Das Prostatakarzinom (PCa) stellt derzeit in Deutschland die häufigste Krebserkrankung der männlichen Bevölkerung dar und steht bei den tödlich verlaufenden Malignomen an zweiter Stelle. Aktuell umfasst die Diagnostik immer öfter auch eine molekulare Bildgebung mittels PET/CT und den Tracern [18F]Cholin und [68Ga]PSMA. Letzterer detektiert selektiv das prostataspezifische Membranantigen (PSMA), welches in Prostatakarzinomzellen häufig überexprimiert ist. Das Wachstum von PCa geschieht in der Regel androgenabhängig, wobei sich auch teilweise eine androgenunabhängige Entwicklung findet. Für das bei kastrationsresistenten Karzinomen und fortgeschrittenen Stadien eingesetzte Chemotherapeutikum Docetaxel, werden immer wieder Resistenzentwicklungen beobachtet, wodurch dieses nur unzureichend effektiv ist. Ziel dieser Arbeit war es, die Eignung verschiedener PET-Tracer ([18F]FDG, [18F]Cholin und [68Ga]PSMA) zur Bildgebung androgenabhängiger und -unabhängiger Prostatakarzinomzellen zu testen sowie ihr Potential zur Beurteilung des Therapieansprechens auf Docetaxel zu untersuchen. Weiterhin sollte untersucht werden, ob die [68Ga]PSMA-Retention mit der PSMA-Expression korreliert. Im zweiten Teil wurde ein Zusammenhang zwischen der Expression von PSMA und der Resistenzentwicklung gegen Docetaxel untersucht.
Methoden: Für die in-vitro Experimente wurden die hormonabhängige Zelllinie LNCaP sowie die hormonunabhängige Zelllinie LNCaP C4-2 verwendet. Im zweiten Teil wurden zusätzlich PSMA-negative PC-3 Zellen eingesetzt. Die aufgenommene bzw. gebundene Traceraktivität wurde mittels Gammacounter gemessen. Die Untersuchung der PSMA-Expression erfolgte mit Western-Blot und Durchflusszytometrie. Ein PSMA-Knockdown-System wurde mittels siRNA in LNCaP-Zellen etabliert.
Ergebnisse: Die PSMA-Expression und die Sensitivität gegenüber Docetaxel waren bei LNCaP Zellen tendenziell erhöht gegenüber der LNCaP C4-2 Zelllinie. Nach Docetaxelbehandlung zeigte sich in beiden Zellreihen eine unveränderte PSMA-Expression. Der PSMA-spezifische PET-Tracer zeigte, im Vergleich zu den metabolischen Tracern [18F]FDG und [18F]Cholin, eine nur sehr geringe Retention. Im Vergleich der Zelllinien untereinander nahmen LNCaP C4-2 Zellen ca. 50 % mehr [18F]FDG auf als LNCaP Zellen. Die Aufnahme von [18F]Cholin unterschied sich nicht signifikant. Der Tracer [68Ga]PSMA zeigte eine höhere Bindung an LNCaP Zellen im Vergleich zu LNCaP C4-2 Zellen. In weiteren Versuchen konnte gezeigt werden, dass sowohl [18F]FDG als auch [18F]Cholin, nicht jedoch [68Ga]PSMA in vitro ein Therapieansprechen auf Docetaxel durch verminderte Traceraufnahme in beiden Zelllinien aufzeigen. Es konnte zudem eine direkte Korrelation zwischen der [68Ga]PSMA-Bindung und der PSMA-Expression nachgewiesen werden.
Nach einer siRNA-vermittelten Verminderung der PSMA-Expression in LNCaP Zellen (Knockdown-Zellen) zeigte sich eine deutlich geringere Sensitivität für Docetaxel. Gleichzeitig war jedoch die Docetaxelsensitivität von PSMA-negativen PC-3 Zellen höher als die von LNCaP Knockdown-Zellen.
Schlussfolgerung: Insgesamt zeigten unsere Untersuchungen, dass sich die PET-Tracer [18F]FDG und [68Ga]PSMA zur Unterscheidung des androgenabhängigen Zellmodells vom androgenunabhängigen Modell eignen. Außerdem ermöglicht der [68Ga]PSMA-Tracer eine Einschätzung der PSMA-Expression. Die Tracer [18F]FDG und [18F]Cholin eignen sich in vitro für die Beurteilung des Therapieansprechens einer Docetaxeltherapie, [68Ga]PSMA dagegen nicht. Die PSMA-Expression scheint ein entscheidender, aber nicht alleinstehender Faktor für die Sensitivität von LNCaP Zellen gegenüber Docetaxel zu sein. Es scheinen hierbei allerdings eher der Verlust von PSMA, wie im Knockdown-Modell induziert, sowie bislang unbekannte Faktoren eine wichtige Rolle zu spielen. / Prostate carcinoma (PCa) is currently the most frequent cancer in men in Germany and is the second leading cause of cancer deaths. Currently, diagnostics more and more often include molecular imaging using PET/CT and the tracers [18F]choline and [68Ga]PSMA. The latter selectively detects the prostate-specific membrane antigen (PSMA), which is often overexpressed in prostate cancer cells. The growth of PCa is usually androgen-dependent, although it is sometimes also developing independently of androgen. For the chemotherapeutic agent docetaxel, which is used for castration-resistant carcinomas and advanced stages, the development of resistance is observed again and again, resulting in insufficient efficacy. The aim of this work was to evaluate the potential of different PET tracers ([18F]FDG, [18F]Choline and [68Ga]PSMA) for the imaging of androgen-dependent and independent prostate carcinoma cells as well as their potential for the assessment of therapy response to docetaxel. Furthermore, it should be investigated whether [68Ga]PSMA uptake correlates with PSMA expression. In the second part, an association between the expression of PSMA and the development of resistance to docetaxel was investigated.
Methods: For the in vitro experiments the hormone-dependent cell line LNCaP and the hormone-independent cell line LNCaP C4-2 were used. In the second part PSMA-negative PC-3 cells were additionally used. The tracer uptake and binding activity was measured by gamma counter. PSMA expression was determined by Western blot and flow cytometry. A PSMA knockdown system was established in LNCaP cells using siRNA.
Results: PSMA expression and sensitivity to docetaxel were increased in LNCaP cells compared to the LNCaP C4-2 cells. After docetaxel treatment, both cell lines showed unchanged PSMA expression. Compared to the metabolic tracers [18F]FDG and [18F]choline, the PSMA-specific PET tracer showed very low uptake. In comparison of the cell lines, LNCaP C4-2 cells took up about 50 % more [18F]FDG than LNCaP cells. The uptake of [18F]choline did not differ significantly. The tracer [68Ga]PSMA showed a higher binding to LNCaP cells compared to LNCaP C4-2 cells. In further experiments it was observed that both [18F]FDG and [18F]choline, but not [68Ga]PSMA, in vitro showed a therapy response to docetaxel by reduced tracer uptake in both cell lines. A direct correlation between [68Ga]PSMA binding and PSMA expression was also found.
After a siRNA-mediated reduction of PSMA expression in LNCaP cells (knockdown cells), a significantly lower sensitivity for docetaxel was observed. At the same time, however, the docetaxel sensitivity of PSMA-negative PC-3 cells was higher than that of LNCaP knockdown cells.
Conclusion: Overall, our investigations showed that the PET tracers [18F]FDG and [68Ga]PSMA are suitable for differentiating the androgen-dependent cell model from the androgen-independent model. In addition, the [68Ga]PSMA tracer allows an assessment of PSMA expression. The tracers [18F]FDG and [18F]choline are suitable for in vitro assessment of response to docetaxel therapy, whereas [68Ga]PSMA is not. PSMA expression seems to be a critical, but not unique, factor for the sensitivity of LNCaP cells to docetaxel. However, the loss of PSMA, as induced in the knockdown model, as well as unknown factors seem to play an important role.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:17629 |
| Date | January 2019 |
| Creators | Hartrampf, Philipp Emanuel |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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