Untersuchungen zur Entstehung des humanen Pankreaskarzinoms mittels Organoiden, deren Immortalisierung und genetischen Modifikation in vitro
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das duktale Pankreaskarzinom (PDAC) ist eine aggressive Krebserkrankung mit einer Letalität von etwa 90% binnen 5 Jahren nach Diagnosestellung. Eine Ursache für die außerordentlich schlechte Prognose ist die späte Entdeckung, oftmals im fernmetastasierten Erkrankungsstadium. Obgleich dies die Tumorentfernung verhindert, so spielt die chirurgische Resektion bei der Behandlung von Patienten, welche einer Operation durch ihr lokalisiertes Tumorstadium zugänglich sind, eine entscheidende Rolle und bildet die Grundlage für Langzeitüberleben. Es ist zwingend notwendig die frühen molekularen Veränderungen und Mechanismen von Invasion und Metastasierung des Pankreaskarzinoms zu verstehen, um diagnostische und therapeutische Ansatzpunkte zu ermitteln. Unser Ziel war daher mit Hilfe dreidimensionaler Zellkultivierung und gezielter schrittweiser Modifikation von Treibergenen mittels CRISPR/Cas9-Technologie in gesundem duktalem Pankreasepithel die pankreatische Tumorgenese prospektiv in vitro zu rekapitulieren. In unseren Experimenten gelang es uns aus gesundem menschlichen Pankreasgewebe duktale Epithellzellen zu isolieren. Die Kultivierung in Form von Organoiden in einer dreidimensionalen Matrix und Lentivirus-induzierte hTERT-Modifikation zur Immortalisierung ermöglichte uns die Zellanreicherung für die nachfolgenden Treibergenmodifikationen zu erzielen. Diese Experimente erforderten strenge Selektionkriterien hinsichtlich der Patientenauswahl, waren abhängig von frisch reseziertem Gewebe aus dem Operationssaal, und erforderten tägliche Zellkultur. Durch die massiven Auswirkungen der COVID-19-Pandemie auf den Laborzugang sowie das chirurgische Operationsvolumen waren wir gezwungen andere innovative Ansätze zu verfolgen, die uns erlaubten jenseits dieser Einschränkungen unsere Arbeit fortführen zu können. Daher entschieden wir uns die frühen genetischen Veränderungen während der Tumorgenese des Pankreaskarzinoms in zystischen Vorläuferläsionen zu untersuchen. Diese Läsionen mit dem Potential zum Pankreaskarzinom fortzuschreiten werden oft zufallsbefundlich radiographisch erfasst und stellen die Behandelnden vor immense Probleme hinsichtlich der Einschätzung ihres Gefahrenpotentials. Darüber hinaus ermöglicht die chirurgische Resektion von Hochrisikozysten das Fortschreiten zum Karzinom zu verhindern bzw. eine Resektion im PDAC-Frühstadium. Aus wissenschaftlicher Sicht bieten diese zystischen Neoplasien die Möglichkeit wertvolle Einblicke in die molekularen Veränderungen des Tumorgeneseprozesses zu erlangen. Somit konnten wir unser übergeordnetes Projektziel weiterverfolgen und die dabei stattfindenden genetischen Veränderungen untersuchen. Mittels lasergesteuerter Mikrodissektion von archivierten Gewebeproben und mittels moderner Sequenzierungsmethoden (Next-Generation Sequencing, Whole Exome Sequencing) gelang es uns die genetische Charakterisierung von PDAC-Vorläuferläsionen zu verbessern. Dies hat hohe translationale Relevanz mit wertvollen Erkenntnissen für die klinische Behandlung: Im Einzelnen gelang es uns durch Mutationsanalyse von IPMN und korrespondierendem neoplastischem Gewebe am Resektionsrand die molekulare Beziehung dieser beiden Foci und die Rolle von positiven Resektionrändern in IPMN-Operationen zu untersuchen. In einem weiteren Projekt widmenten wir uns den Mechanismen der klonalen Evolution in MCNs und untersuchten welche Mutationen bei der malignen Veränderung dieser Zysten eine Rolle spielen. Weitere, derzeit noch laufende Projekte nach Abschluss des WBP-Stipendiums erlauben es uns zusätzliche Aspekte zystischer Pankreasneoplasien zu untersuchen, wodurch wir deren Diagnose und Behandlung verbessern und die entscheidenden genetischen Veränderungen maligner Transformation beim Pankreaskarzinom besser verstehen wollen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Gastric cancer following pancreaticoduodenectomy: Experience from a high-volume center and review of existing literature. Surgery Open Science, 2(4), 32-40.
Pflüger, Michael Johannes; Felsenstein, Matthäus; Schmocker, Ryan; Wood, Laura DeLong; Hruban, Ralph; Fujikura, Kohei; Rozich, Noah; van Oosten, Floortje; Weiss, Matthew; Burns, William; Yu, Jun; Cameron, John; Pratschke, Johann; Wolfgang, Christopher Lee; He, Jin & Burkhart, Richard Andrew
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Generation and characterization of a cell line from an intraductal tubulopapillary neoplasm of the pancreas. Laboratory Investigation, 100(7), 1003-1013.
Felsenstein, Matthäus; Trujillo, Maria A.; Huang, Bo; Nanda, Neha; Jiang, Zhengdong; Jeong, Yea Ji; Pflüger, Michael; Goggins, Michael G.; Hruban, Ralph H.; Thompson, Elizabeth D.; Heaphy, Christopher M.; Roberts, Nicholas J. & Wood, Laura D.
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Pattern of Invasion in Human Pancreatic Cancer Organoids Is Associated with Loss of SMAD4 and Clinical Outcome. Cancer Research, 80(13), 2804-2817.
Huang, Wenjie; Navarro-Serer, Bernat; Jeong, Yea Ji; Chianchiano, Peter; Xia, Limin; Luchini, Claudio; Veronese, Nicola; Dowiak, Cameron; Ng, Tammy; Trujillo, Maria A.; Huang, Bo; Pflüger, Michael J.; Macgregor-Das, Anne M.; Lionheart, Gemma; Jones, Danielle; Fujikura, Kohei; Nguyen-Ngoc, Kim-Vy; Neumann, Neil M.; Groot, Vincent P.; ... & Wood, Laura D.
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The Impact of Clinical and Pathological Features on Intraductal Papillary Mucinous Neoplasm Recurrence After Surgical Resection. Annals of Surgery, 275(6), 1165-1174.
Pflüger, Michael J.; Griffin, James F.; Hackeng, Wenzel M.; Kawamoto, Satomi; Yu, Jun; Chianchiano, Peter; Shin, Eunice; Lionheart, Gemma; Tsai, Hua-Ling; Wang, Hao; Rezaee, Neda; Burkhart, Richard A.; Cameron, John L.; Thompson, Elizabeth D.; Wolfgang, Christopher L.; He, Jin; Brosens, Lodewijk A. A. & Wood, Laura D.
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Small Mucinous Cystic Neoplasms Often Lack Somatic Driver Gene Mutations. Poster Presentation, American Pancreatic Association (APA) 2021 Annual Meeting; Miami Beach, FL [abstract in Pancreas (Volume 50, Issue 7, page 1089)]
Pflüger MJ, Braxton AM, Fujikura K., Wood LD
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Blood transfusion is associated with worse outcomes following pancreatic resection for pancreatic adenocarcinoma. Annals of Pancreatic Cancer, 5 (2022, 3), 1-1.
Javed, Ammar A.; Ronnekleiv-Kelly, Sean M.; Hasanain, Alina; Pflüger, Michael J.; Habib, Joseph R.; Wright, Michael J.; He, Jin; Cameron, John L.; Wolfgang, Christopher L.; Frank, Steven M.; Weiss, Matthew J. & Burkhart, Richard A.
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Pancreatic Cancer. The Pancreas (2023, 8, 4), 969-981. American Geophysical Union (AGU).
Pflüger, Michael J.; Noë, Michaël & Brosens, Lodewijk A.A.
