Mini-Labor zeigt, wie Immunzellen Krebszellen angreifen

Immuntherapien gelten als zukunftsweisender Ansatz in der Onkologie. Forschende der Technischen Universität München (TUM) entwickelten hierzu das Lab-on-a-Chip-System „CellTrap“. Diese Technologie ermöglicht die präzise Beobachtung von Interaktionen zwischen Immun- und Tumorzellen auf Einzelzellebene. Das System liefert tiefe Einblicke in grundlegende krebsimmunologische Prozesse. Zudem beantwortet es zentrale translationale Fragestellungen.

Limitierungen konventioneller In-vitro-Assays

Etablierte Labortests erfassen primär Populationsmittelwerte über eine Vielzahl von Zellen hinweg. Sie dokumentieren lediglich die Überlebensrate von Krebszellen nach dem Kontakt mit Immuneffektorzellen. Diskrete zelluläre Dynamiken und individuelle Reaktionen bleiben dabei im Verborgenen. Für die Optimierung von Immuntherapien ist jedoch die genaue Kinetik der zellulären Interaktion entscheidend. Hierzu zählen der exakte Kontaktzeitpunkt, die Aktivierung und die finale Lyse der Tumorzelle.

Funktionsprinzip und Aufbau von CellTrap

Das CellTrap-System basiert auf einem mikrofluidischen Chip mit einem hierarchisch verzweigten Hauptkanalsystem. Am Ende dieser Strukturen befinden sich 1024 spezifische Fangkammern zur Zellisolation. Einzelne Immun- und Krebszellen werden gezielt in diese Kompartimente eingespült und räumlich fixiert. Die anschließende Analyse erfolgt über bis zu 14 Stunden mittels Zeitraffer-Fluoreszenzmikroskopie. Das Setup generiert heterogene Versuchsbedingungen wie isolierte Zellen oder variable Effektor-Zielzell-Verhältnisse.

„Mit CellTrap können wir nicht nur messen, ob Immunzellen Krebszellen töten, sondern auch verfolgen, wann und unter welchen Bedingungen das geschieht. Das ist entscheidend, weil Immunantworten von Zelle zu Zelle stark variieren können“, sagt Professor Ghulam Destgeer. „Dabei haben wir die Plattform bewusst einfach und kostengünstig gehalten: Sie läuft mit einem handelsüblichen Fluoreszenzmikroskop, wie es in den meisten Laboren bereits vorhanden ist, und kommt ohne spezielle Zusatzgeräte aus.“

Erkenntnisse aus der Einzelzell-Analyse

Validationsexperimente mit einer Glioblastom-Zelllinie belegen eine gesteigerte Zytotoxizität bei multiplen Kontakten mit Immuneffektorzellen. Zudem korrelieren frühe Aktivierungssignale der Immunzellen signifikant mit der zeitversetzten Induktion der Apoptose. Dies erlaubt erstmals die direkte Verknüpfung initialer zellulärer Signalwege mit dem finalen phänotypischen Outcome. Das Team validierte die Plattform erfolgreich mit chronischer myeloischer Leukämie und einem Adenokarzinom.

„Je mehr wir darüber erfahren, was tatsächlich zwischen den einzelnen Zellen passiert, desto besser können wir Behandlungsstrategien vergleichen und neue entwickeln“, ergänzt Destgeer. „Und obwohl wir uns auf Immun- und Krebszellen konzentriert haben, ist die Plattform nicht darauf beschränkt – nahezu jede Kombination von Zellen lässt sich mithilfe des Chips beobachten.“

Quelle

Technische Universität München (06/2026)