Wechselwirkung von Krebszellen mit der extrazellulären Matrix (EZM) zur Krebsbehandlung
Hintergrundthema ist die bei der Entwicklung von Krebsmedikamenten oft bestehende Diskrepanz zwischen erfolgreichen Wirkungen der Krebsmedikamente bei in-vitro-Versuchen und deren unbefriedigende Wirkungen in vivo.
Die Ursache dafür sind oft Eigenschaften der Mikro-Umgebung der Krebszellen, d.h. der umgebenden EZM, die die Zellen gegen chemische Behandlung resistent machen. Diese Mikroumgebung wurde meistens bei früheren in-vitro-Versuchen nicht oder nicht ausreichend berücksichtigt.
Deshalb wurden in den in-vitro-Experimenten kleine Vorrichtungen und andere Maßnahmen zur Simulation der Mikroumgebung eingesetzt.
Die Einflüsse der Matrixsteifigkeit auf die Migration, Proliferation, Differenzierung und Adhäsion von Zellen werden aufgezeigt, ebenso wie Zusammenhänge mit lokalem pH, Sauerstoffgehalt und Art und Menge verfügbarer Liganden. Letztere bestimmen durch ihre Zellkontaktstellen Signalprozesse in der Zelle, die das Zellschicksal bestimmen.
Zudem werden in der Publikation auch konkrete Wege zur Variation der relevanten EZM-Eigenschaften in den in-vitro-Experimenten genannt.
Der letzte Teil bringt Stellungnahmen zu bestehenden Krebstherapien, die Wechselwirkungen mit der EZM berücksichtigen, und Empfehlungen für zukünftige Vorgehensweisen.