Das maligne Melanom, eine der seltensten, aber gleichzeitig auch die tödlichste dermatologische Malignität, gekennzeichnet durch die Neigung zu einer frühen Metastasierung sowie die rasche Entwicklung von Therapieresistenzen, zählt zu den Tumorentitäten mit dem höchsten Anstieg der Inzidenz weltweit. Mausmodelle werden häufig verwendet, um die Melanomagenese zu erforschen und neue effektive therapeutische Strategien zu entwickeln, spiegeln die menschliche Physiologie allerdings nur unzureichend wider. In zweidimensionalen (2D) Zellkulturen mangelt es dagegen an wichtigen Komponenten der Mikroumgebung des Tumors und dem dreidimensionalen Gewebekontext. Um dieses Manko zu beheben und die Entwicklung von auf den Menschen übertragbaren Tumormodellen in der onkologischen Forschung voranzutreiben, wurde als Alternative zu Zellkulturen und Tierversuchen humane organotypische dreidimensionale (3D) Melanom-Modelle als in vitro Testsystem für die Bewertung der Wirksamkeit von anti-Tumor Therapeutika entwickelt.
Im Zuge dieser Arbeit konnte das in vitro Melanom-Modell entscheidend weiterentwickelt werden. So konnten Modelle unterschiedlichster Komplexität etabliert werden, wobei abhängig von der Fragestellung einfachere epidermale bis hin zu unterschiedlich komplexen Vollhautmodellen Anwendung finden. Durch Simulation der Tumor-Mikroumgebung eignen sich diese zur präklinischen Validierung neuer Tumor-Therapeutika, sowie der Erforschung pathologischer Vorgänge, von der Tumor-Formierung bis zur Metastasierung. Zudem konnten erfolgreich unterschiedlichste humane Melanomzelllinien ins Modell integriert werden; dadurch, dass sich diese durch ihre Treibermutationen, die zur Krankheitsentstehung beitragen, unterscheiden, stellen sie unterschiedliche Ansprüche an potentielle therapeutische Angriffspunkte und ermöglichen das Widerspiegeln vieler Melanom-Subtypen im Modell. Ferner ist es möglich, verschiedene Stadien der Tumor-Entwicklung über die Zugabe von Melanomzellen in Einzelsuspension bzw. von Melanom-Sphäroiden widerzuspiegeln. Es konnte für bestimmte Therapie-Ansätze, wie zielgerichtete Therapien, z.B. die Gabe von sich in der Klinik im Einsatz befindlicher BRAF-/MEK-Inhibitoren, gezeigt werden, dass sich die etablierten Modelle hervorragend als präklinische Testsysteme zur Wirksamkeitsbewertung eignen. Zudem bieten sich einzigartige Möglichkeiten, um die Interaktion humaner Tumorzellen und gesunder Zellen in einem Gewebeverband zu untersuchen. Ferner konnten drei neue technische Analyse-Verfahren zur nicht-invasiven Detektion der Tumor- Pro- und Regression, Beurteilung der Wirksamkeit von potenziellen Anti-Tumor-Therapien sowie der Evaluierung des Tumor-Metabolismusses implementiert werden. Perspektivisch ermöglichen immun-kompetente Melanom-Modelle die Austestung neuer Immun- und Zelltherapien in einem voll humanen System; gleichzeitig leisten die etablierten Modelle einen signifikanten Beitrag zur Reduktion von Tierexperimenten. / Malignant melanoma, one of the rarest but also the most lethal dermatological malignancies, characterized by a propensity for early metastasis as well as the rapid development of therapy resistance, is among the tumor entities with the highest increase in incidence worldwide. Mouse models are widely used to study melanomagenesis and develop new effective therapeutic strategies, but do not adequately reflect human physiology. In contrast, twodimensional (2D) cell cultures lack important components of the tumor microenvironment and
three-dimensional tissue context. To address this shortcoming and to advance the development of human-transferable tumor models in oncology research, human organotypic three-dimensional (3D) models of malignant melanoma were developed as an alternative to cell cultures and animal experiments as an in vitro test system for evaluating the efficacy of
anti-tumor therapeutics.
In the course of this work, the in vitro melanoma model could be significantly further developed. Thus, melanoma models of different complexity could be established, with simpler epidermal to differently complex full skin models being applied, depending on the research question. By simulating the tumor microenvironment, these are suitable for the preclinical validation of new tumor therapeutics, as well as the study of pathological processes, from tumor shaping to metastasis. In addition, a wide variety of human melanoma cell lines have been successfully integrated into the model; by differing in their driver mutations that contribute to disease development, they pose different requirements for potential therapeutic targets and allow many melanoma subtypes to be reflected in the model. Furthermore, it is possible to reflect different stages of tumor development via the addition of melanoma cells in single suspension or melanoma spheroids. For certain therapeutic approaches in malignant melanoma, such as targeted therapies, e.g. the administration of BRAF/MEK inhibitors currently in use in the clinic, it could be shown that the established models are excellently suited as preclinical test systems for efficacy evaluation. In addition, unique opportunities are provided to study the interaction of human tumor cells and healthy cells in a tissue composite. Furthermore, three new technical analysis methods for non-invasive detection of tumor progression and regression, assessment
of efficacy of potential anti-tumor therapies, and evaluation of tumor metabolism could be implemented. In perspective, immune-competent melanoma models enable the testing of new immune and cell therapies in a fully human system; at the same time, the established models contribute significantly to the reduction of animal experiments.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:36100 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Wußmann, Maximiliane |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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