Als Tannenkäfer in die nordamerikanischen Wälder eindrangen, warfen sie ein empfindliches Ökosystem aus dem Gleichgewicht. Auch Krebszellen verhalten sich wie schädliche invasive Arten. Foto von Flickr-Nutzer Kneale Quayle
Manchmal ist es genau das Richtige, ein altes Problem aus einem erfrischenden neuen Blickwinkel zu betrachten, um den richtigen Moment zu finden.
Krebs, eine der berüchtigtsten medizinischen Krankheiten, wurde in der gegenwärtigen Ära der modernen Medizin intensiv untersucht. Eine wachsende Zahl von Forschern ist jedoch der Ansicht, dass die Einführung eines neuen, sofort einsatzbereiten Ansatzes zum Verständnis der Krankheit zu neuen Erkenntnissen und möglicherweise zu Lösungen führen kann. Und das Thema, von dem sie hoffen, dass es ihnen als Fenster in die Erforschung von Krebs dient, mag Sie überraschen: Ökologie.
Onkologie und Ökologie scheinen auf den ersten Blick sehr unterschiedlich zu sein. Für den Anfang ist eine auf bestimmte Zellen im Körper lokalisiert, während die andere per Definition den gesamten Globus abdeckt. Aber anstatt Krebs als eine Gruppe mutierter Zellen zu bezeichnen, sollten wir Krebs als Störung des Gleichgewichts einer komplexen Mikroumgebung im menschlichen Körper betrachten. Wie ein schädlicher invasiver Käfer, der sich durch Wälder in Colorado frisst, eine neuartige Krankheit, die in Populationen von Wildvögeln ausbricht, oder Holzfäller, die Teile des Amazonas-Regenwaldes abholzen, wirft Krebs einen Schraubenschlüssel in ein ansonsten ruhiges, ausgeglichenes System.
Diese Denkweise lässt Krebs noch komplexer erscheinen als bisher, könnte aber Erkenntnisse liefern, die Krebs letztendlich behandelbarer machen, schlagen Forscher des Moffet Cancer Centers in einem in der Fachzeitschrift Interface Focus veröffentlichten Artikel vor .
„Es ist bekannt, dass Einstein gesagt hat, dass alles so einfach wie möglich gemacht werden sollte, aber nicht einfacher“, schreiben sie. „Es stellt sich heraus, dass Komplexität ihren Platz hat und, so bequem es für Krebsbiologen ist, Tumorzellen isoliert zu untersuchen, dass es genauso sinnvoll ist, Frösche zu verstehen, ohne zu berücksichtigen, dass sie in der Nähe von Sümpfen leben und sich von Insekten ernähren . "
Wir neigen dazu, an Krebs nur in Form von mutierten Zellen zu denken, so die Autoren weiter. Diese enge Herangehensweise ist wie der Versuch zu verstehen, warum ein Frosch eine klebrige Zunge hat, ohne zu berücksichtigen, dass Frösche ihre Zunge benutzen, um Insekten zu fangen. Krebszellen brauchen ebenfalls Kontext. Beispielsweise kann sich eine gefräßige Krebszelle nicht zufällig neben einem Blutgefäß befinden, sondern mehr Nährstoffe und Sauerstoff erhalten, um ihre unbegrenzte Teilung zu unterstützen.
Krebszellen müssen im Körper um Nährstoffe und andere Ressourcen konkurrieren, genau wie Tiere, die in einer Umgebung leben, miteinander konkurrieren müssen, um zu überleben. Dies bedeutet, dass sich Krebs wie jeder Organismus an seine Umgebung anpassen muss, um gedeihen zu können. Die Forscher erklären:
Es ist mittlerweile allgemein anerkannt, dass Krebs nicht nur eine genetisch bedingte Krankheit ist, sondern eine, bei der die Evolution eine entscheidende Rolle spielt. Dies bedeutet, dass sich Tumorzellen entwickeln, an das Umfeld anpassen und es verändern, in dem sie leben. Diejenigen, die dies nicht tun, werden letztendlich aussterben. Diejenigen, die dies tun, werden die Chance haben, einzudringen und Metastasen zu bilden. Die Fähigkeit einer Tumorzelle, sich an eine neue Umgebung anzupassen, wird somit durch die Umgebung und die Zellspezies vom ursprünglichen Standort bestimmt, an den sie sich bereits sorgfältig angepasst hat.
Wie kann all diese Theorie im wirklichen Leben angewendet werden? Der ökologische Ansatz zum Verständnis von Krebs ist so komplex, dass normale Experimente ausgeschlossen sind. Sie könnten leicht mit so vielen verschiedenen Komponenten schief gehen, die zu berücksichtigen sind. Stattdessen schlagen die Forscher vor, sich der Mathematik und dem Rechnen zuzuwenden, um den größeren Umweltkontext zu verstehen, der zu Krebs führt. Ökologen verwenden einen solchen mathematischen Ansatz, die Spieltheorie, um die Evolutionsbiologie und die Art und Weise, wie Tiere interagieren, zu untersuchen:
Die Kraft der natürlichen Auslese sorgt dafür, dass sich die Bewohner des Ökosystems auf die Optimierung des Endergebnisses konzentrieren: die langfristige Reproduktion. In den von Evolutionstheoretikern untersuchten Spielen konkurrieren Einzelpersonen mit einer Vielzahl von Strategien um verfügbare Ressourcen. Diese als phänotypische Strategie bekannten Merkmale und Verhaltensweisen bestimmen die Gewinner und Verlierer der Evolution.
Verhaltensstrategien können sich abhängig von der Art des Tieres und dem Kontext der Situation ändern. Hier ist ein hypothetisches Beispiel, das auf spieltheoretischen Überlegungen basiert: Wenn zwei Hyänen in eine große, schmackhafte Gnukarkasse graben, teilen sie diese Ressource gerne. Wenn jedoch zwei Löwen denselben Kadaver finden, kämpfen sie um das ausschließliche Recht, ihn zu essen, was bedeutet, dass ein Löwe als Sieger hervorgeht und alle fleischigen Beute wegnimmt, während der andere keine Nahrung mehr bekommt - und verletzt wird. Trifft ein Löwe schließlich auf eine Hyäne am Schlachtkörper, schießt die Hyäne ab und übergibt ihre Waren dem stärkeren Löwen. Mit anderen Worten, spieltheoretische Spieler können auf drei Arten reagieren, je nachdem, wer sie sind und was los ist: Sie können teilen, kämpfen oder verlieren.
Wie ein Streifen aus klarem Dschungel oder eine invasive Art, die sich langsam ausbreitet und eine Spur von Schäden hinterlässt, beeinflusst und wird ein Tumor wie der oben beschriebene vom Gewebe in seiner Umgebung beeinflusst. Foto von Flickr-Nutzer Ed Uthman
Ähnliche Spiele können mit Tumorzellen gespielt werden. "Ein gutes Beispiel wäre ein Tumor mit Zellen, die sich wegbewegen, wenn sie mit knappen Ressourcen (beweglich) konfrontiert werden, und Zellen, die diese nutzen (proliferativ)", schreiben die Autoren. Um die Sache noch komplizierter zu machen, ist bekannt, dass Tumorzellen ihr Verhalten ändern, wenn sie sich im gesamten Körper vermehren und metastasieren, was bedeutet, dass sie von einer Hyäne zu einem Löwen wechseln können.
Eine entscheidende Sache, die uns die Spieltheorie auf Ökosystemebene zeigt, ist, dass eine wahllose Konzentration auf die Abtötung möglichst vieler Tumorzellen möglicherweise nicht das beste Ergebnis für den Patienten liefert. Nach den Modellen der Spieltheorie hängt das spätere langfristige Ergebnis des Spiels von bestimmten Interaktionen zwischen den Spielern ab, nicht von der Anzahl der beteiligten Spieler. Die Löwen werden sich weiterhin gegenseitig um Nahrung streiten, unabhängig davon, ob sich zwei Löwen oder 2.000 Löwen treffen. „Eine Behandlung, die ausschließlich auf der willkürlichen Entfernung der meisten (aber nicht aller) Krebszellen beruht, hat möglicherweise nur eine vorübergehende Wirkung. Wie in den meisten Fällen wird die ursprüngliche Anzahl der Tumorzellen irgendwann wiederhergestellt und überschritten “, schreiben die Autoren.
Stattdessen zeigt die Spieltheorie, dass eine effektivere Alternative darin besteht, die Art und Weise zu ändern, wie Zellen miteinander und mit ihrer Umgebung interagieren. Dies könnte das Verhalten, die Stärke und den Fortpflanzungserfolg der Zellen beeinflussen, erklären die Autoren, was die Entwicklung eines Tumors zu weniger aggressiven Zelltypen oder zu einem stabileren Zusammenleben mit nicht krebsartigen Zellen führen könnte.
"Die Ökosystembetrachtung ist letztendlich eine ganzheitliche Betrachtung, bei der das Fortschreiten von Krebs als ein Prozess betrachtet wird, der sich aus den Wechselwirkungen zwischen mehreren Zellspezies und Wechselwirkungen mit der Tumormikroumgebung ergibt", schreiben die Autoren. "Eine Ökosystemperspektive bietet uns interessante Implikationen", so die Forscher. Hinzu kommen zahlreiche Fragen, wie weit die Analogie zwischen Ökosystemen und Krebs gedeutet werden kann.
Wenn sich beispielsweise Krebszellen wie eine invasive Spezies durch ein Ökosystem ausbreiten, welcher evolutionäre Gewinn wird erzielt, wenn das abgeschlossene Ökosystem (ein Körper) irreparabel geschädigt wird (durch den Tod einer Person), sodass auch die Pestilenz stirbt? Im Gegensatz zu einem Virus, das zwar seinen Wirt tötet, sich aber auf andere Wirte ausbreitet, haben Krebszellen selbst größtenteils keine Möglichkeit, sich von Individuum zu Individuum zu verbreiten. Und beziehen sich Krebszellen auf wettbewerbsgetriebene Prozesse oder auf Kooperationen? Wenn Sie proaktiver denken, können nicht-krebsartige Zellen so ausgelöst werden, dass sie sich wie Löwen verhalten und die Ressourcen von Krebszellen an sich reißen, bis der Krebs beherrschbar ist?
Obwohl Ökologie und Mathematik Krebs wahrscheinlich nicht alleine besiegen werden, könnte die Betrachtung der Krankheit aus dieser Perspektive es Ärzten ermöglichen, besser vorherzusagen, wo im Körper Tumorzellen die besten und schlechtesten Überlebenschancen haben und wie sie am effektivsten am Wachstum gehindert werden können.
"Der Kern der Sache ist, dass eine ökologische Betrachtung von Tumoren die jahrzehntelange Krebsforschung nicht ungültig macht, sondern ergänzt und darauf aufbaut. Dies wird zweifellos zu einem besseren Verständnis der Biologie von Krebs und zu neuen und verbesserten Therapien führen", folgern die Forscher . "Wir müssen die Bäume (z. B. jedes Blatt, jeden Zweig und jeden Zweig) richtig verstehen, bevor wir den Wald verstehen können, aber wir können es uns nicht leisten, den Wald zu ignorieren, weil die Bäume für sich genommen so interessant sind."
