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2013|14 Jahresbericht Fraunhofer IGB

8 8 ENTWICKLUNG EINES KOMBINIERTEN IN-VITRO- / ​IN-SILICO-LUNGENTUMORMODELLS FÜR DIE PERSONALISIERTE THERAPIE Claudia Göttlich M. Sc. Lungenkrebs ist die häufigste krebsassoziierte Todesursache weltweit [1]. Ein Grund dafür ist, dass die Behandlungserfolge von Chemotherapien bei inoperablen Tumoren begrenzt sind. In klinischen Studien wurde jedoch gezeigt, dass Patienten mit aktivierenden Mutationen des EGF-Rezeptors (EGFR, epider- mal growth factor receptor) von einer Behandlung mit Tyro- sin-Kinase-Inhibitoren (TKI), welche gegen den EGFR gerichtet sind, profitieren [2]. Das bereits in der Klinik eingesetzte Prä- parat Gefitinib beispielsweise inhibiert die Signalweiterleitung über den EGF-Rezeptor und führt so zu einem verlangsamten Wachstum oder sogar zur Rückbildung des Tumors. Für die Entwicklung personalisierter Behandlungsstrategien müssen Biomarker-Profile identifiziert werden, nach denen Patien- tengruppen für eine zielgerichtete Therapie ausgewählt wer- den können. Ein vielversprechender neuer Ansatz hierfür ist die Untersuchung von zellulären Signalnetzwerken und ihren Veränderungen durch zielgerichtete Wirkstoffe in Tumormo- dellen, die spezifische Mutationen aufweisen. Durch diese Netzwerk-Analysen kann nicht nur die Wirkungsweise von Präparaten verstanden, sondern es können auch neue thera- peutische Ansatzpunkte gefunden werden. Voraussetzung dafür sind Tumormodelle, welche die klinische Situation mög- lichst akkurat im Labor (in vitro) widerspiegeln, und ihre Ver- bindung mit bioinformatischen (in silico) Modellen, die diese komplizierten Signalnetzwerke auswerten können. Dreidimensionale In-vitro-Lungentumormodelle Die Herstellung von humanen dreidimensionalen (3D) Tumor- modellen in der Projektgruppe Regenerative Technologien für die Onkologie erfolgt auf der sogenannten SISmuc (Small Intestinal Submucosa with preserved mucosa). Dieses dezellu- larisierte Darmsegment stammt von der komplexeren Struktur der BioVaSc (Biological Vascularized Scaffold) [3] und besteht vorwiegend aus Kollagen. Wir kultivieren derzeit Zelllinien mit (HCC827) und ohne (A549, H441) aktivierende EGFR-Mutati- on auf der Matrix (statische Kultur), um die genetische Hetero- genität des Lungenkarzinoms abbilden zu können. In-vitro-Tumormodelle spiegeln die klinische Situation wider Nach 14 Tagen statischer Kultur bilden die Zelllinien auf der SISmuc eine größtenteils homogene Epithelschicht und wach- sen dabei auch in die bei der Präparation der SISmuc erhal- tenen Kryptenstrukturen ein. Dabei zeigen die Zellen im Ver- gleich zur konventionellen zweidimensionalen (2D) Kultur in Plastikschalen eine niedrigere Teilungsrate sowie eine verän- derte Expression von Tumormarkern. Dies kommt der Situati- on im Tumor von Patienten näher. Die Behandlung der Zellli- nie HCC827, welche eine EGFR aktivierende Mutation trägt, mit dem TKI Gefitinib führt zu einer verringerten Teilungsrate sowie zu einem erhöhten Absterben der Tumorzellen. Im Ge- gensatz dazu zeigen die Zelllinien A549 und H441, welche diese Mutation nicht tragen, bei Gabe von Gefitinib keine Ver- änderung dieser Parameter. Nur im 3D-Tumormodell, nicht aber in der 2D-Kultur, konnten wir signifikante Effekte des Medikaments Gefitinib beobachten. Demnach erzielen wir in unserem In-vitro-3D-Tumormodell die gleichen positiven Er- gebnisse, wie sie auch in der Klinik bei Patienten mit aktivie- render EGFR-Mutation beschrieben werden [4]. PHARMAZIE 21 0 % %Ki67-positiveZellen 2D 3D 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % A549 HCC827

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