Die epitheliale Plastizität bei Bauchspeicheldrüsenkrebs

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Bausch; Professor Dr. Maximilian Reichert
• Fachliche Zuordnung: Gastroenterologie ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531385338

Die dynamischen Veränderungen der Tumorzelldifferenzierung im Sinne zellulärer Plastizität, als Reaktion auf äußere Einflüsse, einschließlich Therapiedruck, ist für die Anpassung von Tumoren von entscheidender Bedeutung. Die Plastizität trägt zur funktionellen Heterogenität des Tumors und damit zur Therapieresistenz bei. Wir haben kürzlich Pankreaskarzinom (PDAC)-Organoid Modelle entwickelt, mit dem wir die Plastizität und Heterogenität von Tumoren während der Morphogenese von Tumororganoiden erfassen können. PDAC-Zellen aus verschiedenen molekularen Clustern erzeugen reproduzierbar komplexe dreidimensionale Strukturen, die Rückschlüsse auf den molekularen Subtyp zulassen. In diesem Projekt werden wir den Organoid-Morphogenese-Assay nutzen, um die molekularen Programme zu identifizieren, die die phänotypische Heterogenität bei PDAC bestimmen. Im WP1 werden wir durch die Erstellung von Transkriptionsprofilen der verzweigten organoiden Phänotypen einen einzigartigen Einblick in die inter-organoide Heterogenität gewinnen. Gleichzeitig werden wir die intra-organoide Heterogenität mit Hilfe von Einzelzellprofilen mit räumlicher Auflösung untersuchen. In WP 2 wollen wir die Dynamik der Selbstorganisationsprozesse bei der Entwicklung von PDAC-Organoiden bestimmen. Dabei werden wir mit Live-Cell-Imaging die Dynamik von Zytoskelettproteinen bestimmen und mit deren Ort-Zeit Korrelation, die subzellulären Mechanismen die verschiedenen Phasen des Wachstums auflösen. In WP 3 werden wir molekulare Kraftsensoren einsetzen, um die lokalen Kräfte in den Epithellagen während der Verzweigungsmorphogenese zu quantifizieren. Mit UV-Lasern werden wir lokalisierte Schnitte in die an das Organoid angrenzende Matrix durchführen, was zu einer Entspannung führt, die es uns wiederum ermöglicht, die Spannung innerhalb des Organoids zu bestimmen. Schließlich werden wir in WP 4 die funktionelle Rolle der zellulären Plastizität durch Manipulation von Treibern, die die inter- und intra-organoide phänotypische Heterogenität regulieren, bestimmen. Zu diesem Zweck wird ein Wirkstoffscreening mit präklinischen und klinischen Wirkstoffen in phänotypisch kartierten PDAC-Organoiden durchgeführt, um Wirkstoffe zu identifizieren, die die Heterogenität verändern. Wirkstoffe, die die phänotypische Heterogenität einschränken, werden in einem großen Panel von aus PDAC-Patienten gewonnenen Organoiden (PDOs) in Kombination mit einer Erstlinien-Chemotherapie getestet. Durch den hier verfolgten interdisziplinären Ansatz, werden wir in der Lage sein die molekularen und biophysikalischen Mechanismen identifizieren, die die zelluläre Plastizität und Heterogenität der Tumor-Organoide steuern. Letztlich sollen therapeutische Zielstrukturen identifiziert werden, die Tumorheterogenität beeinflussen und neuartige Vulnerabilitäten induzieren. Das ermöglicht uns pharmakologisch in die phänotypische Vielfalt in bestimmten Entwicklungsphasen der Morphogenese von Organoiden einzugreifen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen