Thema des Forschungsprojektes:

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Thema des Forschungsprojektes:
„Einfluss der Resektion des Primärtumors auf die metachrone Metastasierung des
kolorektalen Karzinoms im orthotopen Mausmodell“
Bösartige Tumoren des Dick- und Enddarms gehören mit 412.000 Neuerkrankungen
und 207.000 Todesfällen pro Jahr zu den häufigsten Krebserkrankungen in Europa.
Der Tumor selbst ist meist chirurgisch gut zu entfernen, bildet jedoch in ca. 30-50%
der Fälle bei Diagnosestellung oder im Intervall Tochtergeschwulste (sog.
Metastasen) vor allem in der Leber aus. Obwohl auch diese oft noch chirurgisch
entfernt werden können, ist die Prognose bei Auftreten solcher Fernmetastasen
deutlich
verschlechtert. Im Falle einer metastasierten Krebserkrankung rückt dann die
systemische Therapie durch Chemotherapie oder zielgerichtete Therapieformen (z.B.
Antikörper oder sog. „Kleine Moleküle“) in den Mittelpunkt. Jedes neue
Medikament, das bei Patienten angewendet werden soll, muss vor Erprobung am
Patienten und anschließender Zulassung durch die nationalen Zulassungsbehörden
(in Deutschland die Europäische Arzneimittelagentur bzw. das Bundesinstitut für
Arzneimittel und Medizinprodukte) in der Zellkultur und danach im Tier auf
Wirksamkeit und Verträglichkeit getestet werden. Das klassische Tiermodell zur
Testung von onkologischen Medikamenten ist hierbei das subkutane
Flankenmodell:
Den Tieren werden Zellen der betreffenden Tumorentität in die Flanke unter die Haut
injiziert. Der sich daraufhin unter der Haut entwickelnde Tumor wird dann mit der zu
testenden
Substanz
behandelt
und
die
Größenentwicklung
bzw.
Wachstumsverlangsamung durch die Therapie nachverfolgt. Trotz der unbestrittenen
Vorteile dieses Modells (Einfachheit, sehr gute Reproduzierbarkeit, vergleichsweise
geringe Belastung für die Tiere) halten wir es insbesondere beim kolorektalen
Karzinom für unzureichend: Was durch dieses Modell nachgestellt werden kann, ist
nur das
Wachstum des Primärtumors; die Metastasierung, die aus oben beschriebenen
Gründen beim Darmkrebs deutlich wichtiger für die Prognose der Patienten ist als
der Primärtumor, kann nicht simuliert werden. Somit kann mit Daten aus dem
Flankenmodell keine Aussage über den Einfluss einer Substanz auf die
Metastasierung getroffen. Ein Paradoxon, da systemisch wirksame Substanzen
gerade in der metastasierten Situation verabreicht werden, während beim
lokalisierten Tumorleiden vor allem die Chirurgie die zentrale Rolle spielt. So kommt
es auch, dass es inzwischen Hinweise gibt, dass eine wichtige Klasse von
zielgerichteten
Wirkstoffen,
den
sogenannten
Angiogeneseinhibitoren
(insbesondere den Inhibitoren des Vascular Endothelial Growth Factors), die bereits
bei Tausenden von Patienten mit Darmkrebs eingesetzt wurden, die Metastasierung
verschiedener Tumoren eher fördern denn verhindern. Mithin ist es unumgänglich,
bessere Modelle des kolorektalen Karzinoms zu entwickeln, die in der Lage sind, die
Tumorzellausschwemmung und Metastasierung möglichst kliniknah nachzustellen.
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Die naheliegende Herangehensweise ist in diesem Fall die Injektion der Tumorzellen
an den natürlichen Ort des Tumorwachstums, in diesem Fall den Dickdarm. Die so
entstehenden Tumoren haben das gleiche Blutabstromgebiet wie im Patienten und
metastasieren deshalb zuverlässig in die Leber sowie nachfolgend in die Lunge. In
unserem Labor haben wir im vergangenen Jahr erfolgreich ein solches Modell
etabliert. Hierbei injizieren wir unter dem Operationsmikroskop 1 Million
Tumorzellen in die Wand des Dickdarms. Dabei verwenden wir eine spezielle
Injektionspumpe, die es ermöglicht, die Zellen, die in einem Volumen von 20 μl
gelöst sind, über einen Zeitraum von 60 sec (also ca. 330 nl/s) gleichmäßig zu
injizieren. Nach ca. 1-2 Wochen entwickeln die Tiere makroskopisch sichtbare
Tumoren, nach etwa 6-8 Wochen treten Lymphknoten- sowie Leber- und
Lungenmetastasen auf.
Eine Besonderheit unseres Modells ist, dass wir in der Lage sind, zirkulierende
Tumorzellen (CTC) im Blut der Tiere nachzuweisen, zu quantifizieren und genetisch
zu charakterisieren. Diese CTC sind in den letzten Jahren immer mehr in den Focus
der onkologischen Forschung gerückt, mehrere Arbeiten u.a. aus unserer Gruppe
konnten ihre wichtige prognostische Bedeutung im Darmkrebspatienten belegen. So
läuft derzeit bei uns ein Versuch im orthotopen Kolonkarzinommodell, das die
genetischen Unterschiede zwischen Tumorzelle im Primärtumor und zirkulierender
Tumorzelle untersucht. Da der Primärtumor im Patienten fast immer chirurgisch
entfernt wird und die Metastasen oft Monate bis Jahre nach der primären TumorOperation auftreten, wollen wir nun einen Schritt weiter gehen und auch die
chirurgische Entfernung des Tumors in unser Modell mit aufnehmen. Hierfür sollen
zu vorab festgelegten Zeitpunkten (Tag 20, 30 und 40 nach Tumorzellimplantation)
die Tiere erneut operiert und der Tumor samt dem tumortragenden Darmabschnitt
entfernt werden. Eventuell sichtbare Lymphknotenmetastasen werden dabei analog
zur Operation beim Patienten ebenfalls entfernt. Wir erwarten, dass die Tiere nach
frühen Operationen zu einem hohen Prozentsatz keine Metastasen mehr entwickeln,
also als geheilt gelten können. Bei später operierten Tieren ist zu erwarten, dass sie
aufgrund der im Blut vorhandenen zirkulierenden Tumorzellen trotz Entfernung des
Primärtumors Metastasen in Leber und Lunge entwickeln werden. Die Technik der
chirurgischen Tumorentfernung bei Mäusen ist in unserem Labor bereits etabliert.
Gelingt es uns, dieses Modell so zu etablieren, dass wir die Tiere zu einem
bestimmten Zeitpunkt operieren, nach dem sie in 30-50% der Fälle dennoch
Metastasen entwickeln, ist es uns gelungen, die klinische Situation mit maximaler
Realitätsnähe nachzustellen. Mit einem derartigen Modell wird es dann möglich sein
Substanzen zu testen, die nach („adjuvant“) oder sogar vor („neoadjuvant“) der
Tumoroperation gegeben werden können, um eine spätere Metastasierung zu
verhindern. Somit wäre es erstmals möglich, systemische Therapien des
Kolonkarzinoms in einem Tiermodell zu untersuchen, das auch der klinischen
Situation entspricht; die Ergebnisse solcher Untersuchungen wären dadurch um ein
vielfaches valider als die Daten aus heutigen Tiermodellen. Die apparative
Ausstattung und das Know-How sind bereits komplett in unserer Arbeitsgruppe
vorhanden. Verbrauchsmaterialien und Versuchstiere (incl. Versuchstierhaltung)
werden vollständig aus laufenden Sachmitteln gedeckt. Wir beantragen daher von
der Heidelberger Stiftung Chirurgie Fördermittel in Höhe von EUR 1000,- / Monat
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über ein Jahr (Gesamtsumme EUR 12.000,-) für einen Gastwissenschaftler, der
dieses Projekt verantwortlich durchführen und das Modell etablieren soll.