Moffitt treibt Krebsforschung mit Ernährungsanalysen, räumlichen Biomarkern und Ingenieurwissenschaften voran

Moffitt-Cancer-Center-Forschende haben mehrere Studien veröffentlicht, die das Verständnis von Krebsrisikofaktoren und der Vorhersage von Therapieansprechen erweitern, und zugleich einen nationalen Gipfel zu ingenieurgetriebenen Innovationen in der Krebsforschung ausgerichtet.

Eine neue, im British Journal of Cancer veröffentlichte Studie legt nahe, dass Menschen, die sich pflanzenbasiert ernähren, im Vergleich zu Personen, die regelmäßig Fleisch essen, ein leicht geringeres Gesamtrisiko haben könnten, an Krebs zu erkranken. Die Forschenden kombinierten Daten aus mehreren großen prospektiven Kohortenstudien, die Krebsdiagnosen bei Personen erfassten, die unterschiedliche Ernährungsmuster angaben, darunter Fleischesser, Vegetarier und Veganer. Insgesamt zeigte die Studie, dass vegetarische Ernährungsweisen im Vergleich zu fleischhaltigen Ernährungsweisen mit einer deutlichen Verringerung des Gesamtkrebsrisikos assoziiert waren.

Die Studie identifizierte zudem einige unerwartete Zusammenhänge bei bestimmten Krebsarten. Bei Vegetariern wurde ein höheres berichtetes Risiko für ein Plattenepithelkarzinom der Speiseröhre festgestellt, während Veganer ein höheres Risiko für kolorektalen Krebs aufwiesen. Die Forschenden betonen, dass diese Befunde weiterer Untersuchung bedürfen und vorsichtig zu interpretieren sind.

Eine Forscherin am Moffitt Cancer Center, der/die Ernährung und Krebsrisiko untersucht, erklärt, dass pflanzenbasierte Ernährungsweisen mehrere Merkmale aufweisen, die den insgesamt krebsschützenden Trend erklären könnten. Pflanzliche Kost ist häufig reich an Ballaststoffen, Antioxidanzien, Vitaminen, Mineralstoffen und sekundären Pflanzenstoffen (phytochemicals), die Entzündungen reduzieren, eine gesunde Darmfunktion unterstützen und Zellen vor DNA-Schäden schützen. Zudem enthält sie tendenziell weniger gesättigte Fette und ist nährstoffdichter, was helfen kann, ein gesünderes Körpergewicht zu halten – ein wichtiger Faktor der Krebsprävention.

Die Studie ist beobachtend, das heißt, sie kann Assoziationen aufzeigen, aber keine Kausalität beweisen. Selbst bei sehr großer Stichprobe und langer Nachbeobachtung können sich Menschen, die sich vegetarisch oder vegan ernähren, in anderen gesundheitsbezogenen Verhaltensweisen von Fleischessern unterscheiden, etwa beim Rauchen, Alkoholkonsum, der körperlichen Aktivität oder beim Screening-Verhalten. Die Ergebnisse stützen die Annahme, dass pflanzenbasierte Ernährungsweisen das Krebsrisiko senken könnten, belegen jedoch nicht, dass eine Ernährungsumstellung unmittelbar zu einem Risikorückgang führt.

Eine Hypothese für den Befund zum Speiseröhrenkrebs ist, dass manche Vegetarier möglicherweise geringere Mengen bestimmter Mikronährstoffe wie Zink oder Selen aufnehmen, die eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Integrität der Speiseröhrenschleimhaut spielen. Eine weitere Möglichkeit ist, dass sich Lebensstil- oder kulturelle Faktoren, die in den Daten nicht vollständig erfasst wurden, in bestimmten Regionen zwischen Vegetariern und Nichtvegetariern unterscheiden. Das bei Veganern berichtete höhere Risiko für kolorektalen Krebs könnte ebenfalls Unterschiede in der Nährstoffzufuhr oder andere Lebensstilfaktoren widerspiegeln. Vegane Ernährungsweisen können sich zwischen und innerhalb von Populationen stark unterscheiden, und manche können arm an Calcium, Vitamin D oder B12 sein – Nährstoffe, die mit einem Schutz vor kolorektalem Krebs in Verbindung stehen.

In einer separaten, in Cancer Research veröffentlichten Arbeit identifizierten Moffitt-Forschende unterschiedliche räumliche Tumor–Immun-Ökosysteme, die vorhersagen, ob Patientinnen und Patienten mit fortgeschrittenem nichtkleinzelligem Lungenkrebs (non–small cell lung cancer) von einer Immuntherapie profitieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Analyse, wie Tumor- und Immunzellen innerhalb des Tumormikromilieus organisiert sind und interagieren, die Krankheitsprogression genauer vorhersagen kann als der PD-L1-Status allein. Die Arbeit war als Titelbild des Journals zu sehen und ist zudem Teil der Data-Science-Spezialserie.

Mithilfe von Multiplex-Bildgebung, räumlicher Statistik und maschinellem Lernen analysierten die Untersuchenden gepaarte Biopsien vor und unter Behandlung von Patientinnen und Patienten, die an einer klinischen Studie teilnahmen, in der der HDAC-Inhibitor vorinostat mit dem PD-1-Inhibitor pembrolizumab kombiniert wurde. Statt sich auf einzelne Marker zu konzentrieren, untersuchte das Team, wie Immunzellen und Tumorzellen relativ zueinander positioniert waren, definierte räumliche „Nachbarschaften“ und umfassendere Tumor–Immun-Ökologien.

Tumoren von Patientinnen und Patienten mit Krankheitsprogression waren bereits vor Therapiebeginn durch eine immunsuppressive Architektur gekennzeichnet, darunter eine stärkere räumliche Clusterbildung von FoxP3-positiven regulatorischen T-Zellen und PD-1-exprimierenden Immunzellen in der Nähe von Tumorzellen. Im Gegensatz dazu zeigten Tumoren von Patientinnen und Patienten mit stabiler Erkrankung eine stärkere Kolokalisation von CD3- und CD8-positiven Effektor-T-Zellen, die mit Tumorzellen interagierten. Diese Befunde sprechen dafür, dass das Ansprechen auf eine Immuntherapie durch eine bereits bestehende räumliche Organisation im Tumormikromilieu beeinflusst werden kann.

Als die Forschenden prädiktive Modelle unter Verwendung dieser Merkmale der räumlichen Ökosysteme trainierten, erreichten sie bis zu 87.5% Genauigkeit bei der Vorhersage der Krankheitsprogression. Im Vergleich dazu führte die ausschließliche Verwendung der PD-L1-Expression zu einer prädiktiven Genauigkeit von etwa 63%. Die Ergebnisse stützen eine Ausweitung der Lungenkrebsdiagnostik über Einmarker-Tests hinaus hin zu räumlichen Biomarkern, die präzisere Entscheidungen zur Immuntherapie unterstützen könnten.

Das primäre Ziel bestand darin, unterschiedliche Tumor–Immun-Ökologien beim nichtkleinzelligen Lungenkrebs zu definieren und zu quantifizieren und zu bestimmen, ob diese räumlichen Muster Krankheitsprogression und das Ansprechen auf Immuntherapie vorhersagen können. Das Therapieansprechen hängt davon ab, wie Zellen räumlich organisiert sind und funktionell interagieren – nicht nur davon, ob bestimmte Marker vorhanden sind. Responder wiesen vor Behandlungsbeginn Tumoren auf, die stärker immun-permissiv waren. Non-Responder hatten Tumoren mit einer suppressiven räumlichen Architektur, die eine wirksame Immunattacke begrenzte. Diese Ökosystemmuster waren weitgehend bereits vorhanden, bevor die Therapie begann.

Die Befunde unterstützen den Schritt weg von Einmarker-Tests hin zu einer ökosystembasierten Patient*innenstratifizierung. Patientinnen und Patienten mit immun-permissiven Ökosystemen könnten von Checkpoint-Inhibitoren allein profitieren, während Personen mit suppressiven Ökosystemen früher zu Kombinationstherapien oder klinischen Studien gelenkt werden könnten. Multiplex-Immunhistochemie und digitale Pathologieplattformen sind zwar noch nicht Routine, werden jedoch zunehmend verbreitet. Mit weiterer Validierung und vereinfachten computergestützten Tools könnte räumliches Immunprofiling in den kommenden Jahren Teil der Lungenkrebsdiagnostik werden.

Diese Studie wurde unterstützt durch das National Cancer Institute (U01CA232382, U54CA274507), das Moffitt Center of Excellence for Evolutionary Therapy und das Moffitt Lung Cancer Center of Excellence.

Forschende, Ingenieurinnen und Ingenieure, Klinikerinnen und Kliniker sowie politische Entscheidungsträger kamen in Tampa zum vierten jährlichen Cancer Engineering Summit zusammen, einer dreitägigen Veranstaltung, die sich darauf konzentrierte, wie ingenieurgetriebene Innovationen die Zukunft der Krebsforschung neu gestalten. Ein zentraler Bestandteil des diesjährigen Treffens war das New Approach Methodologies (NAMs) Symposium, das aufkommende Technologien hervorhob, die die Abhängigkeit von Tierversuchen reduzieren und zugleich den Weg von der Entdeckung zur Patientenversorgung beschleunigen sollen.

Seit Jahrzehnten sind Tiermodelle ein Grundpfeiler der Krebsforschung. Dennoch führen viele Therapien, die in Tieren vielversprechend erscheinen, beim Menschen nicht zu denselben Ergebnissen. Da Krebsbehandlungen zunehmend zielgerichteter und biologisch komplexer werden, wenden sich Forschende immer häufiger menschenrelevanten Systemen zu, die Tumorbiologie und patient*innenspezifische Reaktionen besser nachbilden.

Das NAMs Symposium war die Auftaktveranstaltung des Gipfels und brachte Führungskräfte aus Regierung, Wissenschaft und Industrie zusammen, um zu erörtern, wie fortgeschrittene Laborplattformen, Biomaterialien, computergestützte Modellierung und künstliche Intelligenz die präklinische Forschung modernisieren. Diese Ansätze sollen die prädiktive Genauigkeit verbessern, Entwicklungskosten senken, Zeiträume bis zu klinischen Studien verkürzen und den Einsatz von Tieren deutlich verringern.

Der/die Leiter*in der Abteilung für Bioengineering am Moffitt Cancer Center entwickelt dreidimensionale, ingenieurtechnisch erzeugte Tumorsysteme, die zentrale Eigenschaften menschlicher Krebserkrankungen im Labor nachbilden. Anders als traditionelle zweidimensionale Zellkulturen oder manche Tiermodelle erlauben diese 3D-Plattformen, zu untersuchen, wie Krebszellen mit umgebendem Gewebe und Immunzellen interagieren. Das Team entwickelt zudem biomaterialbasierte Plattformen, die die physikalischen und mechanischen Eigenschaften menschlichen Gewebes nachahmen und dadurch realistischere Tests von Krebstherapien ermöglichen. Durch die Bewertung von Arzneimittelansprechen und Resistenz in diesen engineered Systems können Forschende vielversprechende Behandlungen früher identifizieren und potenziell kostspielige späte klinische Fehlschläge reduzieren.

Das NAMs Symposium wurde gemeinsam moderiert von dem/der Vice President of Portfolio Strategy in Moffitts Innovation and Entrepreneurship Office, der/die die breitere strategische Bedeutung der Veranstaltung hervorhob. Moffitt erwartet, diesen Bereich aus onkologischer Perspektive anzuführen, und die Institution arbeitet daran, Menschen zusammenzubringen, um die feldprägenden Fragen sichtbar zu machen, die die Agenda für alle bestimmen werden, die bessere und wirksamere Heilungen für Krebs entwickeln.

Mit Blick nach vorn betonten Sprecherinnen und Sprecher, dass ingenieurwissenschaftliche Zusammenarbeit entscheidend sein wird, um realistische NAMs-Plattformen zu entwickeln, zu skalieren und herzustellen. Der/die Direktor*in des National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering am NIH hob die Bedeutung fachübergreifender Expertise hervor, um diese Technologien von Proof-of-Concept-Systemen zu skalierbaren Forschungswerkzeugen weiterzuentwickeln. Zukünftige Fortschritte könnten die Integration fortgeschrittener Sensoren und Bildgebungstechnologien mit Strömungs- und Verfahrenstechnik umfassen, um rückgekoppelte Systeme zu schaffen, die das Tumorverhalten in Echtzeit überwachen können.