Ein Forschungsteam der University of Pennsylvania hat ein Lungenkrebs-Chip-Modell mit lebenden Blutgefäßen entwickelt und damit eine neue Plattform zum Verständnis des Wirkmechanismus der CAR-T-Zelltherapie bei soliden Tumoren geschaffen. Die in Nature Biotechnology veröffentlichte Studie beleuchtet die Interaktion zwischen Immunzellen und Krebszellen durch Simulation der Tumormikroumgebung.

Der Bioingenieursprofessor Dan Dongeun Huh erklärte: „Die CAR-T-Zelltherapie hat bei der Behandlung von Blutkrebs bemerkenswerte Ergebnisse erzielt, ihre Wirkung auf solide Tumore, die mehr als 90 % aller Krebserkrankungen ausmachen, ist jedoch begrenzt. Die größte Herausforderung besteht darin, die Abwehrmechanismen der Tumormikroumgebung zu überwinden.“ Das Tumorchip-Modell verwendet transparente mikrotechnische Geräte, um ein dreidimensionales Kultursystem mit menschlichen Lungenkrebszellen und Gefäßnetzwerken zu konstruieren.

Postdoktorand Haijiao Liu erklärte: „Unser Ziel ist es, eine Umgebung zu schaffen, in der Tumorzellen ein realistisches In-vivo-Verhalten zeigen können. Durch die Nachbildung der Tumormikroumgebung können wir die Mechanismen der Zell-Zell-Interaktionen beobachten.“ Das Forschungsteam fand heraus, dass Tumorgefäßendothelzellen zwar chemotaktische Signale aussenden, diese jedoch nur von kurzer Dauer sind. Durch die Zugabe des Diabetesmedikaments Vildagliptin konnte die Dauer des Signals effektiv verlängert und die Rekrutierung von CAR-T-Zellen in den Tumorbereich verbessert werden.

Die Forscher kombinierten Multi-Omics-Techniken und bioinformatische Methoden, um die molekularbiologischen Prozesse von CAR-T-Zellen im Tumormikromilieu eingehend zu analysieren. Sie stellten fest, dass das von Fibroblasten und T-Zellen produzierte Enzym DPP4 chemotaktische Signale abbaut und dass bestehende DPP4-Inhibitoren die Kommunikation zwischen Tumorblutgefäßen und Immunzellen wiederherstellen können. Professor Huh erklärte: „Die Transparenz dieses Systems macht es zu einem Fenster für die Beobachtung der Krebsimmuntherapie und ermöglicht eine klare Beobachtung der Bewegung und des Angriffs von CAR-T-Zellen im Tumorgewebe.“

Während der experimentellen Beobachtungen zeichnete das Forschungsteam den gesamten Prozess auf, bei dem eine einzelne T-Zelle die Blutgefäßwand durchquert, durch das Gewebe wandert und Tumorzellen angreift. Diese Echtzeit-Beobachtungsdaten liefern direkte Hinweise auf die Verbesserung des CAR-T-Zell-Designs. Die Anwendung dieses Tumorchip-Modells dürfte die Entwicklung neuer Immuntherapien beschleunigen und gleichzeitig die Abhängigkeit von Tierversuchen verringern.

Huh betonte: „Der hohe physiologische Realismus des Modells ermöglicht es uns, klinisch relevante hochdimensionale Daten zu gewinnen. Diese mechanistischen Erkenntnisse werden dazu beitragen, sicherere und wirksamere Krebsimmuntherapien zu entwickeln.“

Weitere Informationen: Haijiao Liu et al., In-vitro-Studie zur Tumorchip-basierten CAR-T-Zell-Immuntherapie bei soliden Tumoren, Nature Biotechnology (2025). Zeitschrifteninformationen: Nature Biotechnology