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126. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie

28.04. - 01.05.2009, München

Selektion effizienter, nebenwirkungsarmer Medikamente für die Therapie gastrointestinaler Karzinome mit dem multizellulären Sphäroidmodell

Meeting Abstract

  • C. Ludwig - Klinikum der Universität München, Chirurgische Klinik-Großhadern, München, Deutschland
  • S. Paulick - Klinikum der Universität München, Chirurgische Klinik-Großhadern, München, Deutschland
  • D. Kloß - Klinikum der Universität München, Chirurgische Klinik-Großhadern, München, Deutschland
  • M. Joka - Klinikum der Universität München, Chirurgische Klinik-Großhadern, München, Deutschland
  • T. Singer - Klinikum der Universität München, Chirurgische Klinik-Großhadern, München, Deutschland
  • K.W. Jauch - Klinikum der Universität München, Chirurgische Klinik-Großhadern, München, Deutschland
  • corresponding author B. Mayer - Klinikum der Universität München, Chirurgische Klinik-Großhadern, München, Deutschland

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie. 126. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie. München, 28.04.-01.05.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. Doc09dgch11636

DOI: 10.3205/09dgch090, URN: urn:nbn:de:0183-09dgch0900

Published: April 23, 2009

© 2009 Ludwig et al.
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Outline

Text

Einleitung: 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 gastrointestinaler Karzinomzelllinien (n=41) zur Sphäroidbildung wurde mittels einer modifizierten 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 (MTT-Assay) und die Apoptoseinduktion (Nukleosomen-ELISA, TUNEL) geprüft.

Ergebnisse:

1.
77 % der getesteten gastrointestinalen Karzinomzelllinien reflektierten das Wachstumsverhalten ihres Originaltumors im 3D-Zellkulturmodell. Die meisten Tumorzelllinien, die aus soliden primären und metastatischen Tumoren generiert wurden, bildeten multizelluläre Sphäroide, während Zelllinien aus Pleurakarzinosen oder Aszitis diese Eigenschaft deutlich seltener aufwiesen.
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.