Haut aus dem Labor hilft der Forschung

Wie entsteht eigentlich Hautkrebs? Das ist die Frage, um die sich in der Forschung von Prof. Dr. Petra Boukamp alles dreht. Dieses Jahr wurde sie für ihre Forschung mit dem Deutschen Krebspreis ausgezeichnet.

Prof. Boukamp und ihr Team untersuchen, wie Veränderungen im Erbgut zur Entstehung von Hautkrebs beitragen. Basierend auf der Entwicklung eines 2D- in vitro Hautkarzinogenese Modells (bestehend aus einer Serie von Zelllinien, die die unterschiedlichen Stadien der Plattenepithelkarzinomentwicklung repräsentiert und damit  Aufschluss über seine schrittweise Entstehung gibt), entwickelte das Team um Frau Prof. Boukamp ein dreidimensionales Hautmodell. Dieses Modell ähnelt der menschlichen Haut: Es besteht wie die Haut aus verschiedenen Schichten (Epidermis und Dermis). In der Kulturschale kann ein solches „organotypisches Hautmodel“ bis zu sechs Monate überleben. Da die Wechselwirkungen der Zellen im Gewebeverband denen in der menschlichen Haut stark ähneln, sind solche Modelle für die Forschung von großer Bedeutung.

Medikamenten-Tests am Modell

Das Modell ermöglicht den Forschern auch, die Wechselwirkungen zwischen Krebszellen und ihrer Umgebung zu untersuchen. Sie können zum Beispiel Zellen in verschiedenen Stadien der Bösartigkeit in das Model einschleusen und dann Mechanismen untersuchen, mit denen die bösartigen Zellen in tieferliegende Hautschichten eindringen.

Außerdem ist es mit diesem Hautmodell mittlerweile möglich, Wirkungen und Nebenwirkungen moderner Krebsmedikamente zu untersuchen. So kann z.B. auch erforscht werden, unter welchen Umständen und durch welche Mechanismen Hautzellen eine Resistenz gegenüber einem Wirkstoff entwickeln.

Was die Haut „unsterblich“ macht

Die Wissenschaftler können an diesem 3D-Modell zudem untersuchen, wieso sich die menschliche Haut ein Leben lang regenerieren kann. Denn normalerweise ist die Anzahl der Teilungen, die eine Zelle vornehmen kann streng reguliert und verhindert so die Entstehung von Tumoren. Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, verkürzen sich die Enden der Chromosomen, die Telomere. Haben die Telomere der Chromosomen einer Zelle eine bestimmte Kürze erreicht, so ist dies das Signal für die Zelle, sich nicht mehr weiter zu teilen.

Zellen, die jedoch das Enzym Telomerase enthalten, können sich unbegrenzt teilen, da die Telomerase nach jeder Zellteilung die Telomere wieder verlängert und so die ursprüngliche Länge weitgehend erhalten bleibt. Darum wird die Telomerase auch das „Untersterblichkeitsenzym“ genannt. Prof. Boukamp und ihr Team konnten nachweisen, dass sich auch in der Haut Zellen befinden, die Telomerase-positiv sind. Dadurch kommt es trotz ständiger Zellteilung nicht zu einer übermäßigen Verkürzung der Telomere im Alter. Die Telomerase ist also ein wesentlicher Garant für die dauerhafte gesunde Erneuerung der Haut.

Prof. Boukamp war von 2001 bis 2015 Leiterin der Abteilung „Genetik der Hautcarcinogenese“ am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg. Neben abschließenden Arbeiten am DKFZ ist sie seit 2015 als Teamleiterin am IUF – Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung in Düsseldorf tätig.

Welche Rolle spielt UV-Strahlung bei der Entstehung von Krebs?

Ein Ziel von Prof. Boukamps Forschung ist es, die Rolle von UV-Strahlung bei der Krebsentstehung zu entschlüsseln. Ein wesentlicher Befund hierbei war, dass UV-Strahlung die Telomere schädigen und somit direkt in den Prozess der Chromosomenverteilung während der Zellteilung eingreifen kann.

Bei einer normalen Zellteilung erhält jede Zelle einen Chromosomensatz, also gleichviele Chromosomen. So entstehen zwei gesunde Zellen. In Zellen, in denen die Telomere durch UV-Strahlungen beschädigt sind, kann dieser Prozess nicht mehr normal ablaufen: Die Telomere verklumpen, und dies kann zu einer ungleichen Verteilung der Chromosomen führen. Auf diese Weise entstehen Veränderungen, die den Zellen neue Eigenschaften verleihen und aus einer normalen  Zelle eine veränderte – entartete – Zelle machen, die sich eventuell zu einer Krebszelle entwickeln kann.  

Ergebnisse mit direkten Konsequenzen

Die Forschung von Prof. Boukamp und ihren Kooperationspartnern hat unter anderem direkt zu einer Gesetzesänderung für die Nutzung von Sonnenstudios beigetragen: Heute dürfen Jugendliche wegen der nachgewiesenen negativen Effekte der UV-A-Strahlung nicht mehr auf die Sonnenbank. Betreiber von Sonnenstudios müssen außerdem immer strengere Vorschriften befolgen.

Seit dem 1. Januar 2012 gilt die Rechtsverordnung „Verordnung zum Schutz vor schädlichen Wirkungen künstlicher ultravioletter Strahlung“. Laut der Verordnung sind Betreiber eines Solariums dazu verpflichtet, Nutzer und Nutzerinnen des Solariums über die Risiken der Nutzung aufzuklären. In den Geschäftsräumen muss gut lesbar ein Aushang der Ausschlusskriterien der UV-Schutzordnung zu sehen sein.

Das Solarium sollte zudem nur durch geschultes Personal betrieben werden. Menschen mit den Hauttypen I oder II sollte das Personal des Solariums grundsätzlich von der Nutzung abraten, und in den Kabinen sollten gut sichtbare Warnhinweise zu den Risiken der UV-Strahlung aufgestellt sein. Das Solarium muss über Schutzbrillen, Markierungen des einzuhaltenden Mindestabstands zum Gerät und über eine Notabschaltung verfügen. Alle Geräte müssen mit Informationen über die maximale Höchstbestrahlung für die verschiedenen Hauttypen versehen sein. Die Einhaltung der Vorschriften wird durch die Bundesländer, mit Unterstützung des Bundesamtes für Strahlenschutz, kontrolliert. Verstöße gegen die rechtlichen Vorgaben können mit bis zu 50.000 Euro geahndet werden.

Service:

• Solarien Check des Bundesamtes für Strahlenschutz: hier finden Sie eine Liste der Kriterien, die ein gutes Solarium erfüllen muss: http://www.bfs.de/DE/themen/opt/uv/solarien/check/check_node.html

(vm)

Fachberatung: Prof. Dr. Petra Boukamp

Quellen:

[1] http://www.iuf-duesseldorf.de/team-boukamp.html, zuletzt abgerufen am 28.04.2017
[2] Bundesamt für Strahlenschutz, Wirkung künstlicher UV-Strahlung, abgerufen am 29.03.2017: http://www.bfs.de/DE/themen/opt/uv/solarien/wirkung/wirkung_node.html
[3] Bundesamt für Strahlenschutz, Hinweise für Solariennutzer, abgerufen am 29.03.2017: http://www.bfs.de/DE/themen/opt/uv/solarien/hinweise/hinweise_node.html
[4] Bundesamt für Strahlenschutz, Solarien-Check, abgerufen am 29.03.2017: http://www.bfs.de/DE/themen/opt/uv/solarien/check/check_node.html
[5] Bundesamt für Strahlenschutz, Rechtliche Regelungen Solarien, abgerufen am 29.03.2017: http://www.bfs.de/DE/themen/opt/uv/solarien/recht/regelung.html?nn=6056076