Wir haben mit dem Experiment "Der Einfluss kurzzeitiger Mikrogravitation auf menschliche Prostatakarzinomzellen während eines Parabelflugs (PROSTATE-III)" an der 39. DLR-Parabelflugkampagne am Flughafen Bordeaux-Merignac teilgenommen.

WISSENSCHAFTLICHE ZIELSETZUNG:
Für Prostatakrebs (PC), die zweithäufigste Krebstodesursache in der männlichen Bevölkerung der westlichen Länder, prognostiziert die American Cancer Society 268.490 neue Fälle allein in den USA im Jahr 2022. PC beginnt in erster Linie im höheren Lebensalter und hat bei lokaler Begrenzung meist eine gute Prognose, die 5-Jahres-Überlebensrate sinkt jedoch drastisch von 100 % auf 31 %, wenn Metastasen auftreten. Die frühzeitige Behandlung von PC ist eine Herausforderung, und Transkriptionsstudien zu Faktoren, die die Genese von Prostatakarzinomen beeinflussen, könnten dazu beitragen, das diagnostische Portfolio um neue Biomarker für die Früherkennung zu erweitern. Die Zelllinien LNCaP und PC-3 wurden aus Metastasen des menschlichen Prostata-Adenokarzinoms gewonnen und ursprünglich aus einem Lymphknoten (LNCaP) bzw. einer Knochenmetastase (PC-3) isoliert. Die Behandlung von PC-3-Zellen mit DHT stimuliert nicht die Aktivität eines Androgenrezeptor (AR) Reporters. LNCaP ist AR-positiv, weist ein androgensensitives Wachstum auf, ist hochgradig resistent gegen menschliches Fibroblasten-Interferon und zeigt einen aneuploiden männlichen Karyotyp. Im Vergleich zur Prostatakrebs-Zelllinie PC-3 weist LNCaP ein viel komplexeres Mutationsschema auf. Während bei PC-3 eine homozygote Mutation in TP53 und ein Verlust von PTEN als Ursache für die Krebsentstehung vermutet werden, zeichnet sich LNCaP durch eine hohe Anzahl von mutmaßlich inaktivierenden somatischen Punkt- und Indel-Mutationen aus. Frühere Studien untersuchten die nachhaltige Wirkung von Schwerkraftveränderungen auf die Tumorentstehung, einschließlich Veränderungen des Zytoskeletts und der fokalen Adhäsion sowie Veränderungen der Differenzierung und Proliferation. Das Parabelflug-Experiment wird zur Identifizierung von Transkripten führen, die frühzeitig auf Schwerkraftveränderungen reagieren. Die Verknüpfung dieser frühen Reaktionen mit typischen PC-Mechanismen wie unkontrollierter Proliferation, erhöhter Überlebensrate und aktiviertem Invasionspotenzial und insbesondere der Vergleich der durch Schwerkraft induzierten Veränderungen der Genexpression zwischen den Zelllinien LNCaP, PC-3 und DU-145 (PROSTATE-II) wird neue relevante Erkenntnisse für die Krebsforschung und die Prostatakrebstherapie liefern.

TECHNISCHE BESCHREIBUNG DES EXPERIMENTS:
Wir werden die LNCaP- und PC3-Prostatakrebs-Zelllinie während der 39. DLR-Parabelflugkampagne verwenden, um ihr Verhalten bei Änderungen der Gravitation zu vergleichen. Vor der ersten und nach der ersten und letzten Parabel wird ein Teil der Zellen in ihrem aktuellen physiologischen Zustand chemisch fixiert. Die Zellen werden in der Fixierlösung aufbewahrt und in unser Labor in Magdeburg transportiert. Dort werden wir OMICS-Methoden (Transkriptomik und Proteomik) anwenden, um Veränderungen in den Genexpressionsmustern der Zellen zu identifizieren. Unser besonderes Interesse gilt der transkriptomweiten Identifizierung von frühen Ansprechern auf Schwerkraftänderungen in LNCaP und PC-3. Die auf künstlicher Intelligenz (KI) basierende Analyse aller drei Zelllinien LNCaP, PC-3 und DU-145 (PROSTATE-II) wird Aufschluss über zelllinienspezifische und PC-spezifische Schlüsselmechanismen der Genregulation geben. Die KI-Analysen werden im Rahmen des vom DLR geförderten Verbundprojekts AIMS (Laufzeitbeginn: September 2022) durchgeführt. Um die Relevanz einzelner Biomarker zu untersuchen, wird ein modulares neuronales Netz (NN) mit erklärbaren Komponenten wie der schichtweisen Relevanzpropagation (LRP) eingesetzt.

ANWENDUNGEN DER FORSCHUNG:
Der Einfluss von Schwerkraftveränderungen auf krebsrelevante Gene und Signalwege ist gut dokumentiert. Insbesondere die schlechte Prognose von metastasiertem PC spricht für den Bedarf an früh erkennbaren Biomarkern für Diagnose, Prognose und Therapie. Wir erwarten, dass das Parabelflugexperiment helfen wird, genau diese Biomarker zu identifizieren und damit die Krebsbehandlung einen Schritt weiterzubringen.

Beteiligt vom MTRM: Daniela Melnik (Organisation), Herbert Schulz (Organisation), Viviann Sandt, José Luis Cortés Sánchez

Weitere Beteiligte: Thomas Corydon (Aarhus University)

Daniela Grimm, Markus Wehland und Herbert Schulz haben am 25. ESA PAC Symposium in Biarritz, Frankreich, teilgenommen.

Markus Wehland hat über "Cancer Cells in Flight: Lessons Learnt From TEXUS 52-54" berichtet.

Herbet Schulz hat über "Integrative OMICS Analyses Under Conditions of Microgravity" berichtet.

Daniela Grimm hat dieses Jahr Deutschland im Symposium Programme Committee vertreten. 

Weitere: Informationen: https://atpi.eventsair.com/QuickEventWebsitePortal/pac-symposium-2021/home1 

Daniela Melnik, Herbert Schulz und Marcus Krüger haben in Erlangen die neuesten Ergebnisse unserer Gravitationsforschung präsentiert.

Daniela Grimm hat im Rahmen der Jahrestagung der Sektion Schilddrüse über "Schilddrüsenkarzinomzellen in der Schwerelosigkeit" informiert.

Weitere Infos: Jahrestagung der Sektion Schilddrüse - www.endokrinologie.net

Die Mitglieder/innen der Arbeitsgemeinschaft MARS haben ihre aktuellen Arbeiten und Forschungsaktivitäten in Schwerelosigkeit präsentiert.

Vorträge (ab 12 Uhr):

Prof. Daniela Grimm (MTRM), Prof. Ralf Stannarius (ANP):
Begrüßung

Prof. Jessica Bertrand, Dr. Miriam Bollmann (EXOR):
Chondrocytes sense changes in gravity via the YAP/TAZ pathway

Dr. Stefan Kahlert, Prof. Hermann-Josef Rothkötter (IANA):
Gravitation-Orientierung-Differenzierung – GOD

Prof. Berhard Sabel (IMP):
Vision problems in spaceflight: diagnosis, prevention and treatment of the neuro-ocular syndrome (SANS)

Prof. Heike Walles (CFTE)
Einfluss des Mikroenvironments auf die Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen

Dr. Torsten Trittel (ANP):
Freischwebende flüssige Filme in Mikrogravitation

Dr. Kirsten Harth (IfP, TWMB):
Vielteilchensysteme in Mikrogravitation

Dr. Dmitry Puzyrev (ANP):
ML/KI-Methoden für Forschung an Granulaten unter Weltraumbedingungen

Team SmartDust (ANP):
Drop your thesis 2021: Smarte Sonden zur Aufzeichnung der Dynamik von Vielteilchensystemen in Schwerelosigkeit

Daniela Melnik, M.Sc. (MTRM):
CANCEROIDS: The FLUMIAS Project

Dr. Marcus Krüger (MTRM):
Zell- und Tumorbiologie in Schwerelosigkeit

Dr. Markus Wehland (MTRM):
Tissue Engineering in Schwerelosigkeit

Dr. Herbert Schulz (MTRM):
Epigenetics and Microgravity

Prof. Armin Kraus (MTRM, KCHP):
3D-Kultur von Tumorzellen unter simulierter Mikrogravitation

Prof. Manfred Infanger (MTRM, KCHP):
Implikation von Mikrogravitationsforschung in die Chirurgie

Dr. Petra Wise (Children's Hospital Los Angeles)
Änderung der Exosomen-Expression in Tumorzellen unter Schwerelosigkeit

Daniela Melnik hat mit dem Vortrag "Hemmung der Sphäroidbildung - Experimente mit pharmazeutischen Wirkstoffen im 3D-Mikrogrativations-Metastasen-Modell" über unsere aktuelle Sphäroidforschung berichtet.