3D-Modelle in der Tumorforschung

  1. Organoide in der Tumorforschung

Organoide sind dreidimensionale, aus menschlichen Stamm- oder Tumorzellen abgeleitete Zellverbände, die wesentliche strukturelle und funktionelle Eigenschaften ihres Ursprungsgewebes nachbilden. In der Tumorforschung ermöglichen insbesondere „patient-derived“ Organoide (PDOs) die Analyse individueller Tumoreigenschaften und die Testung potenzieller Therapeutika unter kontrollierten Laborbedingungen.

Abbildung 1: Licht- und Fluoreszenzmikroskop-Aufnahmen eines Patienten-Tumororganoids.

Die Kultivierung erfolgt in einer Matrix, die die extrazelluläre Umgebung (Extrazellulärmatrix, ECM) im Körper imitiert. Durch gezielte Variation der ECM-Zusammensetzung lassen sich das Invasions- und Wachstumsverhalten von Tumorzellen systematisch analysieren. Wir konnten bereits zeigen, dass im Vergleich zu klassischen Matrigel-Systemen Organoide in einer schwimmenden Kollagenmatrix eine konzentrische Ringbildung, Ausbildung von Invasionsfronten sowie erhöhte Stammzell- und epithelial-mesenchymale Merkmale zeigten (Wimmers et al. 2025)

Abbildung 2: Tumororganoide können in einer schwimmenden Kollagenmatrix sich zu einer Ringstruktur gruppieren (links). Mit einer geeigneten Matrix kann das Invasionsverhalten von Tumororganoiden untersucht werden (Mitte und rechts). Man kann hierbei invadierende Fortsätze, die aus dem Organoid entstehen, beobachten (Vergrößerung rechts).


Zudem bieten Organoide ein verlässliches und reproduzierbares System, um potenzielle Chemotherapeutika bezüglich ihrer Wirkung und Toxizität zu untersuchen. Mithilfe gesunder Darmorganoide konnten wir nachweisen, dass eine neue Kombinationstherapie spezifisch Tumorzellen tötet, aber keine nachweisbare Toxizität gegenüber gesundem Darmgewebe aufweist (Ndreshkjana et al 2019).
Darüber hinaus lassen sich mithilfe genetischer Modifikationen Stammzellkompartimente und Differenzierungsprozesse in Echtzeit verfolgen. Damit bieten Organoide ein flexibles und hochrelevantes System, um Tumorprogression, Metastasierung und Therapieansprechen auf molekularer Ebene zu analysieren.
Durch ihre hohe physiologische Relevanz und patientennahe Abbildung menschlicher Tumoren tragen Organoide maßgeblich zur Umsetzung der 3R-Prinzipien (Replace, Reduce, Refine) bei. Sie ersetzen und reduzieren Tierversuche und bieten gleichzeitig die Möglichkeit, die menschliche Tumorbiologie noch gezielter und aussagekräftiger zu untersuchen.

  1. Originalartikel

Wimmers, DG. et al. (2025). A floating collagen matrix triggers ring formation and stemness characteristics in human colorectal cancer organoids. Pathology, research and practice, 269, 155890. https://doi.org/10.1016/j.prp.2025.155890
Ndreshkjana, B. et al. (2019). Combination of 5-fluorouracil and thymoquinone targets stem cell gene signature in colorectal cancer cells. Cell death & disease, 10(6), 379. https://doi.org/10.1038/s41419-019-1611-4 

  1. Outreach & Lehre

Vortrag bei der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Pathologie (D. Wimmers, 2024)
Vortrag und Stand bei der Langen Nacht der Wissenschaften 2025 („3R-Modelle im Rampenlicht: Innovative Modelle in der Krebsforschung“)
Vorlesungsreihe „3R-Modelle in der Tumorforschung“ (Master Zell- und Molekularbiologie, Master Molekulare Medizin)

  1. Kontakt:

Dr. Kerstin Hübner, Postdoc

Experimentelle Tumorpathologie (Prof. Dr. Regine Schneider-Stock) / Institut für Pathologie

09131-85-43603 / kerstin.huebner@uk-erlangen.de

https://www.pathologie.uk-erlangen.de/forschung/arbeitsgruppen/experimentelle-tumorpathologie/