610 Medizin und Gesundheit
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Einleitung: Strukturelle Defekte der gastrointestinalen Hohlorgane stellen ein allgegen-wärtiges Problem im klinischen Alltag dar. Sie entstehen meist auf dem Boden einer ent-zündlichen oder tumorösen Grunderkrankung und können außerdem traumatisch sowie durch medizinische Eingriffe hervorgerufen werden. In der Folge kommt es zur Kontami-nation des umliegenden Gewebes mit Magen- bzw. Darminhalt, wodurch deletäre Folgen wie eine systemische Infektion, also eine Sepsis mit Multiorganversagen drohen können. Vor diesem Hintergrund sind gastrointestinale Defekte immer als potenziell lebensbedroh-lich für den Patienten zu betrachten. Die adäquate und kausale Behandlung erfolgt je nach Ätiologie und Zustand des Patienten durch eine Operation oder eine endoskopische Inter-vention. Hierzu stehen zahlreiche etablierte, operative und interventionelle Therapieme-thoden zur Verfügung. In manchen Fällen stoßen die etablierten Techniken jedoch an ihre Grenzen. Bei Patienten mit schwerwiegenden Komorbiditäten oder im Rahmen neuer me-dizinischer Verfahren sind Innovationen gefragt. Die Grundidee der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer biotechnologischen Therapieoption zur Versorgung gastrointesti-naler Hohlorganperforationen.
Methoden: Zur Durchführung einer Machbarkeitsstudie wurden zehn Göttinger Mi-nischweine in zwei Gruppen mit jeweils 5 Tieren aufgeteilt. Den Tieren der Experimental-gruppe wurden Hautbiopsien entnommen und daraus Fibroblasten isoliert, welche vo-rübergehend konserviert wurden. Unter Verwendung von azellularisiertem Schweinedarm erfolgte die Herstellung von Implantaten nach den Prinzipien des Tissue Engineerings. Die Tiere beider Gruppen wurden einer Minilaparotomie und einer ca. 3cm-Inzision der Ma-genvorderwand unterzogen. Die anschließende Versorgung wurde in der Experimental-gruppe durch Implantation der neuartigen Konstrukte erzielt. In der Kontrollgruppe wur-de im Sinne des Goldstandards eine konventionelle Naht durchgeführt. Anschließend wurden die Tiere für vier Wochen beobachtet. Eine bzw. zwei Wochen nach dem pri-mären Eingriff wurde bei allen Tieren beider Gruppen eine Laparoskopie bzw. Gastrosko-pie durchgeführt. Am Ende der klinischen Observationsphase wurden die Versuchstiere getötet und die entsprechenden Magenareale zur histologischen Untersuchung explantiert.
Ergebnisse: Die Herstellung der Implantate konnte auf der Basis standardisierter zellbio-logischer Methoden problemlos etabliert werden. Alle Tiere beider Gruppen überlebten den Primäreingriff sowie das vierwöchige Nachbeobachtungsintervall und zeigten dabei keine klinischen Zeichen möglicher Komplikationen. Die durchgeführten Laparoskopien und Gastroskopien ergaben bei keinem der Tiere Hinweise auf Leckagen oder lokale Infek-tionsprozesse. Die histologische Aufarbeitung zeigte im Bereich des ursprünglichen De-fekts eine bindegewebige Überbrückung sowie ein beginnendes Remodeling der Magen-schleimhaut in beiden Gruppen.
Schlussfolgerungen: Durch die Verknüpfung von Einzelprozessen der Zellkultur und dem Großtier-OP konnte ein neues Verfahren zum Verschluss gastrointestinaler Defekt erfolgreich demonstriert und etabliert werden. Das Projekt konnte reibungslos durchge-führt werden und lieferte Ergebnisse, die dem Goldstandard nicht unterlegen waren. Auf-grund der kleinen Fallzahl und weiterer methodischer Limitationen sind jedoch nur einge-schränkt Schlussfolgerungen möglich, weshalb die Durchführung größerer und gut geplan-ter Studien notwendig ist. Die Erkenntnisse dieser Pilotstudie liefern eine solide Basis für die Planung weiterführender Untersuchungen.
Tumor models based on cancer cell lines cultured two-dimensionally (2D) on plastic lack histological complexity and functionality compared to the native microenvironment. Xenogenic mouse tumor models display higher complexity but often do not predict human drug responses accurately due to species-specific differences. We present here a three-dimensional (3D) in vitro colon cancer model based on a biological scaffold derived from decellularized porcine jejunum (small intestine submucosa+mucosa, SISmuc). Two different cell lines were used in monoculture or in coculture with primary fibroblasts. After 14 days of culture, we demonstrated a close contact of human Caco2 colon cancer cells with the preserved basement membrane on an ultrastructural level as well as morphological characteristics of a well-differentiated epithelium. To generate a tissue-engineered tumor model, we chose human SW480 colon cancer cells, a reportedly malignant cell line. Malignant characteristics were confirmed in 2D cell culture: SW480 cells showed higher vimentin and lower E-cadherin expression than Caco2 cells. In contrast to Caco2, SW480 cells displayed cancerous characteristics such as delocalized E-cadherin and nuclear location of beta-catenin in a subset of cells. One central drawback of 2D cultures-especially in consideration of drug testing-is their artificially high proliferation. In our 3D tissue-engineered tumor model, both cell lines showed decreased numbers of proliferating cells, thus correlating more precisely with observations of primary colon cancer in all stages (UICC I-IV). Moreover, vimentin decreased in SW480 colon cancer cells, indicating a mesenchymal to epithelial transition process, attributed to metastasis formation. Only SW480 cells cocultured with fibroblasts induced the formation of tumor-like aggregates surrounded by fibroblasts, whereas in Caco2 cocultures, a separate Caco2 cell layer was formed separated from the fibroblast compartment beneath. To foster tissue generation, a bioreactor was constructed for dynamic culture approaches. This induced a close tissue-like association of cultured tumor cells with fibroblasts reflecting tumor biopsies. Therapy with 5-fluorouracil (5-FU) was effective only in 3D coculture. In conclusion, our 3D tumor model reflects human tissue-related tumor characteristics, including lower tumor cell proliferation. It is now available for drug testing in metastatic context-especially for substances targeting tumor-stroma interactions.
Background:
To study whether and how c-MYC expression determines response to radio-and chemotherapy in childhood medulloblastoma (MB).
Methods:
We used DAOY and UW228 human MB cells engineered to stably express different levels of c-MYC, and tested whether c-MYC expression has an effect on radio-and chemosensitivity using the colorimetric 3-(4,5-dimethylthiazol- 2-yl)-5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium inner salt (MTS) assay, clonogenic survival, apoptosis assays, cell cycle analysis, and western blot assessment. In an effort to validate our results, we analyzed c-MYC mRNA expression in formalin-fixed paraffin-embedded tumor samples from well-documented patients with postoperative residual tumor and compared c-MYC mRNA expression with response to radio-and chemotherapy as examined by neuroradiological imaging.
Results:
In DAOY -and to a lesser extent in UW228 -cells expressing high levels of c-MYC, the cytotoxicity of cisplatin, and etoposide was significantly higher when compared with DAOY/UW228 cells expressing low levels of c-MYC. Irradiation-and chemotherapy-induced apoptotic cell death was enhanced in DAOY cells expressing high levels of c-MYC. The response of 62 of 66 residual tumors was evaluable and response to postoperative radio-(14 responders (CR, PR) vs. 5 non-responders (SD, PD)) or chemotherapy (23 CR/PR vs. 20 SD/PD) was assessed. c-MYC mRNA expression was similar in primary MB samples of responders and non-responders (Mann-Whitney U test, p = 0.50, ratio 0.49, 95% CI 0.008-30.0 and p = 0.67, ratio 1.8, 95% CI 0.14-23.5, respectively).
Conclusions:
c-MYC sensitizes MB cells to some anti-cancer treatments in vitro. As we failed to show evidence for such an effect on postoperative residual tumors when analyzed by imaging, additional investigations in xenografts and larger MB cohorts may help to define the exact function of c-MYC in modulating response to treatment.