TY  - THES
A1  - Scherg, Florian Alexander Rudolf
T1  - Entwicklung eines dreidimensionalen Zellkulturmodells zur Untersuchung der Apoptoseinduktion von kolorektalen Tumorzellen durch periphere Blutlymphozyten
T1  - Development of a three-dimensional cell culture model to investigate the induction of apoptosis in colorectal tumor cells by peripheral blood lymphocytes
N2  - Das kolorektale Karzinom zählt zu den häufigsten Tumoren in den westlichen Nationen. Für die Heilung ist neben der frühen Diagnose und der korrekten Klassifikation in UICC-Stadien, die Auswahl einer effektiven individuellen Therapiestrategie von Bedeutung. Der Schlüssel für die erfolgreiche Verbesserung dieser und weiterer Schritte in der Behandlung eines kolorektalen Karzinom ist die Analyse der Interaktion zwischen kolorektalen Karzinomzellen und Immunzellen in einem 3D-Zellkulturmodell, das es ermöglicht, die in vivo Situation möglichst realitätsnah zu imitieren. 
Im Vergleich zwischen einem 2D- und 3D-Zellkulturmodell konnten in dieser Arbeit bedeutende und reproduzierbare Unterschiede sowohl im Wachstumsverhalten und in der Zellmorphologie von Kolonkarzinomzellen (SW480-Zellen), Fibroblasten und Immunzellen (PBMC) als auch in deren Interaktion untereinander aufgezeigt werden. 
PBMC induzieren im 2D-System sowohl bei der MK der SW480-Zellen als auch bei der KK mit Fibroblasten im Vergleich zum 3D-System deutlich mehr Apoptose. So gibt es bei der MK mit 1, 2 und 3 Millionen PBMC eine durchschnittliche Apoptosezunahme von 88 % nach 24 h und von 95 % nach 48 h. Bei der KK mit ebenfalls 1, 2 und 3 Millionen PBMC gibt es mit durchschnittlich 89 % nach 24 h und 92 % nach 48 h vergleichbare Apoptosezunahmen.
Zellkulturen auf azellularisierter Darmmatrix bieten den Raum für die bereits erwähnten wichtigen 3D-Zell-ECM- und Zell-Zellinteraktionen, realitätsnahe extrazelluläre Matrizen und soluble Substanzen, die eine sehr große Bedeutung für die Ausbildung tumorspezifischer Charakteristika haben wie z. B. Karzinogenese, Gewebsdifferenzierung Proliferationsgeschwindigkeit, Metastasierungspotential, Malignität, Angiogeneseeigenschaften und Mikroumgebungsbedingungen wie sie im System Mensch vorkommen.
Sie besitzen durch ihre viel komplexere histologische Struktur im Vergleich zu den zweidimensionalen Monolayer-Systemen eine höhere Aussagekraft, bieten eine bessere Vergleichbarkeit mit Tumorsystemen in lebenden Organismen und mindern die experimentelle Fehlinterpretationsraten im Vergleich zu 2D-Modellen. So ist es auch nicht verwunderlich, dass die Ergebnisse bezüglich der Apoptoserate der SW480-Zellen in beiden Zellkulturmodellen so unterschiedlich ausfallen. Durch eine gute strategische Planung der Durchführung weiterer Experimente und der Quantifizierung von weiteren möglichen Zytokinen könnte der Pool an möglichen Wegen hin zur Apoptose der SW480-Zelle eingeengt werden. 
Unsere Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, auch zukünftig weiter an dieser Thematik zu forschen, um so die Therapie des kolorektalen Karzinoms entscheidend zu verbessern. So wäre es durchaus vorstellbar, innerhalb dieses 3D-Modells durch Experimente, die beispielsweise die Tumorzellumgebung oder die Immunzelleigenschaften verändern, dem tumorzellbiologischen Verhalten und der immunologischen Tumor-Wirtsbeziehung in vivo entscheidend näher zu kommen.
N2  - Colorectal carcinoma (CRC) is one of the most common tumors in the western nations. In addition to the early diagnosis and the correct classification in UICC stages, the selection of an effective individual therapy strategy is important for the healing. The key to successfully improving this and other steps in the treatment of CRC is the analysis of the interaction between colorectal carcinoma cells and immune cells in a three-dimensional cell culture model that allows the in vivo situation to be as realistic as possible. In a comparison between a two-dimensional and three-dimensional cell culture model, significant and reproducible differences in the growth behavior and cell morphology of colon carcinoma cells (SW480 cells), fibroblasts and immune cells (PBMC) as well as their interaction with each other could be demonstrated. In the 2D-system, PBMC induce markedly more apoptosis in the monoculture of SW480 cells as well as in co-culture with fibroblasts compared to the 3D-system. For example, in monoculture with 1, 2 and 3 million PBMC, there is an average increase in apoptosis of 88 % after 24 h and of 95 % after 48 h. In coculture with likewise 1, 2 and 3 million PBMC, there are comparable apoptosis increases with an average of 89 % after 24 h and 92 % after 48 h.
Cell cultures on acellularized intestinal matrix, as I have used them, provide the space for the already mentioned important 3D-cell-ECM and cell-cell interactions, realistic extracellular matrices and soluble substances that are very important in the formation of tumor-specific characteristics such as carcinogenesis, tissue differentiation Proliferation rate, metastatic potential, malignancy, angiogenic properties and microenvironmental conditions as found in the human system.
They have a higher informative value due to their much more complex histological structure compared to the two-dimensional monolayer systems, offer better comparability with tumor systems in living organisms and reduce the experimental misinterpretation rates compared to 2D-models. Thus, it is not surprising that the results regarding the apoptosis rates of the SW480 cells are so different in both cell culture models. Good strategic planning of further experiments and quantification of cytokines such as TNFα and IFNϒ narrowed the pool of possible pathways to apoptosis of the SW480 cell induced by the immune cell. Therefore, it is very probable that no soluble substances are causally involved in the induction of apoptosis, but it is cell-mediated.
These results will hopefully motivate the scientists to continue researching this topic in the future in order to decisively improve the therapy of the CRC. Thus, it would be conceivable within this 3D-model by experiments that change, for example, the tumor cell environment or the immune cell properties, the tumor cell biological behavior and the immunological tumor-host relationship in vivo to come significantly closer.
KW  - kolorektales Karzinom
KW  - pbmc
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-300376
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kühnemundt, Johanna
A1  - Leifeld, Heidi
A1  - Scherg, Florian
A1  - Schmitt, Matthias
A1  - Nelke, Lena C.
A1  - Schmitt, Tina
A1  - Bauer, Florentin
A1  - Göttlich, Claudia
A1  - Fuchs, Maximilian
A1  - Kunz, Meik
A1  - Peindl, Matthias
A1  - Brähler, Caroline
A1  - Kronenthaler, Corinna
A1  - Wischhusen, Jörg
A1  - Prelog, Martina
A1  - Walles, Heike
A1  - Dandekar, Thomas
A1  - Dandekar, Gudrun
A1  - Nietzer, Sarah L.
T1  - Modular micro-physiological human tumor/tissue models based on decellularized tissue for improved preclinical testing
JF  - ALTEX
N2  - 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.
KW  - modular tumor tissue models
KW  - invasiveness
KW  - bioreactor culture
KW  - combinatorial drug predictions
KW  - immunotherapies
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-231465
VL  - 38
ER  -