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Zielsetzung: Künstliche Herstellung humaner Lungentumorgewebe (hLTG) für die Grundlagen- und translationale onkologische Forschung und als Voraussetzung für die Entwicklung individualisierter Therapien in der Klinik.

Methoden: Dreidimensionale hLTG wurden auf einer zellfreien biologischen Trägerstruktur aufgebaut. Hierzu wurde Versuchstieren (Schwein, 20 kg) ein Stück Jejunum entnommen und mittels Natriumdesoxycholat (2,25%) und DNAse (0,33 mg/ml) dezellularisiert. Die Zellfreiheit bestätigte eine anschließende Histologie (DAPI) und die Sterilisierung erfolgte durch Bestrahlung mit 25 kGy. KRAS+ sowie EGFR+ hLTG erzeugten wir durch Kultivierung der A549- bzw. HCC-827-Zelllinie auf beschriebener Trägerstruktur. Diese wurden 14 Tage in eigens entwickelten „Zellkronen“ unter statischen Bedingungen kultiviert. Zweidimensionale Vergleichs-Kulturen der A549- und der HCC-827-Zelllinie wurden in Zellkulturschalen ohne biologische Matrix angelegt. Die Charakterisierung der hLTG erfolgte immunhistochemisch (TTF1, CK7, Ki67, Osteopontin, Mucin-1, E-Cadherin, β-Catenin) und proteinbiochemisch (PCR-Array, Western Blot) anhand klinikrelevanter Marker. Zudem diente TGF-β1 (5 ng/ml) der Induktion einer Tumorinvasion im hLTG. Die epithelial-mesenchymale Transition der Tumorzellen wurde mittels Immunfluoreszenz-Doppelfärbung (Panzytokeratin, Vimentin) untersucht.

Ergebnisse: In vorläufigen Experimenten wurden jeweils 8 Versuchsansätze realisiert. Die Proliferation unter 3D-Kulturbedingungen war bis zu fünfeinhalbmal geringer als in 2D und näherte sich damit der in-vivo-Situation an (Ki67-Expression: [A549] 17% vs. 94%; [HCC-827] 54% vs. 84%). Die Tumorzellen besiedelten die biologische Trägerstruktur als Monolayer und immunhistologische Färbungen (Mucin-1, E-Cadherin, β-Catenin) deuteten auf eine matrixinduzierte Zelldifferenzierung sowie Zellpolarisation hin. Weiterhin exprimierten die Tumorzellen die klinisch relevanten Marker TTF1, CK7 und Osteopontin. Die Stimulation der hLTG mit TGF-β1 führte zu einer verstärkten Expression mesenchymaler Charakteristika (Vimentin ↑, Panzytokeratin ↓) sowie dem Verlust von Differenzierungsmarkern (E-Cadherin, β-Catenin).

Schlussfolgerung: Elementare biologische Eigenschaften von Lungentumorgewebe lassen sich in 3D-Gewebemodellen in vitro abbilden. Sie sind Grundlage für den Aufbau komplexerer Tumorgewebemodelle für pharmakologische Wirksamkeitsstudien.