TP2 WP2: Komplexe 3D Mikrotumore zur Charakterisierung der Tumor-Wirts-Interaktion

AG Torsten Blunk
Industriepartner: PreSens Precision Sensing, PELOBiotech

Hintergrund und Stand der Forschung
In der Tumor-Mikroumgebung spielen stromale Zellen wie die mesenchymalen Stammzellen aus dem Fettgewebe (adipose-derived stem cells, ASC) bzw. aus dem Knochenmark (bone marrow-derived stem cells, BMSC) eine wichtige Rolle. Sie beeinflussen die Tumor-Mikroumgebung zum einen durch sezernierte Faktoren und synthetisierte Extrazellulärmatrix (ECM), zum anderen kommt es durch direkte Zell-Zell-Interaktion zur Hochregulation von kontaktinduzierten Oberflächenproteinen (Solimando et al., 2018; Wittmann and Fischbach, 2017). Gerade diese durch die direkte Interaktion von Tumor- und Wirtszelle verändert exprimierten Gene stellen hochattraktive Targets für neue theranostische Ansätze dar, bspw. zur Darstellung von metastasierenden Tumoren und zur Radio-Therapie unter Verwendung der gleichen Zielmoleküle (Lapa, 2017; Solimando et al., 2018; Weigelt et al., 2014b).
Es ist bekannt, dass sich Tumor- und Wirtszellen in ihrer Interaktion stark kontextabhängig verhalten. In In-vitro-Untersuchungen kommt dabei der Zellkultur im 3D- vs. 2D-Format eine besondere Rolle zu (Weigelt et al., 2014a; Wittmann and Fischbach, 2017). So stellen multizelluläre 3D Sphäroide selbst-assemblierende Zellaggregate dar, die ohne weiteres Fremdmaterial gebildet werden und, im Vergleich zu 2D Kulturen, deutlich besserin-vivo-ähnliche Bedingungen repräsentieren (Ham et al., 2018; Weigelt et al., 2014b). Trotz der Bedeutung dieser Kultursysteme sind derartige Kokulturen aus Tumorzellen und ASC bzw. BMSC insbesondere für die Untersuchung von kontaktinduzierten Markern bisher kaum realisiert.
Das Hauptziel dieses WP ist die Entwicklung von dreidimensionalen (3D) Mikrotumoren durch Sphäroidkultur von Tumorzellen (Brustkrebs- bzw. Myelomzellen) mit stromalen Zellen (ASC bzw. BMSC) zur kontextabhängigen Untersuchung von Tumor-Wirts-Interaktionen. Die 3D Mikrotumore sollen dabei in enger Kooperation mit den WPs 1, 3 und 4 (AGs Jakob/Ebert, Beilhack, Buck) aus TP2 insbesondere zur Untersuchung von kontaktspezifischen und für eine theranostische Anwendung potenziell nutzbaren Markern beim Mammakarzinom und beim Multiplen Myelom verwendet werden. Im letzten Jahr des Projekts soll die entwickelte Diagnostik in den Sphäroiden zudem auf die automatisierten Systeme der AG Metzger/Dandekar übertragen und dort erprobt werden.

Erwartete Ergebnisse
Mittels Sphäroidkulturtechnik sollen 3D Mikrotumore aus Tumorzellen und ASC bzw. BMSC entwickelt werden, in denen die Expression kontaktinduzierter und für eine theranostische Anwendung nutzbarer Marker untersucht werden kann. Hierbei wird eine verbesserte Nachweisbarkeit bereits bekannter Zielmoleküle gegenüber der konventionellen 2D Kultur erwartet. Darüber hinaus wird erwartet, im 3D Kontext auch neue Zielmoleküle identifizieren zu können. Die Studien werden relevante Erkenntnisse bezüglich Spezifität und Sensitivität für den theranostischen Einsatz neuer Imaging-Methoden erbringen.