Sensitization of malignant melanoma to TRAIL in an organotypic tumor-testsystem

Das Maligne Melanom, der schwarze Hautkrebs, ist die aggressivste und tödlichste Form von Hautkrebs mit einer weltweit stark steigenden Inzidenz. Insbesondere für Patienten mit metastatischen Stadien bleibt das Maligne Melanom bis heute auf Grund einer hohen Resistenz gegenüber Radio- und Chemotherapien bis auf wenige Ausnahmefälle unheilbar. Die Suche nach neuen, spezifischen Therapien nimmt folglich einen großen Stellenwert in der aktuellen Melanomforschung ein. In diesem Zusammenhang hat der Todesligand TRAIL zunehmend an Interesse und Bedeutung gewonnen, da er selektiv Apoptose in Tumorzellen induzieren kann ohne dabei normale, gesunde Zellen zu schädigen. Trotz der apoptotischen Wirkungsweise von TRAIL sind viele Melanomzelllinien und das primäre Melanom resistent gegenüber diesem Todesliganden. Erstmals konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass sich TRAIL resistente Melanomzellen nicht nur in der 2D-Zellkultur, sondern auch unter in vivo ähnlichen Bedingungen, nämlich in dreidimensionalen Tumorsphäroiden und organotypischen Hautmodellen, tumorselektiv gegenüber TRAIL sensitivieren lassen, indem sie mit TRAIL und UVB oder Cisplatin kostimuliert werden. Die Sensitivierung geht dabei mit der Degradation von IκBα und somit indikativ mit der Aktivierung von NFκB, der Depletion des anti-apoptotischen Proteins XIAP und der Aktivierung von Caspase 3 einher. Die in dieser Arbeit hergestellten Tumorsphäroide und Vollhautmodelle mit integrierten Melanomzellen simulierten in hohem Maße das Milieu und die Histomorphologie eines in vivo Tumors. Daraus resultierend konnte also gezeigt werden, dass die Behandlung des Malignen Melanoms mit TRAlL in Kombination mit UVB oder Cisplatin nicht nur eine in vitro, sondern auch eine in vivo Relevanz besitzt. Weiterhin konnte in dieser Arbeit durch die Integration von Tumorsphäroiden spezifischer Größe in funktionelle Vollhautmodelle ein neuartiges, organotypisches Tumor-Testsystem mit hoher klinischer Relevanz etabliert werden. Dieses simulierte nicht nur die dreidimensionale Struktur und die Zellheterogenität eines soliden, avaskulären kutanen Malignen Melanoms, sondern auch dessen mögliche Mechanismen der Langzeitresistenz. Dieses neu entwickelte humane und in vivo ähnliche Tumor-Testsystem bietet sich also zur präklinischen Evaluierung und Selektion von Substanzen oder Therapien für das Maligne Melanom an.Malignant Melanoma also called „black skin cancer“ is the most aggressive and deadliest form of skin cancer with an increasing incidence worldwide. In particular patients with metastatic melanoma are generally considered incurable since advanced stages of melanoma are highly resistant to radio- and chemotherapy. Therefore, there is the great effort in ongoing melanoma research to find new and specific treatment options for this disease. In this regard the death ligand TRAIL has gained considerable interest and relevance as a potential anticancer agent, given its ability to induce apoptosis in transformed cells without doing harm to normal, healthy cells. However treatment with this tumor-selective death ligand is confined by the fact that many melanoma cell lines and primary melanoma are resistant against TRAIL-induced apoptosis. In the context of this work it could be shown for the first time that TRAIL-resistant melanoma cells could be highly sensitised to TRAIL-induced apoptosis not only in 2D-cell culture but also under in vivo like conditions, namely in tumor spheroids and organotypic skin models by stimulating the melanoma cells with TRAIL in combination with UVB or cisplatin. Sensitization correlates with the degradation of IκBα and thus indicatively with the activation of NFκB, the depletion of the anti-apoptotic protein XIAP and the activation of capase 3. Produced tumor spheroids and full skin models with integrated melanoma cells highly simulated the milieu and the histomorpholgy of a native tumor. Resulting from this it could be demonstrated that treating malignant melanoma with TRAIL in combination with UVB or cisplatin not only has an in vitro but also an in vivo relevance. Furthermore, an innovative organotypic tumor test system of high clinical relevance was developed by integrating tumor spheroids of a specific size in functional full skin models. This test system not only mimicked the three-dimensional structure and the cellular heterogeneity of a solid, avascularized cutaneous malignant melanoma but also its possible mechanisms of long-term resistance. Therefore, this newly developed human and in vivo like tumor test system might serve for the preclinical evaluation and selection of drugs and therapies for malignant melanoma