Einsatz von Mikrofluidik für die 3D-Kultivierung von patientenabgeleitetem Prostatakarzinomgewebe und das präklinische Screening von personalisierten Behandlungsstrategien
Pathologie
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Trotz der Fortschritte bei der Identifizierung von zahlreichen therapeutischen Angriffsmolekülen haben die neuen Erkenntnisse zu keinem signifikanten Überlebensvorteil der Patienten mit Prostatakarzinom (PCa) geführt. Dies liegt an den derzeitigen Prostatakrebsmodellen, die hauptsächlich auf 2D-Modellen konventioneller Zelllinien, die vor mehr als 50 Jahren entwickelt wurden, beruhen. Diese sind nicht für eine repräsentative Therapie-Testung für den klinisch variablen PCa geeignet. Um dieses Problem anzugehen, konzentrierte sich meine bisherige Arbeit auf die Entwicklung von 3D-Forschungsmodellen des PCa, die die Eigenschaften der ursprünglichen Patiententumore bewahren und ein personalisiertes Therapiescreening ermöglichen könnten. Obwohl mehrere aus Patientengewebe abgeleitete Modelle wie patient-derived xenografts (PDXs) und patientderived tumor organoids (PDOs) erfolgreich etabliert wurden, verhindern die lange Verdopplungszeit und die begrenzte Menge des erzeugten Materials sowie die zeit- und kostenintensiven Verfahren die Durchführung eines umfassenden Therapiescreenings mit diesen Modellen. Dieses Projekt soll das auf Microfluidic basierende „Lab-on-a-Chip“-Konzept mit den neuen „patient-derived“-3D-Modellen des PCas verbinden, um ein repräsentatives Therapiescreening-Tool zu etablieren. Microfluidic Chips (Lab-on-a-Chip-Geräte) sind Mikrochips, die aus mehreren Kanälen mit multiplen Mikrovertiefungen bestehen, in denen Tumorfragmente eingefangen und inkubiert werden können. Das Team von Prof. Thomas Gervais (Polytechnique Montréal/Kanada) hat die Microfluidic Chips auf Polydimethylsiloxan-Basis entwickelt. Diese ermöglichen ein Überleben von mikrodissektierten Tumoren (MDT) für mehr als 15 Tage ohne Perfusion. Seit dieser Entwicklung konzentrieren sich die Forscher des Universitätskrankenhauses von Montreal und des Montreal Cancer Institute/Kanada (Team von Prof. Fred Saad und Prof. Anne-Marie Mes- Masson) auf die experimentelle Prozessoptimierung. Im ersten Teil dieses Projekts wurde die Kultivierung aller verfügbaren 3D-PCa-Modelle, einschließlich Spheroiden, PDOs und MDTs aus Patientengewebe und PDX auf den Microfluidic Chips versucht. Die Herstellung der Chips wurde dabei kontinuierlich verbessert und für verschiedene Arten von 3D-Modellen und biologischen Prozessen modifiziert, um eine aussagekräftige Therapieevaluation zu ermöglichen. Anschließend konnten bis zu 128 PDOs oder 32 MDTs mit vier verschiedenen Therapien in einem Chip behandelt werden. Das bedeutet, dass mehrere Therapiestrategien inkl. Bestrahlung mittels weniger Mikrochips, die nur geringe Mengen an biologischen Materialien und Medikamenten benötigen, gleichzeitig getestet werden können. Schließlich konnte das therapeutische Ansprechen der behandelten Tumore durch verschiedene Assays multiplexartig bewertet werden. Um die Eigenschaft des Microfluidics, die ein in vivo-System widerspiegeln soll, zu bestätigen, wurde das therapeutische Ansprechen der auf den Chips behandelten Tumore mit dem Ansprechen der ebenso behandelten Mäuse verglichen. Wir erwarten, dass die auf Microfluidic basierende Lab-on-a-Chip-Technologie nicht nur die großen Tierversuche zum Nachweis eines therapeutischen Konzepts ersetzen wird, sondern auch ein prädiktives Therapie-Screening-Tool für die individualisierte Behandlung von PCas (i. S. v. personalisierte Therapie) hervorbringt.
