@phdthesis{Goettlich2019,
  author    = {G{\"o}ttlich, Claudia},
  title     = {Etablierung eines humanen 3D Lungentumor-Testsystems zur Analyse von Behandlungseffekten},
  doi       = {10.25972/OPUS-16413},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-164132},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Lungenkrebs ist weltweit f{\"u}r die meisten krebsassoziierten Tode verantwortlich. Ursache daf{\"u}r ist unter anderem, dass viele Medikamente in der klinischen Anwendung, aufgrund nicht {\"u}bertragbarer Ergebnisse aus der Pr{\"a}klinik, scheitern. Zur Entwicklung neuer Therapiestrategien werden deshalb Modelle ben{\"o}tigt, welche die in vivo Situation besser widerspiegeln. Besonders wichtig ist es dabei, zu zeigen, f{\"u}r welche Fragestellungen ein neues Testsystem valide Ergebnisse liefert. In dieser Arbeit ist es mit Hilfe des Tissue Engineering gelungen, ein humanes 3D in vitro Lungentumor-Testsystem weiter zu entwickeln und f{\"u}r verschiedene Fragestellungen zu validieren. Zudem konnten sowohl f{\"u}r die Herstellung als auch f{\"u}r die Behandlung der Tumormodelle SOPs etabliert werden. Hier wurde zun{\"a}chst beobachtet, dass die Auswerteparameter f{\"u}r die Beurteilung von Behandlungseffekten eine geringe Varianz aufweisen und das 3D Modell deshalb als Testsystem geeignet ist. Ein Vergleich der Morphologie, des EMT-Status und der Differenzierung der Tumorzelllinien im 3D Modell mit Tumorbiopsaten von Adenokarzinompatienten verdeutlichte, dass die 3D Modelle tumorrelevante Merkmale besitzen. So sind die Zelllinien auf der biologischen Matrix, verglichen mit der jeweiligen 2D Kultur, durch eine reduzierte Proliferationsrate gekennzeichnet, welche eher der in vivo Situation entspricht. F{\"u}r die Etablierung und Validierung des 3D Modells als Testsystem war es notwendig, klinisch relevante Therapien in dem Modell anzuwenden und die Ergebnisse der Behandlung in vitro mit denen im Patienten zu vergleichen. Dabei konnte zun{\"a}chst best{\"a}tigt werden, dass eine zielgerichtete Therapie gegen den EGFR in dem 3D System zu einer verst{\"a}rkten Induktion der Apoptose im Vergleich zu 2D f{\"u}hrt. Dies entspricht klinischen Beobachtungen, bei denen EGFR-mutierte Patienten gut auf eine Therapie mit Tyrosin-Kinase-Inhibitoren (TKI) ansprechen. Anschließend wurde in dieser Arbeit erstmals in vitro gezeigt, dass die Behandlung mit einem HSP90-Inhibitor bei KRAS-Mutation wie in behandelten Patienten keine eindeutigen Vorteile bringt, diese jedoch in Experimenten der 2D Zellkultur mit den entsprechenden Zelllinien vorhergesagt werden. Die Ergebnisse aus dem in vitro Modell spiegeln damit verschiedene klinische Studien wider und unterstreichen das Potenzial des 3D Lungentumor-Testsystems die Wirkung zielgerichteter Therapien vorherzusagen. Durch die Messung von Signalwegsaktivierungen {\"u}ber Phospho-Arrays und Western Blot konnten in dieser Arbeit Unterschiede zwischen 2D und 3D nach Behandlung gezeigt werden. Diese lieferten die Grundlage f{\"u}r bioinformatische Vorhersagen f{\"u}r Medikamente. Mit fortschreitender Erkrankung und dem Entstehen invasiver Tumore, die m{\"o}glicherweise Metastasen bilden, verschlechtert sich die Prognose von Krebspatienten. Zudem entwickeln Patienten, die zun{\"a}chst auf eine Therapie mit TKI ansprechen, bereits nach kurzer Zeit Resistenzen, die ebenfalls zur Progression des Tumorwachstums f{\"u}hren. Zur Wirkungsuntersuchung von Substanzen in solchen fortgeschrittenen Erkrankungsstadien wurde das bestehende Testsystem erweitert. Zum einen wurde mit Hilfe des Wachstumsfaktors TGF-β1 eine EMT ausgel{\"o}st. Hier konnte beobachtet werden, dass sich die Expression verschiedener EMT- und invasionsassoziierter Gene und Proteine ver{\"a}nderte und die Zellen vor allem in dynamischer Kultur verst{\"a}rkt die Basalmembran der Matrix {\"u}berquerten. Zum anderen wurde die Ausbildung von Resistenzen gegen{\"u}ber TKI durch die Generierung von resistenten Subpopulationen aus einer urspr{\"u}nglich sensitiven Zelllinie und anschließender Kultivierung auf der Matrix abgebildet. Dabei zeigte sich keine der klinisch bekannten Mutationen als urs{\"a}chlich f{\"u}r die Resistenz, sodass weitere Mechanismen untersucht wurden. Hier konnten Ver{\"a}nderungen in der Signaltransduktion sowie der Expression EMT-assoziierter Proteine festgestellt werden. Im letzten Teil der Arbeit wurde eine neuartige Behandlung im Bereich der Immuntherapie erfolgreich in dem 3D Modell angewendet. Daf{\"u}r wurden T-Zellen, die einen chim{\"a}ren Antigen-Rezeptor (CAR) gegen ROR1 tragen, in statischer und dynamischer Kultur zu den Tumorzellen gegeben und der Therapieeffekt mittels histologischer F{\"a}rbung und der Bestimmung der Apoptose evaluiert. Zus{\"a}tzlich konnten Eigenschaften der T-Zellen, wie deren Proliferation sowie Zytokinaussch{\"u}ttung quantifiziert und damit eine spezifische Wirkung der CAR transduzierten T-Zellen gegen{\"u}ber Kontroll-T-Zellen nachgewiesen werden. Zusammenfassend ist es in dieser Arbeit gelungen, ein humanes 3D Lungentumor-Testsystem f{\"u}r die Anwendung in der pr{\"a}klinischen Entwicklung von Krebsmedikamenten sowie der Grundlagenforschung im Bereich der Tumorbiologie zu etablieren. Dieses Testsystem ist in der Lage relevante Daten zu Biomarker-geleiteten Therapien, zur Behandlung fortgeschrittener Tumorstadien und zur Verbesserung neuartiger Therapiestrategien zu liefern.},
  subject      = {Tissue Engineering},
  language  = {de}
}
@article{KuehnemundtLeifeldSchergetal.2021,
  author    = {K{\"u}hnemundt, Johanna and Leifeld, Heidi and Scherg, Florian and Schmitt, Matthias and Nelke, Lena C. and Schmitt, Tina and Bauer, Florentin and G{\"o}ttlich, Claudia and Fuchs, Maximilian and Kunz, Meik and Peindl, Matthias and Br{\"a}hler, Caroline and Kronenthaler, Corinna and Wischhusen, J{\"o}rg and Prelog, Martina and Walles, Heike and Dandekar, Thomas and Dandekar, Gudrun and Nietzer, Sarah L.},
  title     = {Modular micro-physiological human tumor/tissue models based on decellularized tissue for improved preclinical testing},
  series = {ALTEX},
  volume    = {38},
  journal   = {ALTEX},
  doi       = {10.14573/altex.2008141},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-231465},
  pages     = {289-306},
  year      = {2021},
  abstract  = {High attrition-rates entailed by drug testing in 2D cell culture and animal models stress the need for improved modeling of human tumor tissues. In previous studies our 3D models on a decellularized tissue matrix have shown better predictivity and higher chemoresistance. A single porcine intestine yields material for 150 3D models of breast, lung, colorectal cancer (CRC) or leukemia. The uniquely preserved structure of the basement membrane enables physiological anchorage of endothelial cells and epithelial-derived carcinoma cells. The matrix provides different niches for cell growth: on top as monolayer, in crypts as aggregates and within deeper layers. Dynamic culture in bioreactors enhances cell growth. Comparing gene expression between 2D and 3D cultures, we observed changes related to proliferation, apoptosis and stemness. For drug target predictions, we utilize tumor-specific sequencing data in our in silico model finding an additive effect of metformin and gefitinib treatment for lung cancer in silico, validated in vitro. To analyze mode-of-action, immune therapies such as trispecific T-cell engagers in leukemia, as well as toxicity on non-cancer cells, the model can be modularly enriched with human endothelial cells (hECs), immune cells and fibroblasts. Upon addition of hECs, transmigration of immune cells through the endothelial barrier can be investigated. In an allogenic CRC model we observe a lower basic apoptosis rate after applying PBMCs in 3D compared to 2D, which offers new options to mirror antigen-specific immunotherapies in vitro. In conclusion, we present modular human 3D tumor models with tissue-like features for preclinical testing to reduce animal experiments.},
  language  = {en}
}
@article{KunzGoettlichWallesetal.2017,
  author    = {Kunz, Meik and G{\"o}ttlich, Claudia and Walles, Thorsten and Nietzer, Sarah and Dandekar, Gudrun and Dandekar, Thomas},
  title     = {MicroRNA-21 versus microRNA-34: Lung cancer promoting and inhibitory microRNAs analysed in silico and in vitro and their clinical impact},
  series = {Tumor Biology},
  volume    = {39},
  journal   = {Tumor Biology},
  number    = {7},
  doi       = {10.1177/1010428317706430},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-158399},
  year      = {2017},
  abstract  = {MicroRNAs are well-known strong RNA regulators modulating whole functional units in complex signaling networks. Regarding clinical application, they have potential as biomarkers for prognosis, diagnosis, and therapy. In this review, we focus on two microRNAs centrally involved in lung cancer progression. MicroRNA-21 promotes and microRNA-34 inhibits cancer progression. We elucidate here involved pathways and imbed these antagonistic microRNAs in a network of interactions, stressing their cancer microRNA biology, followed by experimental and bioinformatics analysis of such microRNAs and their targets. This background is then illuminated from a clinical perspective on microRNA-21 and microRNA-34 as general examples for the complex microRNA biology in lung cancer and its diagnostic value. Moreover, we discuss the immense potential that microRNAs such as microRNA-21 and microRNA-34 imply by their broad regulatory effects. These should be explored for novel therapeutic strategies in the clinic.},
  language  = {en}
}
@article{PeindlGoettlichCrouchetal.2022,
  author    = {Peindl, Matthias and G{\"o}ttlich, Claudia and Crouch, Samantha and Hoff, Niklas and L{\"u}ttgens, Tamara and Schmitt, Franziska and Pereira, Jes{\´u}s Guillermo Nieves and May, Celina and Schliermann, Anna and Kronenthaler, Corinna and Cheufou, Danjouma and Reu-Hofer, Simone and Rosenwald, Andreas and Weigl, Elena and Walles, Thorsten and Sch{\"u}ler, Julia and Dandekar, Thomas and Nietzer, Sarah and Dandekar, Gudrun},
  title     = {EMT, stemness, and drug resistance in biological context: a 3D tumor tissue/in silico platform for analysis of combinatorial treatment in NSCLC with aggressive KRAS-biomarker signatures},
  series = {Cancers},
  volume    = {14},
  journal   = {Cancers},
  number    = {9},
  issn      = {2072-6694},
  doi       = {10.3390/cancers14092176},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-270744},
  year      = {2022},
  abstract  = {Epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) is discussed to be centrally involved in invasion, stemness, and drug resistance. Experimental models to evaluate this process in its biological complexity are limited. To shed light on EMT impact and test drug response more reliably, we use a lung tumor test system based on a decellularized intestinal matrix showing more in vivo-like proliferation levels and enhanced expression of clinical markers and carcinogenesis-related genes. In our models, we found evidence for a correlation of EMT with drug resistance in primary and secondary resistant cells harboring KRAS\(^{G12C}\) or EGFR mutations, which was simulated in silico based on an optimized signaling network topology. Notably, drug resistance did not correlate with EMT status in KRAS-mutated patient-derived xenograft (PDX) cell lines, and drug efficacy was not affected by EMT induction via TGF-β. To investigate further determinants of drug response, we tested several drugs in combination with a KRAS\(^{G12C}\) inhibitor in KRAS\(^{G12C}\) mutant HCC44 models, which, besides EMT, display mutations in P53, LKB1, KEAP1, and high c-MYC expression. We identified an aurora-kinase A (AURKA) inhibitor as the most promising candidate. In our network, AURKA is a centrally linked hub to EMT, proliferation, apoptosis, LKB1, and c-MYC. This exemplifies our systemic analysis approach for clinical translation of biomarker signatures.},
  language  = {en}
}