Der südkoreanische Krebsforscher Kwon Yong-jun arbeitet seit einem Jahr im „Luxembourg Institute of Health“ (LIH) in Strassen. In seinem Heimatland hat er einen 3D-Bioprinter entwickelt, der es ermöglicht, herauszufinden, welche Medikamente bei einem bestimmten Tumor am besten wirken. Diesen Printer mit dem Namen ASFA (Accuracy, Simple & Fast 3D Cell Imaging & Analysis) hat er mit nach Luxemburg gebracht.
3D-Bioprinter
Ein Bioprinter ist ein 3D-Drucker, der mit organischen Substanzen arbeitet. Mithilfe von Techniken des „Tissue Engineering“ werden regelmäßige Strukturen oder Gewebe aus zuvor gezüchteten Zellen erzeugt. Forscher wollen in Zukunft ganze Organe damit herstellen. Der Bioprinter im LIH arbeitet mit echten Krebszellen von Patienten. „In der Theorie könnte er auch gezüchtetes Gewebe drucken“, sagt Forscher Kwon Yong-jun. „Das habe ich allerdings noch nie ausprobiert.“ Er widmet die von ihm entwickelte Technologie bisher ausschließlich der Optimierung von Krebstherapien.
Nur rund 10 Prozent aller Krebsmedikamente schlagen an. Eine erschreckend geringe Zahl, die durch eine individuelle Anpassung der Therapie an den Patienten erhöht werden könnte. Um herauszufinden, wie die verschiedenen Medikamente bei einem Patienten wirken, hat Kwon Yong-jun einen 3D-Printer entwickelt.
Knapp über ein Jahr hat er im Samsung Medical Center in Seoul, Südkorea, gearbeitet – einem der größten Krankenhäuser in Asien. Dort hat er den ASFA-Cell-Spotter gemeinsam mit einem Forscherteam entwickelt.
Die inzwischen fünfte Version des kistenförmigen Druckers befindet sich im LIH, wo Kwon seit einem knappen Jahr arbeitet und das weltweit erste Pilotprojekt dieser Art betreut. Zuvor hat er über vier Jahre in einem Forschungsinstitut in Straßburg gearbeitet. Noch wohnt er dort, doch das soll sich bald ändern. Im August wird er mit seiner Familie ins Großherzogtum ziehen.
„Luxemburg erinnert mich an Seoul“
Luxemburg fühlt sich für ihn wie nach Hause kommen an. „Hier ist alles so modern und poliert, das erinnert mich sehr an Seoul. Straßburg ist in dieser Hinsicht schon anders“, findet Kwon. Das passende Haus habe er schon gefunden. Der Krebsforscher plant, hier zu bleiben. Ein Start-up-Unternehmen, dessen Konzept die Krebsforschung anhand eines 3D-Bioprinters ist, möchte er später gründen.
Aber hierfür muss das Gerät zuerst auf Herz und Nieren getestet werden. Den ersten beiden Studienteilnehmern wurden Krebszellen direkt aus dem Tumor entnommen. 18 weitere Testpersonen folgen noch. Dabei handelt es sich um Patienten, bei denen eine standardisierte Behandlung nicht angeschlagen hat. Das entnommene Gewebe wird mit einem sogenannten „Tissue Grinder“ in einzelne, intakte Zellen zerlegt. Diese werden dann mit einem puddingartigen Klebstoff gemischt. Diese Mischung ist wichtig, um einen 3D-Effekt zu erhalten.
Gemisch aus Zellen und einem speziellen Klebstoff
„Unser Gewebe ist schließlich auch nicht 2D“, erklärt Kwon. „Durch den 3D-Printer bleibt die Mikro-Umgebung der Zellen bestehen und sie verhalten sich so wie im Tumor selbst.“ So nah am Patienten wie möglich also, das ist die Grundidee hinter dem Konzept.
Das Zellen-Klebstoff-Gemisch wird anschließend auf die winzigen Säulen einer Plastikunterlage gedruckt. Dabei wird genau die gleiche Zellen-Zusammensetzung auf jede Säule gedruckt, zum Beispiel 1.000 Krebszellen pro Säule. Für das Auge ist diese Mischung nicht mehr als ein halber Regentropfen.
Dadurch, dass die exakt gleiche Zusammensetzung auf jede Säule geladen wird, sind die Voraussetzungen für jedes Medikament die gleichen, sodass diese optimal verglichen werden können. Das wäre bei einer gewöhnlichen Gewebeprobe nicht der Fall. Pro Unterlage werden 42 Medikamente in verschiedenen Konzentrationen getestet.
Erfolgsgeschichten aus Südkorea
Mit den beiden Biopsien, die bisher für das Pilotprojekt entnommen wurden, hat Kwon den beschriebenen Ablauf bereits durchgeführt. Die kranken Zellen der beiden Krebspatienten wurden zerlegt und auf die Säulen der Unterlage gedruckt. Jede Säule ist in Kontakt mit einem anderen Medikament. Diese haben nun sechs Wochen Zeit, zu wirken – oder eben nicht. „Wir können am Ende visualisieren, wie viele Zellen pro Säule abgestorben sind“, sagt Kwon. Die Medikamente mit der maximalen therapeutischen Wirkung werden ausgewählt und das Ergebnis wird dem behandelnden Arzt vermittelt.
Der Forscher ist der festen Überzeugung, dass in Zukunft die Krebszellen eines jeden Patienten dieser Methode unterzogen werden. So erhält jeder umgehend die für ihn wirkungsvollste Therapie. „Das bedeutet vor allem, dass wir den gesundheitlichen und sozialen Preis verringern, den der Patient zahlen muss. Wir steigern seine Zufriedenheit“, sagt der Forscher. Die meisten Krebsmedikamente haben schwere Nebenwirkungen und schlagen häufig nicht an. Dieses Risiko soll künftig deutlich verringert werden.
In Korea haben Kwon und sein Team die Methode bereits an einzelnen Personen getestet. Ein paar dieser Erfolgsgeschichten wurden in der Fachzeitschrift Nature Genetics veröffentlicht. In Luxemburg findet nun die weltweit erste klinische Pilotstudie mit dieser Technik statt. In einer zweiten Phase wird die Studie auf eine größere Testgruppe ausgeweitet. Das abgeschlossene Projekt wird Schätzungen zufolge in drei Jahren ausgewertet. Sind die Ergebnisse so positiv, wie Kwon es erwartet, wird die Methode in den Klinikalltag integriert.
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