Krebsentwicklung: Wie die Naturgesetze das Tumorwachstum vorhersagen können

Krebs ist eine der schwierigsten Krankheiten unserer Zeit; Die Zahl der neuen Fälle dürfte in den nächsten 20 Jahren weltweit um rund 70% steigen. Aber was wäre, wenn Ärzte vorhersagen könnten, wie sich ein Krebs entwickelt? Dies würde sicher den Weg für effektivere Behandlungsstrategien ebnen. Nach den Ergebnissen einer neuen Studie könnte eine solche Möglichkeit in den Karten liegen.
Die Forscher sagen, dass die Krebsentwicklung durch ein mathematisches Modell auf der Grundlage von Naturgesetzen vorhergesagt werden könnte.

In der Zeitschrift Naturgenetik, Forscher enthüllen, wie das Wachstum von Krebs vorhergesagt werden konnte, indem man ein mathematisches Modell anwendete, das auf Mustern basiert, die den Fluß der Flüsse beeinflussen und Helligkeit der Sterne, bekannt als das "Potenzgesetz-Verteilungsmodell."

Studienleiter Dr. Andrea Sottoriva, Chris Rokos Fellow für Evolution und Krebs am Institut für Krebsforschung, Großbritannien, und Kollegen stellen fest, dass frühere Studien versucht haben, die Entwicklung von Tumoren zu bestimmen, aber die überwältigende Menge genomischer Daten zu interpretieren Informationen haben sich als schwierig erwiesen.

"Das Fehlen eines rigorosen theoretischen Rahmens, der in der Lage ist, Vorhersagen zu bestehenden Daten zu treffen, führt dazu, dass die Ergebnisse von Krebs-Genom-Profiling-Studien oft schwer zu interpretieren sind", erklären sie.

Daher betont das Team die Notwendigkeit eines mathematischen Modells, das auf Daten zu verschiedenen Tumorprofilen angewendet werden kann, um vorherzusagen, wie Tumoren wachsen werden.

"Diese Vorhersagbarkeit bedeutet, dass die große Menge genetischer Daten, die wir aus Tumorbiopsien gewinnen können, uns sagen könnte, wie sich ein bestimmter Krebs im Laufe der Zeit entwickeln wird - welche Mutationen werden ihn in aggressivere Krankheiten treiben, wann sie entstehen und welche Medikamente es sind am besten, sie zu behandeln ", sagt Dr. Sottoriva.

"Wie bei einem Schachspiel ist das Ziel der nächste Zug des Gegners, um letztendlich das Spiel zu gewinnen."

Modell vorhergesagte Entwicklung von mehr als 300 Tumoren

Für ihre Studie analysierte das Team 904 Tumore von 14 verschiedenen Krebsarten, darunter Darm-, Magen-, Gehirn-, Lungen- und Bauchspeicheldrüsenkrebs.

• Bis Januar 2014 lebten rund 14,5 Millionen Menschen mit Krebs in den USA
• Im vergangenen Jahr wurden in den USA mehr als 1,6 Millionen neue Krebsfälle diagnostiziert
• Im Jahr 2015 starben in den USA rund 589.430 Menschen an Krebs.

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Die Forscher fanden heraus, dass die Entwicklung von 323 dieser Tumoren - einschließlich solcher aus Magen, Darm und einigen Lungenkrebsarten - durch Anwendung eines Potenzgesetz-Verteilungsmodells vorhergesagt werden konnte.

Das Team erklärt, dass wichtige Krebsgene in diesen Tumoren bereits vorhanden waren, als die Tumoren zu wachsen begannen. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass alle neuen Mutationen, die innerhalb dieser Tumoren entstanden, keine Auswirkungen auf das Wachstum hatten, was sie zu "Passagier" -Mutationen machte.

Diese Passagiermutationen häuften sich nach einem Verteilungsmuster der Potenzgesetze an, das in einer Reihe von Naturgesetzen auftrat, so die Forscher, die zum Beispiel den Fluss des Nils und die Helligkeit der Sterne steuern.

"Unsere Studie zeigt, dass die Ausbreitung von Mutationen durch einen Krebs natürlichen Gesetzen folgt - und daher theoretisch vorhersagbar ist, genauso wie wir die Bewegung von Himmelskörpern oder das Wetter vorhersagen können", sagt Dr. Sottoriva.

Während ihr Modell für die Vorhersage der Entwicklung einiger Tumore - wie die von Gehirn- und Bauchspeicheldrüsenkarzinomen - weniger effektiv war, stellen die Forscher fest, dass die Entwicklung ausgefeilterer mathematischer Modelle eine solche Entwicklung in der Zukunft vorhersagen könnte.

Vorhersagbarkeit der Krebsentwicklung könnte die Krebsbehandlung voranbringen

Insgesamt sagt das Team, dass ihre Ergebnisse wichtige klinische Implikationen haben, da sie Ärzten helfen könnten, Mutationen zu unterscheiden, die das Tumorwachstum antreiben und die Behandlung von Passagiermutationen erfordern, die harmlos sein können.

Dr. Kat Arney, wissenschaftliche Informationsmanagerin bei Cancer Research UK - die zur Finanzierung der Studie beigetragen hat - glaubt, dass, wenn ein solches Instrument ins Spiel kommt, es wirksamere Behandlungsstrategien für Krebspatienten eröffnen könnte.

"Wenn Ärzte zuverlässig vorhersagen könnten, wie sich Krebs im Laufe der Zeit verändert, könnte dies ihnen helfen, die effektivste Behandlung für jeden Patienten auszuwählen", erklärt sie. "Dank der Fortschritte in der DNA-Sequenzierungstechnologie können wir jetzt verfolgen, wie sich einzelne Tumore im Laufe der Zeit auf der tiefsten genetischen Ebene verändern."

Professor Trevor Graham, Leiter des Evolution and Cancer Laboratory am Barts Cancer Institute der Queen Mary University in London, kommentiert die Ergebnisse des Teams wie folgt:

"Wir betrachten Krebserkrankungen oft als das chaotische und unkontrollierte Wachstum von Zellen im Körper. Aber entgegen dieser Intuition zeigt unsere Studie, dass die Krebsentwicklung tatsächlich oft hochgradig geordnet ist und sogar durch eine einfache mathematische Regel erklärt werden kann.

Diese Regel ist wichtig, weil sie unsere Sicht auf die Entstehung von Krebserkrankungen enorm vereinfacht. Jetzt, wo wir die Regel kennen, können wir versuchen, sie zu unseren Gunsten zu beugen, um die Behandlungsergebnisse zu verbessern. "

Die Studie wurde unter anderem durch eine Spende von Chris Rokos an das International Cancer Institute, den Wellcome Trust, Cancer Research UK und den Medical Research Council finanziert.

Dr. Sottoriva spricht in diesem kurzen Video mehr über die Forschung des Teams.

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