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FOR 5628:  Multiskalen-MR-Elastographie bei Krebs zur Erforschung der mechanischen Nische der Tumorbildung und Metastasierung für eine verbesserte Tumordiagnostik

Fachliche Zuordnung Medizin
Förderung Förderung seit 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513752256
 
Die mechanische Nische des Krebses ergibt sich aus dem kollektiven Verhalten der Zellen, welches durch deren physikalische Wechselwirkungen mit der extrazellulären Matrix, den Lymph- und Blutgefäßen gesteuert wird. Diese mechanosensorischen Signale führen zu einzigartigen Materialeigenschaften, die in unbelebter Materie nicht zu finden sind, und in Tumoren mit der Aggressivität und dem Metastasierungspotenzial der Krebszellen korrelieren. Die Multiskalen-Multifrequenz-Magnetresonanz-Elastographie (mMRE) kann die mechanischen Eigenschaften von Tumoren in vivo quantitativ abbilden. Unsere interdisziplinäre Forschungsgruppe widmet sich der Krebsmechanik, um erstmalig die mechanisch-physikalische Kaskade der Krebsentstehung in vivo aufzudecken sowie die physikalischen Signale zu entschlüsseln, die ruhende Tumoren in aggressive Krebsarten verwandeln. Ziel ist es, diagnostische Bildgebungsmarker auf der Grundlage der mMRE zu entwickeln, um invasives Wachstum und das Wiederauftreten von Krebs nach Therapien vorherzusagen. Dazu sollen über Längenskalen hinweg mikromechanische Testmethoden und mMRE genutzt werden, um das Mikromilieu zu detektieren, in dem Tumoren wachsen und metastasieren. Unser Forschungsplan kombiniert modernste biotechnologische Ansätze in organoiden Kulturen, rezellularisierten Gewebegerüsten, Tier-und Tumormodellen, mikromechanischen Testmethoden, Stoffwechselmodellierung mit multiparametrischer, quantitativer Bildgebung einschließlich mMRE in Patienten, um erstmalig die mechanischen Eigenschaften der kanzerogenen Gewebsnische von mikroskopischen bis makroskopischen Längenskalen vollumfänglich zu untersuchen und zu verstehen. Dieser multiskalige Ansatz erlaubt es, folgende Hauptthesen zu überprüfen: In-vivo mMRE ist i) empfindlich auf Veränderungen der mechanischen fest-flüssig Materialeigenschaften die mit der Entwicklung von Tumoren einhergehen, ii) spezifisch für kollektives zelluläres Verhalten sowie maligne Transformation, und iii) prädiktiv für mechanischen Stress, der kanzerogene Nischen bildet. Dabei stützt sich unser Forschungsplan auf drei Säulen, die die mikro-, meso- und makroskopischen Bereiche der Tumoreigenschaften abdecken. Alle Säulen kombinieren innovative multiparametrische Bildgebungsverfahren, einschließlich mikromechanischer Tests und klinischer mMRE, sowie Analysen der Proteomik, der Histopathologie, der Zellform und der Gewebearchitektur sowohl in Ex-vivo-Proben als auch in In-vivo-Geweben. Multiskalige mechanische Daten sollen mittels viskoelastischer Modellierung über Entitäten und Tumorstadien hinweg systematisch analysiert und zu nichtinvasiven diagnostischen mMRE-Bildmarkern entwickelt werden, um eine verbesserte Risikostratifizierung der Tumorentwicklung, Aggressivität und des Wiederauftretens nach Therapien zu ermöglichen. Letztendlich adressiert unsere Forschungsgruppe die Frage nach dem Ursprung von Krebs aus der Perspektive der Biophysik.
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