Wie die Tumorumgebung Kopf-Hals-Krebs beeinflusst

Plattenepithelkarzinome im Kopf-Hals-Bereich sind die siebthäufigste Krebsart und stehen im Zusammenhang mit HPV-Infektionen sowie mit Tabak- und Alkoholkonsum. HPV-negative Plattenepithelkarzinome im Kopf-Hals-Bereich weisen häufig eine hohe Rezidivrate auf. Zudem variiert das Ansprechen der Patienten auf die Behandlung aufgrund der Heterogenität der Tumoren und ihrer Mikroumgebungen stark.

In einer neuen Studie der Chobanian & Avedisian School of Medicine der Boston University haben Forschende deshalb einen umfangreichen Einzelzellatlas zusammengestellt, der die vielen Zelltypen in Kopf-Hals-Tumoren kartiert und zeigt, wie bestimmte Zellmischungen und Interaktionen mit dem Tumorverhalten zusammenhängen.

Ziel war, die zellulären Treiber für das Fortschreiten der Erkrankung und das Versagen der Behandlung zu identifizieren. „Dieser Atlas bietet öffentlich zugängliche Wegweiser für neue Diagnostika und Therapien, die das Überleben und die Lebensqualität bei Kopf-Hals-Krebs verbessern könnten“, erklärt Autor Stefano Monti, Professor für Medizin an der Universität.

Das Team analysierte Proben von 54 Patienten mit insgesamt etwa 232.000 Zellen, indem es sechs veröffentlichte Einzelzell-RNA-Sequenzierungsdatensätze von behandlungsnaiven, HPV-negativen Plattenepithelkarzinomen zusammenführte. Es filterte Zellen von geringer Qualität und Doppelzellen heraus, normalisierte und annotierte die Daten anhand von Referenzdatenbanken und Markergenen und integrierte die Datensätze in einen einzigen Atlas.

Die Analysen umfassten Clustering und detaillierte Zelltyp-Annotation, Signatur-Scoring (zum Beispiel zytotoxische versus dysfunktionale T-Zellen), die Ermittlung hierarchischer Taxonomie, die Ableitung von Zell-Zell-Kommunikation und die Malignitätsbestimmung. Außerdem testeten die Wissenschaftler Zusammenhänge zwischen Zellzuständen/-typen und klinischen Variablen (Stadium, Geschlecht) unter Verwendung gemischter Modelle und Kompositionsanalysen und validierten die räumliche Lokalisierung anhand eines externen Datensatzes.

Derzeit gibt es drei zugelassene Immun-Checkpoint-Inhibitoren zur Behandlung von Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Hals-Bereich. Der Atlas hebt potenzielle Ziele hervor, um das Ansprechen auf Immuntherapien zu verbessern und die mit myeloischen Zytokinen verbundene Chemotherapieresistenz zu überwinden, und könnte letztendlich auch Therapien für andere Krebsarten beeinflussen, die ähnliche Merkmale der Mikroumgebung aufweisen.

Den Forschenden zufolge bringen uns Einzelzellatlas der Charakterisierung des zellulären Fingerabdrucks des Tumors eines Patienten näher. „In Zukunft könnten Kliniker solche Fingerabdrücke nutzen, um Behandlungen auszuwählen, die am besten auf die Mikroumgebung eines Tumors abzielen, nicht nur auf dessen Genetik“, resümiert Erstautorin Lina Kroehling, Doktorandin im Bereich Bioinformatik.