E31 Nährstoffdiffusion und Stoffwechsel

Thema

Der vom Tumor benötigte Sauerstoff und die Glukose gelangen über die Blutgefäße zu jeder einzelnen Tumorzelle und werden dort verbraucht.

Dieser Transport von Sauerstoff und Glukose aus den Blutgefäßen und deren Verbrauch durch die Tumorzellen erklären zwei charakteristische Merkmale solider Tumore: warum sie hypoxische und nekrotische Bereiche aufweisen und warum der Warburg-Effekt – eine weniger sauerstoffabhängige Energiegewinnung – zu einer nahezu universellen metabolischen Anpassung von Krebs geworden ist. Die diesem Transport zugrunde liegende Physik ist das Ficksche Diffusionsgesetz, angewendet auf ein Substrat wie Sauerstoff. Dieser wird auf seinem Weg von den Blutgefäßen verbraucht, sodass mit zunehmender Entfernung vom Gefäß weniger Sauerstoff den Tumor erreicht.

Diese Physik bestimmt einen Sauerstoffdiffusionsradius von etwa 100 bis 200 Mikrometern im Tumorgewebe. Dies ist die maximale Entfernung, in der eine Tumorzelle noch mit ausreichender Sauerstoffversorgung überleben kann.

Jenseits dieses Sauerstoffdiffusionsradius wird die Tumorzelle hypoxisch. Diese Hypoxie aktiviert einen Faktor, der den Zellstoffwechsel umprogrammiert und ihn in Richtung anaerober Glykolyse lenkt – demselben Stoffwechselweg, der den Warburg-Effekt aufrechterhält. Somit entscheidet letztlich allein der Abstand zwischen einer Tumorzelle und dem nächstgelegenen Blutgefäß darüber, ob die Tumorzelle ausreichend Sauerstoff und Glukose erhält, um normal zu überleben, oder ob sie ihren Stoffwechsel umprogrammieren muss, um ohne diese Nährstoffe zu überleben.

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