Onkologie

Spieltheorie erklärt Zusammenleben von Krebszellen

Forschern der Universität Basel und der britischen University of East Anglia ist es gelungen, anhand von spieltheoretischen Ansätzen das Zusammenleben von Krebszellen nachzustellen. Ihre Forschungsresultate wurden in der Zeitschrift „PNAS“ veröffentlicht.

Produktion des Wachstumsfaktors (IGF-II) als Public-Goods-Game-Netzwerk: Die mikroskopische Aufnahme zeigt, wie Krebszellen (farblose Zellen), die kein IGF-II produzieren, es aber für ihr Wachstum benötigen, sich in einer Population von Krebszellen vermehren, die IGF-II produzieren und konsumieren (grüne Zellen). (Foto: Daniela Ferarro, Universität Basel)

Ein Tumor besteht aus einer Population von unterschiedlichen Krebszellen, die untereinander um Platz und Nährstoffe konkurrieren. Gleichzeitig kooperieren sie aber auch in ihrem Bestreben nach Überleben, indem sie beispielsweise überlebenswichtige Wachstumsfaktoren untereinander teilen. Zellklone, die selber keinen Wachstumsfaktor produzieren, haben einen Wettbewerbsvorteil, weil sie den Faktor von produzierenden Zellen verwenden können, ohne selber für die „Produktionskosten“ aufzukommen. Wie genau diese Kooperation zwischen Tumorzellen funktioniert, ist bisher noch unklar und erschwert medizinische Behandlungen, die versuchen, das Tumorwachstum zu bremsen.

Trittbrettfahrende Krebszellen
Das „Public Goods Game“ ist Teil der Spieltheorie und wird in den Wirtschaftswissenschaften als Modell genutzt, um die Bereitstellung von gemeinschaftlichen Gütern zu analysieren. Bei der Nutzung dieser Gütern entsteht ein Ungleichgewicht zwischen denen, die Güter zur Verfügung stellen und die Kosten dafür tragen, und denen, die nicht bezahlen, aber die Güter konsumieren – eine Situation, die in der Ökonomie unter dem Namen Trittbrettfahrerproblem bekannt ist.

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Die Basler Forscher haben nun dieses Modell auf das Zusammenspiel zwischen produzierenden und konsumierenden Mitgliedern einer Krebszellenpopulation angewandt, um zu untersuchen, ob es auch in biologischen Prozessen wie der Krebsentstehung eine Rolle spielen könnte. Anhand von entsprechenden Computersimulationen konnten die Forscher das langfristige Gleichgewicht zwischen produzierenden und „Trittbrettfahrer“-Zellen berechnen und die Vorhersage dann im Experiment an Krebszellen der Bauchspeicheldrüse testen, wo sie sich bestätigte.

„Neben der Erkenntnis, dass biologische Prozesse in Computersimulationen vorhergesagt werden können, zeigen unsere Resultate auch, dass die Erforschung der „sozialen“ Beziehungen zwischen Krebszellen neue Erkenntnisse über die Entstehung von Tumoren sowie stabilere Behandlungen bringen könnte“, so Gerhard Christofori, Professor am Departement Biomedizin der Universität Basel.

Originalbeitrag:
Marco Archetti, Daniela A. Ferraro, and Gerhard Christofori: Heterogeneity for IGF-II production maintained by public goods dynamics in neuroendocrine pancreatic cancer. PNAS 2015; published ahead of print January 26, 2015, DOI:10.1073/pnas.1414653112.

Weitere Auskünfte:
Prof. Dr. Gerhard Christofori
Departement Biomedizin
Universität Basel
E-Mail: gerhard.christofori@unibas.ch.

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