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124. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie

01. - 04.05.2007, München

Identifikation wirksamer Substanzen für die Therapie gastrointestinaler Karzinome mit dem multizellulären Sphäroidmodell

Meeting Abstract

  • K. Mayer - Chirurgische Klinik der LMU München, München, Deutschland
  • A. Tischer - Chirurgische Klinik der LMU München, München, Deutschland
  • A. Wieser - Chirurgische Klinik der LMU München, München, Deutschland
  • I. Funke - Chirurgische Klinik der LMU München, München, Deutschland
  • K.W. Jauch - Chirurgische Klinik der LMU München, München, Deutschland
  • corresponding author B. Mayer - Chirurgische Klinik der LMU München, München, Deutschland

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie. 124. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie. München, 01.-04.05.2007. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2007. Doc07dgch7822

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgch2007/07dgch333.shtml

Veröffentlicht: 1. Oktober 2007

© 2007 Mayer et al.
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Gliederung

Text

Einleitung: Neun von 10 Wirkstoffkandidaten scheitern in der klinischen Prüfung. Dies unterstreicht die mangelnde Prädiktivität der traditionellen präklinischen Testsysteme und gilt sowohl für die zweidimensionalen (2D) Zellkulturmodelle, als auch für das subkutane Mausmodell. Die dringende Notwendigkeit, realitätsnahe und aussagekräftige Testsysteme bereits in der frühen Phase der Wirkstofftestung einzusetzen, ist offensichtlich. Die vorliegende Studie vergleicht die traditionellen präklinischen Testsysteme (Monolayerkultur, Xenotransplantate im Nacktmausmodell) mit dem multizellulären Sphäroidmodell bezüglich ihrer tumorbiologischen Wertigkeit und ihrer Verwendbarkeit zur Erstellung eines aussagekräftigen, umfassenden Wirkstoffprofils neuer Therapeutika.

Material und Methoden: Die Fähigkeit der gastrointestinalen Karzinomzelllinien (n=35) zur Sphäroidbildung wurde mittels der Liquid Overlay-Technik getestet. Die Tumorarchitektur wurde histopathologisch mit der H&E-Färbung ermittelt. Die Zellzykluseigenschaften wurde durch PI-Interkalation (FACS-Analyse) bestimmt. Das Expressionsprofil progressions- und therapierelevanter Antigene wurde immunhistologisch (ABC-Methode, FACS-Analyse) erstellt. Die therapeutische Wirksamkeit neuer Substanzen auf die Karzinomzellen wurde durch die Stoffwechselinhibition (MTS-Assay) und die Apoptoseinduktion (Nukleosomen-ELISA, Caspase 3/7-Glo-Assay) geprüft.

Ergebnisse: 1) 77 % der getesteten gastrointestinalen Karzinomzelllinien (Kolon: 8/10, Magen: 16/21, Pankreas: 3/4) reflektierten das Wachstumsverhalten ihres Originaltumors im 3D-Zellkulturmodell. 2) Multizelluläre Sphäroide imitierten im Gegensatz zu ihren korrespondierenden Monolayerkulturen bzw. subkutanen Xenontransplantaten die morphologische und funktionelle Tumordifferenzierung des Ursprungskarzinoms. 3) Die 3D-Kultur der Karzinomzellen induzierte im Vergleich zu den autologen Monolayerkulturen eine verstärkte Expression verschiedener prognose- und therapierelevanter Moleküle (z.B. EGF-R, HER2/neu, EpCAM, CD44s). 4) Zellzyklusanalysen ergaben, dass im Sphäroidmodell die meisten Karzinomzellen in der G0/G1-Phase vorlagen und damit ein therapierelevantes "dormancy" Stadium repräsentieren. 5) Im 3D-Infiltrationsmodell beeindruckten gering gradig differenzierte multizelluläre Sphäroide durch ein höheres Invasionspotential als Sphäroide mit einer differenzierten Tumorarchitektur. Im Gegensatz dazu zeigten die gleichen Karzinomzelllinien im subkutanen Mausmodell keine infiltrativen Eigenschaften. 6) Das multizelluläre Sphäroidmodell erlaubte bei der Erstellung des Wirkstoffprofils neuer Substanzen zuverlässige Aussagen zur Effektivität, Toxizität, Penetrationsfähigkeit in den Mikrotumor und Pharmakodynamik. Die Zytotoxizitätstestung verschiedener chemotherapeutischer und „target-spezifischer“ Wirkstoffe ergab im multizellulären Sphäroidmodell deutlich höhere IC50-Werte als in den korrespondierenden Monolayerkulturen.

Schlussfolgerung: Das multizelluläre Sphäroidmodell imitiert im Gegensatz zur konventionellen Monolayerkultur und zum subkutanen Mausmodell die Komplexität und Heterogenität der Mikrotumore im Patienten. Es erlaubt die Erstellung eines umfassenden und aussagekräftigen Wirkstoffprofils neuer Therapeutika. Folglich repräsentiert das Sphäroidmodell ein valides präklinisches Testsystem für die Identifizierung therapierelevanter Substanzen zur Behandlung gastrointestinaler Tumore.