Das Knochenmark stellt eine besondere Gewebeumgebung für Tumorzellen dar. neben der Ansiedlung von primären Knochenmarkstumoren fungiert es als Rückzugsort für verschiedenen andere Tumorzellen. Tumorzellen können sich im Knochenmark ansiedeln, dort ausbreiten und sogar die Knochenstruktur zerstören, so dass die Funktion des Knochens massiv beeindlusst wird. Die Nische im Knochenmark, die normalerweise den Geburtsort für blutbildende Zellen bietet, scheint auch metastasierende Tumorzellen aus anderen Geweben zu schützen und kann sie in eine Art Ruhezustand versetzen, in dem sie lange Zeiträume überdauern und in manchen Fällen auch wieder reaktiviert werden können und Metastasen bilden. Welche Signale diese Prozesse regulieren ist unbekannt, es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Mikroumgebung des Knochenmarks dabei eine entscheidende Rolle spielt.
In diesem Projekt wurden verschiedenen neue Mikroskopiemethoden entwickelt, um Gewebenischen im Knochenmark zu unterscuhen. Zum einen wurde eine Methode zum Clearing von ganzen Knochen entwickelt, die es uns erlaubt, das Knochenmark mittels Light sheet Flureszenzmikroskopie in 3D auf Einzelzellebene zu analysieren. Mit hilfe von künstlicher Intelligenz (machine Learning) werden in den Aufnahmen einzelne Zellen erkannt (segmentiert) und ihr Lokalisation bzw. ihre Lage in Bezug auf andere zellen quantitativ erfasst. Um Zellen im Knochenmark dynamisch in 3D zu analysieren, haben wir einen Laserprototypen für 3-Photonen-Mikroskopie entwickelt, mit dessen Hilfe man in der lebenden Maus nicht-invasiv zellen im Knochenmark beobachten kann. Dabei lassen sich neben der Migration von Zellen auch die Dynamik des Blutflusses analysieren. Schließlich haben wir unser Endoskopie-basiertes longitudinales Intravitalmikroskopiesystem optimiert, um Metabolismus von Zellen in vivo zu analysieren.
Weiterhin haben wir im Mausmodell die Lokalisation von Myelomzellen sowie deren Mikroumgebung analysiert udn gefunden, dass sich diese Zellen von proximal nach distal im Knochenmark ausbreiten. Diese Methoden werden in Zukunft hilfreich bei der Analyse der Dynamik und der Mikroumgebung von Myelomzellen im Knochenmark sein.