In vivo Charakterisierung des Einflusses therapeutischer Interventionen auf Mirkrozirkulation und metabolisches Umfeld am Modell des metastasierten Mammakarzinoms
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Bedeutung der Gefäßneubildung für das Tumorwachstum und Tumortherapien sind allgemein anerkannt. Im Vergleich zu Weichteiltumoren ist jedoch über die Gefäßneubildung im Rahmen des Wachstmns von Knochentumoren sehr wenig bekannt. Die Ursache ist auf technische Probleme bei der Beobachtung durch die harte und lichtundurchlässige Konsistenz des Knochengewebes zurückzuführen. Um diese Erkennteislücke zu verkleinern wurde in diesem Projekt eine umfassende Charakterisierung der Gefäßeigenschaften während des Tumorwachstums im Knochen durchgeführt. Hierzu diente ein tierexperimentelles Modell des ossär metastasierten Mammakarzinoms. Durch die Verwendung von fluoreszenmarkierten Tumorzelllinien und eines speziell entwickelten Knochenfensters („femur window") konnten die Knochengefäße in Abhängigkeit des Tumorwachstums mikroskopisch studiert werden. Unsere Ergebnisse demonstrieren, dass sich das Tumorwachstum im Knochen im zeitlichen Verlauf von Weichteilmetastasen unterscheidet und zusätzlich von der Art des Tumors abhängt. Die vaskulären Veränderungen im Knochenmilieu scheinen schneller als in Weichegeweben zu verlaufen. Die Veränderungen, die in Tumoren in Weichgewebsmodellen in mehreren Wochen verlaufen, finden im Knochen binnen 14-25 Tagen statt. Dies könnte ein knochenspezifischer Effekt sein und möglicherweise auch für die Effizienz von Therapien eine Bedeutung haben. Entsprechende weiterführende Untersuchungen wurden bereits durch unsere Arbeitsgruppe initiiert. Weiterhin zeigten sich auch deutliche Unterschiede zwischen Tumoren gleicher Entität, welches am Beispiel zweier Mammakarzinomzelllinien gezeigt werden kötmte. Ob diese Unterschiede in den Gefäßparametem (angiogenic phenotype) eine Konsequenz für klinische Therapien darstellen, sollte weiterführend untersucht werden. Die Hypothese, dass chirurgische Interventionen zu einer Beschleunigung des Metastasenwachstums führen, konnte in unserer Studie nicht bestätigt werden. Unsere Ergebnisse weisen daraufhin, dass kleinere chirurgische Eingriffe, wie in diesem Projekt am Beispiel einer dmchgeführten Brustoperation gezeigt, zwar eine Progression einer avaskulären Metastase in einen vaskularisierten Tumor auslösen könnten, jedoch keine Beschleunigung des Wachstums einer vaskularisierten Metastase auslösen. Wir fanden eine geringere Abnahme des Gefäßdurchmessers und eine verringerte Blutflussgeschwindigkeit. Sollten diese Veränderungen bei größeren chirurgischen Eingriffen verstärkt auftreten, ist ein Einfluss auf das Tumorwachstum im Knochen denkbar. Dieses sollte in weiterführenden Studien untersucht werden. In unserem Modell führte die Präsenz eines Primärtumors im Brustgewebe zu einer Wachstumsverzögerung der vaskularisierten Metastase im Knochen. Dies unterstützt Erkenntnisse anderer Studien. Es fanden sich jedoch keine Unterschiede in den Gefäßparametern. Damit konnte die Theorie, dass diese Inhibition des Tumorwachstums über eine Veränderung der Mikrozirkulation der Metastase vermittelt wird widerlegt werden. Konsekutiv wird die Wachstiunshemmung nicht über eine Veränderung der Vaskularisation des Zweittumors vermittelt, sondem wahrscheinlich durch einen direkten Effekt auf die Tumorzellen. Dieses Ergebnis ist vor dem Hintergrund der bisherigen wissenschaftlichen Ergebnisse und Hypothesen von besonderer Bedeutung und bedarf weiterer Forschung zur Klärung der ursächlichen Mediatoren. Die Therapie von Knochenmetastasen mit anti-angiogenen („gefäßwachstumshemmenden") Substanzen (Sunitinib) stellte sich in unserem Modell als wirksam heraus. Die Therapie bewirkte eine Abnahme der Gefäße im Tumor mit Schwerpunkt der Effizienz auf die kleinsten Tumorgefäße. Dieser Effekt schwächte sich jedoch im Therapieverlauf ab und führte nicht zu einer Tumorremission, sondem zu einer Wachstumsverzögerung. Hierbei kam es nicht zu einem Sistieren der Blutversorgung des Tumors. Im Gegenteil stellte sich diese im wesendlichen unverändert dar. Jedoch ist hier eine Erschwerung des Substrataustausches durch eine Reduktion der Gefäßaustauschfläche und Verlängerung der Diffusionsstrecke zu vermuten. In diesem Projekt gelang erstmalig die umfassende Charakterisierung der knochenspezifischen vaskulären Parameter und des Tumorwachstums in einem Knochenmetastasenmodell in vivo über 25 Tage. Es konnten die Einflüsse durch unterschiedliche Tumorzelllinien, eines Primärtumors und der Effekt eines chirurgischen Eingriffes, bzw. der Resektion des Primarius evaluiert werden. Weiterhin wurde der Nutzen einer antiangiogenen Therapie auf das Metastasenwachstum im Knochen untersucht und wir konnten eine Wachstumsverzögerung nachweisen.
