Einfluss von polyP-Substraten auf das Wachstumsverhalten humaner Tumorzelllinen als Grundlage für die Etablierung eines innovativen Zellkulturmodells

Einleitung:

Eine der großen Herausforderungen der modernen Medizin ist die Therapie komplexer Erkrankungen. Krankheitsbilder wie Krebs weisen stark schwankende Charakteristika auf und sind patientenindividuell sehr unterschiedlich. Je nach Mikromilieu des Tumors sowie Immunstatus und Vorgeschichte des Patienten kann eine Tumorerkrankung in variabler Form auftreten. Bisher wird anhand der Klassifizierung mittels bestimmter Oberflächen und Biomarker die Therapiestrategie festgelegt. Wünschenswert wäre jedoch eine individualisierte Strategie, die unter Berücksichtigung des individuellen Immunstatus und der Mikroumgebung des zu behandelnden Tumors erfolgt. Allerdings fehlen für eine derartige personalisierte molekularbiologische Analyse die entsprechenden Tools. Ziel unseres Projekts ist daher die Entwicklung eines personalisierten Tumormodells zur patientenindividuellen Wirkstofffindung und Anpassung der Krebstherapie. In einem ersten Schritt wurden hierzu die Kultivierung von Zelllinien in 2D-Kultur und in einem 3D-Modell sowie die Supplementierung des Zellkulturmediums mit polyP-Substraten getestet.

Methoden:

Zur Etablierung eines innovativen Modells zur Kultivierung von humanen Tumorzellen wurden zunächst die Hepatomzelllinie Hep3B und die Kolonkarzinomzellinie Caco-2 unter klassischen 2D-Kulturbedingungen kultiviert. Der Einfluss unterschiedlicher Medien sowie des Supplements Polyphosphat (polyP [amorphe Nanopartikel]; dient als exogene Energiequelle und verhindert hypoxische Zustände in dreidimensionalen Zellclustern) wurde anhand von Zellzyklusanalysen und Viabilitätsassays untersucht. Das Wachstum von Hep3B und Caco-2 auf dreidimensionalen Scaffolds wurde mittels Immunhistochemie sowie Immunfluoreszenzfärbungen evaluiert.

Ergebnisse:

Der Zusatz von polyP-Materialien hatte keinen Einfluss auf das Kurzzeitüberleben von Caco-2 (3 Tage Kultur) und Hep3B-Zellen (2 Tage Kultur) in der Standard-2D-Kultur. Auch nach einer Kultivierung von bis zu 9 Tagen wurde der Zellzyklus von Caco-2- und Hep3B-Zellen durch polyP nur geringfügig beeinflusst. Im Vergleich zu den Kontrollen war jedoch die metabolische Aktivität der Zellen nach 7 Tagen Kultur in Gegenwart von polyP-Substraten bis zu 2-fach erhöht. Der Effekt von polyP auf die metabolische Aktivität war dosisabhängig und erreichte das Optimum bei einer Konzentration von 30 µg/ml. Auf dreidimensionalen polyP-haltigen Scaffolds blieb die Vitalität von Caco-2- und Hep3B-Kulturen über 10 Tage uneingeschränkt erhalten. Nach 17 Tagen Kultur auf dreidimensionalen Scaffolds wiesen Hep3B-Zellen zudem eine strukturiertere Anordnung auf als Kontrollzellen in 2D-Kultur.

Schlussfolgerung:

Der Zusatz von polyP-Materialien verbessert die metabolische Aktivität von Zelllinien in 2D-Kultur. Dreidimensionale Scaffoldstrukturen sind geeignet zur Kultivierung von Zelllinien über bis zu 17 Tage. Diese Ergebnisse dienen als Grundlage für weitere Untersuchungen, die klären sollen, ob eine Kultivierung primärer humaner Tumorzellen auf polyP-haltigen Scaffolds möglich ist.