Das kolorektale Karzinom (KRK) gehört zu den häufigsten malignen Erkrankungen und stellt weltweit bei Männern die dritthäufigste und bei Frauen die zweithäufigste Tumorerkrankung dar. In der vorliegenden Arbeit wurde die prognostische Wertigkeit der präoperativen Serumspiegel von vier verschiedenen Proteinen (AXL, C-MET, ALDH1 und ALCAM) untersucht, die in mehreren wissenschaftlichen Studien eine besondere Rolle bei der Entwicklung, der Progression sowie der Prognose und der Therapie unterschiedlicher Krebsarten, inklusive des kolorektalen Karzinoms, spielen. Hierzu wurden die präoperativen Serumspiegel der vier Proteine in einem Kollektiv von 164 Patienten mit KRK des Universitätsklinikums Würzburg mittels ELISA bestimmt. Retrospektiv wurde so untersucht, ob sich hieraus Vorhersagen über den Krankheitsverlauf und das Langzeitüberleben der Patienten ergaben. Zwei der vier Proteine, ALDH1 und ALCAM, stellen interessante Vertreter von Tumorstammzellmarkern bei verschiedenen Tumorarten, unter anderem beim KRK, dar. Wie in der Literatur beschrieben, zeigte sich das UICC Stadium auch hier als hochsignifikanter prognostischer Parameter für die Prognose der Patienten, wohingegen das Geschlecht, Alter und TNM Stadium der Patienten keinen wesentlichen Einfluss auf das Gesamtüberleben hatten. Patienten mit KRK zeigten vor Operation deutlich erhöhte Expressionswerte für ALDH1 und ALCAM im Vergleich zu den Kontrollpersonen. Im Gegensatz dazu fanden sich für AXL und C-MET erniedrigte Serumspiegel, wobei sich das interessanteste Ergebnis für C-MET ergab. Hier ließen sich anhand der Serumkonzentrationen zwei Untergruppen klar voneinander abgrenzen. Während KRK Patienten ohne neoadjuvante Strahlentherapie deutlich niedrigere Serumwerte aufwiesen verglichen mit gesunden Kontrollen, zeigten Patienten nach präoperativer Strahlentherapie in Abhängigkeit von der Dosis der Strahlentherapie ähnliche Spiegel wie gesunde Kontrollpersonen. Somit könnte ein erniedrigter C-MET Spiegel ein Risikofaktor für das Vorliegen eines kolorektalen Karzinoms darstellen und möglicherweise eine prognostische Relevanz besitzen. Zusammenfassend bieten die erhobenen Ergebnisse eine gute Grundlage für weiterführende Studien insbesondere zur Rolle von erniedrigten C-MET Serumspiegeln als potentielle Marker für Patienten mit einem KRK. Insgesamt sind weitere Studien erforderlich, um die Bedeutung der Proteine AXL, C-MET, ALDH1 und ALCAM in Tumorstammzellen des kolorektalen Karzinoms und in der Entwicklung, der Progression und der Therapie des KRK genauer zu analysieren.

Das Mikromilieu solider Tumor (tumor mircoenvironment, TME) weist verschiedene Besonderheiten auf, von denen bekannt ist, dass sie zu Chemotherapieresistenz und Tumorprogression beitragen können. Neben der Extrazellulären Matrix (ECM), den cancer associated cells (CAC) und diversen Entzündungszellen tragen auch chemische und physikalische Besonderheiten (Hypoxie, Azidose, erhöhter Gewebedruck, oxidativer Stress und Nährstoffmangel) zu Tumorprogression und Chemotherapieresistenz bei. Zudem wissen wir, dass Hitzeschock-Proteine (HSPs), Toll-like Rezeptoren (TLRs) und ABC-Transporter mit erhöhter Chemotherapieresistenz und Tumorprogression im Pankreas- und Kolonkarzinom einhergehen. Hier wurde untersucht, ob ein in vitro induzierter Nährstoffmangel im HT29 Kolonkarzinom, im Panc-1 Pankreaskarzinom und im MIA PaCa-2 Pankreaskarzinom zu einer gesteigerten Expression von HSP70, HSP90, MDR1, ABCB5 und TLR1 bis TLR10 auf mRNA und Proteinebene führt. Zudem wurde unter allen Versuchsbedingungen die Stoffwechselaktivität über einen MTS-Test gemessen. Der Nährstoffmangel wurde über die Kultivierung in einem Hybridomamedium, welches als proteinfreies Medium gilt und über die Kultivierung in einem serumfreien Medium induziert. Es zeigte sich, dass insbesondere die entdifferenzierte Panc-1 Pankreaskarzinomzelllinie eine erhöhte Resistenz gegenüber dem induzierten Nährstoffmangel aufwies. Auf mRNA-Ebene zeigten sich bei allen drei Tumorzelllinien deutliche Expressionssteigerungen. Diese waren insbesondere im Hybridomamedium nachweisbar und traten beim HT29-Kolonkarzinom nach 48h und im Panc-1 Pankreaskarzinom bereits nach 24h auf. Besonders intensive Expressionssteigerungen konnten im HT29 Kolonkarzinom bei ABCB5, TLR7 und TLR9 nachgewiesen werden. Die Expression von MDR1 war insbesondere im MIA PaCa-2 Pankreaskarzinom gesteigert. Auf Proteinebene konnte im HT29 Kolonkarzinom eine Expressionssteigerung bei HSP90 und TLR6 nachgewiesen werden. Die Ergebnisse lassen zwei Interpretationen zu. Zum einen könnte über den Nährstoffmangel eine aggressivere Subpopulation selektioniert worden sein. In diesem Zusammenhang konnten die Expressionsdaten des Tumorstammzellmarkers CD133 leider nicht ausgewertet werden. Alternativ kann angenommen werden, dass die untersuchten Tumorzelllinien ihren aggressiven Phänotyp erst unter Nährstoffmangelbedingungen, wie wir sie regelmäßig in soliden Tumoren finden, zur Expression bringen.

Die hypertherme Chemoperfusion der Bauchhöhle (HIPEC) in Kombination mit einer vorangestellten, ausgedehnten, zytoreduktiven chirurgischen Therapie stellt eine vielversprechende Methode der Krebsbehandlung für Patienten dar, die an einer Peritonealkarzinose auf dem Boden gastroenterologischer oder gynäkologischer Primärtumore erkrankt sind. Da bislang wenige Standards bezüglich der angewendeten klinischen Bedingungen im Rahmen der HIPEC existieren und um jene zu optimieren, wurden ex vivo und in vitro Untersuchungen mit Tumorzellen durchgeführt. Ziel dieser Experimente war die Identifizierung von zellulären Schutzmechanismen in Reaktion auf Hyperthermie als externen Stressor sowie deren Auswirkung auf prognostisch relevante tumorphysiologische Vorgänge wie Zellproliferation und Apoptose. Um die zellulären Vorgänge während einer HIPEC-Therapie vollends zu verstehen, müssen die beiden einflussnehmenden Größen Hyperthermie und Zytostase getrennt voneinander untersucht werden, um die therapeutischen Konsequenzen zu verbessern und gezielte Pharmaka einsetzen zu können. In Voruntersuchungen konnten an repräsentativen Tumorgeweben im Vergleich vor und nach HIPEC deutliche Veränderungen der Expression von onkologisch relevanten Heat Shock Proteinen HSP27, HSP70 und HSP90 dargestellt werden. Diese Veränderungen zeigten sich in dieser Form erstmalig entitätsübergreifend sowohl auf mRNA-Ebene in der real time quantitativen Polymerase-Kettenreaktion als auch in der Proteinexpression in Western Blot Analysen. Auf Basis dieser Beobachtungen wurden in einem neu etablierten Hyperthermie in vitro Modell humane HT-29 Kolonkarzinomzellen unter HIPEC-ähnlichen Bedingungen für 60 min verschiedenen Temperaturen ausgesetzt. Nach Regenerationszeiten von 30 min bzw. 12 h wurden anschließend Protein- und Genexpressionsanalysen mit Hilfe von Western Blot, Immunhistochemie und RT-qPCR durchgeführt. Veränderungen im Tumorwachstum wurden 30 min sowie 12 h nach der Hyperthermieeinwirkung mittels MTS- und AnnexinV-Apoptose-Tests detektiert. Ziel des in vitro Modells war die isolierte Betrachtung des Einflusses von Hyperthermie auf die zellulären Reparaturmechanismen vermittelt durch HSP sowie deren Auswirkung auf Zellproliferation und Apoptose. Der isolierte Einfluss der Hyperthermie auf die humanen HT-29 Kolonkarzinomzellen verursachte eine kurzfristige Hochregulierung der Gen- und Proteinexpression von HSP27 und HSP72, auch HSP90 zeigte sich kurzfristig erhöht, wenngleich in geringerem Ausmaße. Bereits nach 12 h war eine Schwächung der Hochregulierung bei allen drei HSP zu beobachten, lediglich HSP27 zeigte nach wie vor eine deutliche Expressionssteigerung mit Erhöhung der einwirkenden Temperaturen. Der für die Tumortherapie essenzielle Apoptose-induzierende und antiproliferative Effekt auf die Tumorzellen war nach kurzer und längerfristiger Zellregeneration in einem Temperaturfenster von 39-41 °C zu beobachten. Assoziiert man die Ergebnisse der unterschiedlichen HSP-Expressionen mit den Proliferations- und Apoptoseraten der Tumorzellen, so liegt die Schlussfolgerung nahe, dass bei hohen Temperaturen (43 °C) die Initiierung der intrazellulären Zellschutzmechanismen, repräsentiert durch die HSP, für eine erhebliche Abschwächung der gewünschten Tumorzellapoptose und Proliferationsminimierung verantwortlich sein könnten. Die eigenständigen Effekte einer Hyperthermie in der Malignomtherapie wie die Zytotoxizität, Veränderungen im Tumormikromilieu und die steigende Sensibilität der Tumorzellen auf chemotherapeutische Agenzien sollten folglich hinsichtlich der zielorientierten therapeutischen Betrachtung streng von den Mechanismen des induzierten Zellschutzes separiert werden. Die vorliegenden Ergebnisse zeigten ausgeprägte Heat Shock Protein-Antworten in der Tumorzelle, die gewünschte antiproliferative und apoptotische Effekte beeinträchtigen und Tumorzellschutzmechanismen induzieren könnten. Ferner legen die Ergebnisse nahe, dass die Effekte der HIPEC-Therapie unter Umständen in Bezug auf die Höhe der Temperatur der induzierten Hyperthermie bei den Patienten mit Peritonealkarzinose aufgrund der relevanten HSP-Überexpression gegebenenfalls einer Reevaluierung bedürfen. Der nächste Schritt der Untersuchungen führt zwangsläufig zum Einbezug verschiedener Chemotherapeutika in die in vitro Experimente, um die Rolle der Chemotherapie und Zytostase in Kombination mit der Hyperthermie zu klären. Die im Rahmen dieser Arbeit beschriebenen Ergebnisse stellen erstmalig eine klinisch potentiell hochrelevante Ergänzung zur Optimierung der vorhandenen HIPEC-Protokolle vor. Sowohl die Temperaturanpassung des applizierten Chemotherapeutikums als auch der additive Einsatz von HSP-Inhibitoren könnte einen vielversprechenden Ansatz zur langfristigen Verbesserung des tumorbedingten Überlebens für Peritonealkarzinose-Patienten bedeuten und sollte Gegenstand weiterführender Untersuchungen in Zellkultur, Mausmodell und klinischen Studien darstellen.