(26) Zellmodelle besser an die Situation im Menschen anpassen

Wenn Forschende neue Krebsbehandlungen im Labor testen, verwenden sie Zellkulturen – also Zellen, die ausserhalb des Körpers kultiviert werden. Oft ist jedoch unklar, wie gut Laborbedingungen die Situation in menschlichen Tumoren tatsächlich abbilden. «Forschende stehen derzeit vor einer schwierigen Situation», erklärt Jean-Philippe Theurillat. «Aufgrund fehlender Daten beruht die Wahl eines Zellmodells häufig eher auf Annahmen als auf fundierten Erkenntnissen.» Ein Forschungsteam um Jean-Philippe Theurillat an der Università della Svizzera italiana wollte dies für Prostatakrebs ändern. Es entwickelte eine systematische Methode, um zu messen, wie gut unterschiedliche Labormodelle mit Tumoren von Betroffenen übereinstimmen, und stellte dieses Instrument der Forschungsgemeinschaft frei zur Verfügung.

In den vergangenen Jahrzehnten wurden zahlreiche Verfahren entwickelt, um menschliche Zellen im Labor zu kultivieren – unter anderem mit dem Ziel, Tierversuche zu reduzieren. In den letzten Jahren wurden insbesondere sogenannte Organoidkulturen, also kleine dreidimensionale Zellstrukturen, als besonders fortschrittliche Methode etabliert.

Bislang fehlte jedoch ein systematischer Vergleich dieser Modelle mit echten menschlichen Tumoren. Die Wahl eines Zellmodells beruhte deshalb oft auf Erfahrung oder Annahmen statt auf belastbaren Daten. Das Forschungsteam von Jean-Philippe Theurillat nutzte Genexpressionsanalyse, mit der bestimmt werden kann, welche Gene in einer Zelle aktiv sind. Es verglich Prostatakrebszellen aus unterschiedlichen Kulturbedingungen mit Tumorproben von Betroffenen. Anschliessend setzte es Methoden der künstlichen Intelligenz ein, um zu identifizieren, welche Laborbedingungen die biologischen Eigenschaften menschlicher Tumoren am besten widerspiegeln. Während des gesamten Projekts legte das Team besonderen Wert auf kostengünstige und praktikable Verfahren, die sich im Laboralltag einfach anwenden lassen.

Das Projekt verfolgte drei Ziele:

• die Genaktivität von Prostatakrebszellen, die unter unterschiedlichen Laborbedingungen kultiviert wurden, systematisch mit jener realer Tumore von Betroffenen zu vergleichen;

• mithilfe künstlicher Intelligenz die aussagekräftigsten Modelle zu identifizieren und weiterzuentwickeln;

• der Forschungsgemeinschaft ein praxisnahes, webbasiertes Instrument zur Verfügung zu stellen, mit dem solche Vergleiche selbst durchgeführt werden können. So sollen fundiertere Entscheidungen bei der Wahl von Modellsystemen ermöglicht und langfristig Tierversuche reduziert werden.

Das Team entwickelte eine computergestützte Methode, um Genexpressionsmuster zwischen Zellkulturen, Tiermodellen und menschlichen Prostatatumorproben zu vergleichen. Von Betroffenen abgeleitete Tiermodelle zeigten eine hohe Übereinstimmung mit menschlichen Tumoren hinsichtlich der Veränderungen der Genaktivität während des Krankheitsverlaufs. Auch menschliche Zelllinien und Organoidkulturen konnten diese Veränderungen teilweise abbilden. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Cell Reports veröffentlicht (Zhang J. et al., 2025). Darüber hinaus entwickelte und veröffentlichte das Team den Prostate Cancer Atlas. Dieses cloudbasierte Instrument ermöglicht es Forschenden, eigene Daten hochzuladen und zu analysieren, sowie herauszufinden, wie stark ihr Labormodell menschlichem Tumorgewebe ähnelt und welchem Krankheitsstadium es am ehesten entspricht.

Der Prostate Cancer Atlas bietet Forschenden in Wissenschaft und Industrie eine konkrete, evidenzbasierte Möglichkeit, die Stärken und Grenzen ihrer Labormodelle zu beurteilen. Gleichzeitig hilft das Instrument dabei, Muster in experimentellen Daten zu erkennen, die tatsächliche Prozesse des Krankheitsverlaufs oder die Resistenzentwicklung gegenüber Hormontherapien widerspiegeln. Anstatt ein Modell aufgrund etablierter Gewohnheiten auszuwählen, können Forschende nun fundiertere Entscheidungen treffen und besser einschätzen, wie gut ihre Laborergebnisse die Situation von Betroffenen abbilden. Der Ansatz ist zudem nicht auf Prostatakrebs beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auf andere Krankheitsmodelle, etwa Brust- oder Lungenkrebs, übertragen.

Veröffentlichung des Prostate Cancer Atlas, einem Modell für ein ganzheitliches Verständnis von Prostatakrebs

Transcriptome-Guided Reverse Engineering of Human Prostate Cancer