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Einleitung: Dreidimensionale Sphäroidkulturen gewinnen insbesondere wegen der besseren Nachahmung des natürlichen Tumormilieus einschließlich Sauerstoff- und Nährstoffgradienten zunehmend an Bedeutung. Für das Prostatakarzinom (PCa) existieren bislang keine detaillierten Untersuchungen über die Herstellung von Sphäroiden aus Monolayer-Zellen und potenzielle Auswirkungen der dreidimensionalen Struktur auf das Wachstum im in-vivo Modell. Folglich war das Ziel dieser Arbeit, eine verlässliche Methode zur Generierung von 3D PCa Sphäroiden aus LNCaP Monolayer-Zellen zu etablieren und deren Proliferation und Viabilität zu analysieren. Schließlich haben wir das Wachstum von LNCaP Sphäroiden und LNCaP Monolayer-Zellen im orthotopen Xenograftmodell verglichen.

Methode: LNCaP Zellen wurden in RPMI Medium mit 10% FCS bei 5% CO2 und 37°C kultiviert. 3D Sphäroide wurden durch das Aussäen von Zellen in Ultra-Low-Attachment Rundboden-Multiwell-Platten generiert. 5000, 10000 und 25000 Zellen wurden für 10 Tage kultiviert. In dieser Zeit wurden täglich die Morphologie, die Anzahl der Zellen sowie die Zellviabilität verfolgt und im Anschluss die Sphäroide histologisch und immunhistochemisch analysiert. Für die in-vivo Experimente wurden LNCaP Zellen orthotop in die Prostata immundefizienter SCID-Mäuse als Einzelzellsuspension (n=8) oder als Sphäroide (n=8) implantiert und das Tumorwachstum mittels Serum PSA-Bestimmungen und hochauflösender 3D Kleintiersonographie über 20 Wochen nachbeobachtet.

Ergebnisse: Nach dem Aussäen in Ultra-Low-Attachment Platten entwickelten sich innerhalb von drei Tagen spontan LNCaP Sphäroide, welche zunehmend bis Tag 10 kondensierten. In dieser Zeit proliferierten die Sphäroide kontinuierlich mit einer 3- bis 10-fachen Zellzahl nach 10 Tagen. Die Zellviabiliät erreicht nach 6 Tagen ihren Höhepunkt (ca. 70%) und nahm anschließend leicht ab. Die Sphäroide zeigten proliferierende Zellen in der Peripherie und eine zentrale Nekrose. Sie waren positiv für Ki67, CK8, AR (Androgen-Rezeptor), AMACR (alpha-Methyl-CoA-Racemase) und E-Cadherin und negativ für CK5 sowie Vimentin. Nach orthotoper Implantation war in Mäusen mit Sphäroid-Injektion ein früheres und schnelleres Tumorwachstum als in Mäuse mit Implantation von Einzelzellsuspensionen zu beobachten. Hinsichtlich der Entwicklung von Metastasen konnten keine Unterschiede festgestellt werden.

Schlussfolgerung: Sphäroide können zuverlässig aus LNCaP Zellen innerhalb weniger Tage generiert werden. Sie zeigen ein stabiles Wachstum, eine Lebensfähigkeit über 10 Tage und exprimieren typische Marker des humanen PCa. Überdies erwiesen sich Sphäroide als kompatibel für eine orthotope Implantation in immundefiziente Mäuse und führten hier im Vergleich zu Einzelzellen zu einem früheren und schnelleren Tumorwachstum.