Neue Hoffnung bei AML: 3D-Modell stärkt NK-Zell-Therapien

Ein interdisziplinäres Forschungsprojekt der Karl Landsteiner Privatuniversität für Gesundheitswissenschaften und der Universität für Weiterbildung Krems entwickelt ein innovatives 3D-Ko-Kultur-System zur Verbesserung der NK-Zell-Immuntherapie gegen akute myeloische Leukämie (AML). Ziel ist es, Rückfälle zu verhindern und Tierversuche durch realitätsnahe Modelle zu reduzieren.

Die akute myeloische Leukämie (AML) ist eine hämatopoetische Erkrankung, die durch eine Überproduktion von myeloischen Vorläufer- und Stammzellen gekennzeichnet ist. Die Inzidenz beträgt etwa 3,7 Fälle pro 100.000 Einwohner pro Jahr. Obwohl in den letzten Jahren neue zielgerichtete Therapien entwickelt wurden, ist das Wiederauftreten der Krankheit, in der Fachsprache Rezidiv, ein großes Problem. Die Immuntherapie mit natürlichen Killer-Zellen, kurz NK, ist vielversprechend, um Rückfällen entgegenzuwirken. „Da es sich bei der AML um einen Knochenmarkskrebs handelt, ist es besonders wichtig, die Interaktion von NK-Zellen mit leukämischen Zellen in dieser Nische zu verstehen, um die Wirksamkeit von adoptiven NK-Zell-Therapien zu verbessern. Das Hauptziel dieses Projekts ist daher die Etablierung eines 3D-Ko-Kultur-Systems, das die Knochenmarksnische nachahmt, um NK-Zell-Immuntherapien für AML besser evaluieren zu können“, sagt Projektleiterin Agnieszka Witalisz-Siepracka von der Karl Landsteiner Privatuniversität für Gesundheitswissenschaften.

Dieser Ansatz könnte als Vorstufe für In-vivo-Experimente dienen und damit den Bedarf an Tierversuchen verringern. Dieses Modell werde das erste sein, so Witalisz-Siepracka, das den Einfluss von mesenchymalen Stammzellen, dem entscheidenden regulatorischen Zelltyp in der Knochenmarksnische, auf das Entkommen von AML-Zellen vor NK-Zellen in einer komplexen 3D-Tumormikroumgebung testet.

NK-zellbasierte Therapien vorantreiben

Der Mehrwert dieses von der GFF Niederösterreich geförderten Forschungsprojekts liegt damit in der Entwicklung neuer Modelle zur Untersuchung der Ausweichmechanismen von AML gegenüber NK-Zellen in der Knochenmarknische. Die Optimierung NK-Zell-basierter Therapien soll so vorangetrieben werden. Das etablierte 3D-Modell ist als Plattform geplant, die mit Hochdurchsatz-Assays kompatibel ist und die translationale Krebsforschung wesentlich bereichern wird. Medikamente und andere immunmodulatorische Substanzen sollen so hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Steigerung der NK-Zell-vermittelten Abtötung von AML-Zellen getestet werden.

Eine detaillierte Transkriptom-Charakterisierung auf Einzelzellebene, ergänzt durch eine Sekretom-Analyse der 3D-Trikultur ist das zweite Ziel dieser Studie. In Zukunft wird ein solcher Ansatz die Erforschung neuartiger Strategien zur Verbesserung der Abtötung von AML-Zellen durch NK-Zellen ermöglichen. Langfristig könnte ein solcher Ansatz als personalisierte Plattform dienen, um die Empfindlichkeit von primären AML-Blasten gegenüber NK-Zellen zu testen. Die Kombination der langjährigen Expertise der Karl Landsteiner Privatuniversität für Gesundheitswissenschaften zur NK-Zell-Biologie sowie zur akuten myeloischen Leukämie mit der Expertise in 3D-Kulturen der Universität für Weiterbildung Krems mit ist eine einzigartige Gelegenheit, dieses interdisziplinäre Projekt zu verfolgen.

„Die Universität für Weiterbildung Krems ist auf Stammzell- und Immunologieforschung spezialisiert, mit einem besonderen Schwerpunkt auf der Entwicklung fortschrittlicher zellulärer Modelle“, erklärt Sabrina Summer, die das Team der Universität Krems leitet. „Unser Team hat kürzlich ein de novo Angiogenese-Modell etabliert und entwickelt derzeit 3D-Kultursysteme für mesenchymale Stammzellen (MSCs) in verschiedenen Umgebungen, einschließlich Knorpel und Knochenmark. Darüber hinaus verfügen wir über umfassende Expertise in der Erforschung der immunregulatorischen Funktionen von MSCs unter physiologischen und pathologischen Bedingungen.“

Start mit Etablierung einer 3D-Matrix

Das mit Juli 2025 begonnene Projekt ist für eine Dauer von drei Jahren ausgelegt und umfasst vier Projektphasen. Schritt eins ist die Etablierung einer 3D-Matrix zur Untersuchung der NK-zellvermittelten Überwachung von AML. Hier sind die Arbeiten fortgeschritten. Optimiert wurde die Gelzusammensetzung für die 3D-Kokultur von AML-Zellen, MSCs und NK-Zellen, durchgeführt wurden Zytotoxizitäts-Assays auf der Basis von konfokaler Mikroskopie. Verbessert wird derzeit außerdem eine 3D-Matrix-Plattform, die Zell-basierte Assays mit lebenden Zellen nach 3D-Kultivierung in Alginate-Gelen ermöglicht.

Das Projekt nützt für die Forschungsarbeiten eine breite Palette an Geräten der Core-Facility Campus Krems. Zum Einsatz kommen das Cytoflex Durchflusszytometer, der Cytoflex SRT Cell Sorter, das TCS SP8 konfokale Laserscanning Mikroskop, das IXplore SPIN ScanR NoviSight Mikroskop und weitere Geräte wie Chemidoc, und das TimsTof flex Massenspektrometer, eine jüngste Anschaffung.

Das Projekt im Überblick:

Titel:                 3D-Kultur zur Nachahmung der Knochenmarksnische als neuer
                          Ansatz zur Verbesserung von NK-Zellen Immuntherapien
                          bei AML

Laufzeit:           Juli 2025 bis Juni 2028

Fördergeber:    Gesellschaft für Forschungsförderung Niederösterreich m.b.H.
                          im Rahmen der FIT-Strategie Niederösterreich 2021-2027

Partner:             Karl Landsteiner Privatuniversität für 
                          Gesundheitswissenschaften, Lead
                          Agnieszka Witalisz-Siepracka PhD
                          Universität für Weiterbildung Krems
                          Sabrina Summer PhD