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Fragestellung: Zweidimensionale Kulturen für die Tumorforschung bilden das reale Zellverhalten oft nur unzureichend ab. Unter Mikrogravitationsbedingungen konnte bei verschiedensten Zelltypen eine Bildung von dreidimensionalen Verbänden (Spheroiden) erreicht werden, deren Eigenschaften sich deutlich vom 2D-Kulturmodell unterscheiden. Ziel dieser Untersuchung war es, eine mögliche Bildung von Spheroiden in menschlichen Mammakarzinomzellen nachzuweisen, sowie Veränderungen in der Zytoskelett-Morphologie und der Gen-Expression im Vergleich zu 1g-Bedingungen zu untersuchen.

Methodik: Menschliche Mammakarzinomzellen (ATCC-CRL-2351) wurden 24h sowie 5 Tage lang unter Mikrogravitationsbedingungen in einer Random Positioning Machine (RPM) kultiviert. Veränderungen in der Zytoskelett-Morphologie wurden nach immuncytochemischer Färbung im Konfokalmikroskop dargestellt. Veränderungen in der Genexpression im Vergleich zu 1g-Bedingungen wurden durch Real-Time PCR gemessen.

Ergebnisse: Bereits nach 24h war eine Spheroid-Bildung lichtmikroskopisch zu beobachten. Nach 5 Tagen zeigte sich ein deutliches Rearrangement der Aktinfilamente in den adhärenten Zellen in der RPM und insbesondere in den Spheroiden. Die Zellvitalität wurde durch den Verlust der Anheftung nicht beeinträchtigt. Nach 24h zeigte sich eine signifikante Erhöhung der VCAM-Expression in den adhärenten Zellen in der RPM (4x, p=0,01). Das Vimentin Gen (VIM) zeigte nach 24h sowohl in den adhärenten Zellen als auch in den Spheroiden eine signifikante Downregulation (0,4x, 0,6x), MMP13- und MAPK1-Expression zeigte keine signifikante Veränderung. Nach 5 Tagen wurden die proliferationstypischen Gene KRAS und MAPK1 sowohl in den adhärenten Zellen als auch in den Spheroiden signifikant nach oben reguliert (3x, 2x, 3x, 2,8x), pRAB27A wurde ebenfalls in den adhärenten Zellen in der RPMund den Spheroiden nach oben reguliert (2x, 2x) VIM und RhoA wurden in der RPM in den adhärenten Zellen und den Spheroiden signifikant hochreguliert (3,2x, 3,5x, 3x, 3,2x, p<0,05).

Schlussfolgerung: Mikrogravitationsbedingungen führen in menschlichen Mammakarzinomzellen zur Spheroidbildung und haben eine deutliche Alteration des Zytoskelettes und der Geneexpression zur Folge. Hiermit könnte ein gut anwendbares 3D-Kulturmodell für die onkologische Grundlagenforschung geschaffen werden. Inwieweit Rückschlüsse auf physiologische Vorgänge beim Aufenthalt in der Schwerelosigkeit gezogen werden können, werden künftige Untersuchungen zeigen.