Krebsgefahr durch Kollateralschäden

Auch Zellen, die nicht direkt von ionisierender Strahlung getroffen werden, tragen Schäden davon - ein Effekt der Zellkommunikation

Dass ionisierende Strahlung auf biologische Lebewesen wenig positive Wirkungen haben dürfte, sagt schon ihr Name: sie verwandelt Atome und Moleküle in Ionen, die sich chemisch anders (und in der Regel schädlich) verhalten. Wie ionisierende Strahlung prinzipiell auf biologische Zellen wirkt, weiß die Wissenschaft schon recht genau. Welche Auswirkungen im Vordergrund stehen, hängt vor allem von der Intensität der Strahlung ab. Bei hohen Dosen zerstört die Strahlung so viele der Moleküle, dass die Zellen nicht mehr lebensfähig sind. Bei sehr niedrigen Dosen stehen zufällige Veränderungen der Erbsubstanz an erster Stelle. Da wir in einer Umgebung mit ständiger natürlicher Radioaktivität leben, hat die Evolution für natürliche Reparaturmechanismen gesorgt, die solche Schäden reparieren oder gleich ausmerzen.

Spannend - und manchmal auch tragisch - wird es, wenn diese Werkzeuge des Körpers überansprucht werden und schließlich versagen. Wenn etwa beide Stränge der DNS brechen, bleibt den Zellen nur noch der programmierte Freitod, die Apoptose. Die Gefahr für den Körper ist damit leider nicht gebannt.

Im Laborversuch konnten Forscher bereits zeigen, dass auch die Umstehenden in Gefahr geraten. Zellen leben nämlich nicht einfach so unabhängig nebeneinander her, sie kommunizieren miteinander und erfahren auf diese Weise vom tragischen Schicksal der Kollegen. Und das bleibt nicht folgenlos, wie italienische Wissenschaftler nun auch in vivo nachweisen konnten. In den Veröffentlichungen der US-Akademie der Wissenschaften beschreiben sie ihre Versuche. Diese beziehen sich zwar auf Mäuse, lassen sich aber auch auf andere Tierarten übertragen.

Ergeben haben sich die Experimente auf für die Forscher unerwartete Weise. Ihr Ziel war es ursprünglich, eine spezielle Mausvariante zu untersuchen, die besonders anfällig für eine bestimmte Tumorart des Kleinhirns ist, für das Medulloblastom. Diese Krebsvariante ist bei Kindern und Jugendlichen einer der häufigsten Hirntumoren. Die gentechnisch veränderte Mauslinie, die einen ähnlichen Tumor entwickelt, dient deshalb als Modellorganismus dafür.

Die Überraschung

Um die Tiere besser untersuchen zu können, wollten die Wissenschaftler ihre Überlebensdauer erhöhen und statteten sie deshalb mit speziellen Strahlenschutz-Bleihauben aus. Die Überraschung folgte auf dem Fuße: Einige der derart vermeintlich geschützten Tiere starben noch schneller als ihre Kollegen - und zwar am Medulloblastom, obwohl der dafür empfindliche Bereich gar keine Strahlendosis erhalten hatte.

Die Forscher untersuchten das Phänomen deshalb genauer. Eine Mausgruppe bestrahlten sie am ganzen Körper, eine weitere mit zylindrischen Kopfbedeckungen und eine Kontrollgruppe blieb strahlenfrei. Wie zu erwarten, entwickelten die komplett bestrahlten Mäuse Tumore, sie überlebten im Mittel für 14 Wochen, 62 Prozent der Tiere waren nach 23 Wochen gestorben.

Neue Risikoabschätzungen für ionisierende Strahlung nötig?

Doch auch 39 Prozent der mit Kopfschild bestrahlten Mäuse entwickelten ein Medulloblastom, obwohl das Kleinhirn, wo dieser Tumor auftritt, nur eine sehr geringe Strahlendosis (ca. 1,2 Prozent, vor allem durch Röntgenstreuung) erhalten hatte. Um auszuschließen, dass eben diese Streudosis die Tumore induzierte, bestrahlten die Forscher eine vierte Gruppe direkt damit - und diese Mäuse entwickelten nicht öfter Krebs als unbestrahlte Exemplare.

Auf die dahinter stehenden Mechanismen wiesen zwei Beobachtungen hin. Zum einen erhöhte sich bei den mit Kopfschild bestrahlten Tieren die Rate der an Apoptose sterbenden Zellen sechs Stunden nach der Bestrahlung auf 7,1 Prozent - das war nur 5,5 mal weniger als bei den völlig ungeschützten Mäusen, obwohl die Strahlungsdosis im entscheidenden Bereich um ganze zwei Größenordnungen niedriger lag. Zum anderen behinderten die Forscher die Kommunikation der Zellen über die so genannten Gap Junctions, Eiweißkanäle, die die Zellmembranen verbinden und den Transport mancher Stoffe erlauben.

Wenn die Wissenschaftler den Tieren Tetradecanoyl-Phorbolacetat (TPA) zuführten, ein Stoff, der die Zellkommunikation bremst, sank die Rate apoptotischer Zellen bei der mit Kopfschutz bestrahlten Gruppe deutlich. Was das für den Menschen heißen könnte, deuten die Forscher nur sehr vorsichtig an. Tatsächlich beobachteten sie die Kollateralschäden an einer Mausvariante, die sich im Genpool des Menschen an einem eher seltenen Typus orientiert. Die Wissenschaftler plädieren dafür, solche Effekte genauer zu untersuchen - sollten sie sich als allgegenwärtig erweisen, müsste man viele Risikoabschätzungen für ionisierende Strahlung neu treffen. (Matthias Gräbner)