Hintergrund: Das Pankreaskarzinom ist mit einer sehr hohen Mortalität verbunden. Dies ist unter anderem durch die unspezifischen Symptome, den schnellen Krankheitsprogress und ein hohes Rezidivrisiko, resultierend in einer niedrigen 5-Jahres-Überlebensrate von nur 7%, bedingt. Prognosen weisen auf, dass bis zum Jahr 2030 das Pankreaskarzinom die zweithäufigste Todesursache bei Krebspatienten in Deutschland sein wird. Trotz wesentlicher Fortschritte in den letzten Jahren, sowohl in der Forschung als auch in der klinischen Behandlung, stehen für das Pankreaskarzinom nur wenige Behandlungsmöglichkeiten zur Verfügung. Die einzige kurativ intendierte Therapie bietet die Resektion des Tumors mit anschließender adjuvanter Chemotherapie. Im Vergleich zu anderen Tumorentitäten haben die etablierten Chemotherapeutika nur einen begrenzten Effekt. Für die hohe Chemoresistenz verantwortlich gemacht wird unter anderem das Tumorstroma, welches bis zu 90% des Tumorvolumens ausmacht. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von Stromazellen auf das Therapieansprechen von Pankreaskarzinomzellen in-vitro zu untersuchen. Methodik: Sechs primäre tumorassoziierte Fibroblasten (CAFs) wurden von insgesamt 50 Patienten gewonnen. Die Interaktion zwischen CAFs und zwei etablierten Tumorzelllinien (AsPC und Panc-1) wurde in indirekten und direkten Ko-Kulturen untersucht und mit den entsprechenden Monokulturen verglichen. Die Zellen wurden mit Gemcitabin, nab-Paclitaxel und einem Notch-Inhibitor (γ-Sekretaseinhibitor) behandelt und die Zellviabilität eines jeden Komponenten mittels eines Zellproliferationsassays, XTT, gemessen. Ergebnisse: In den CAF Monokulturen zeigte sich eine wesentlich geringere Reduktion der Zellviabilität verglichen mit den Monokulturen der Tumorzelllinien. Es konnte für nicht-immortalisierte CAFs gezeigt werden, dass diese durch eine Chemotherapie kaum beeinflusst werden und somit das Tumorstroma selbst als ein resistenter Bestandteil des Pankreaskarzinoms anzusehen ist. Während die Zellviabilität in indirekten Ko-Kulturen denen der Monokulturen ähnelte, sprachen direkte Ko-Kulturen kaum auf die untersuchten Therapeutika an. Die einzige effektive Therapie war die Ko-Therapie mit Gemcitabin und nab-Paclitaxel. Da genau dieses Therapieregime auch in klinischen Studien als eines der effektivsten beschrieben wurde, reflektiert das System der direkten Ko-Kulturen am ehesten die klinische Realität. Zudem wurden in direkten Ko-Kulturen Tumorzellagglomerate von CAFs umschlossen und formierten sich so zu käfig-ähnliche Strukturen. Obwohl der Notch-Signalweg bekanntermaßen in direkten Ko-Kulturen aktiviert ist, konnte durch den Einsatz eines Notch-Inhibitors das Ansprechen auf die Chemotherapie in direkten Ko-Kulturen nicht verbessert werden. Zusammenfassung Abschließend konnte diese Arbeit zeigen, dass die Tumorresistenz im Wesentlichen durch die Eigenschaften der direkten Ko-Kulturen bedingt ist. Hierzu zählen der direkte Zell-Zell-Kontakt, die Extrazellulärmatrix und die Kulturmorphologie der käfig-ähnlichen Strukturen.Background: Pancreatic cancer is one of the most lethal types of cancer because of its non-specific symptoms, rapid progress, high risk of relapse, all resulting in a low five-year survival rate of 7%. Moreover, pancreatic cancer is progressively gaining attention since it is predicted to be the second most common lethal cause of cancer in Germany by 2030. Treatment options, however, are limited and resection and adjuvant chemotherapy offer the only curative way. Compared to other types of cancer, limited progress has been made and pancreatic cancer still remains highly chemoresistant to any chemotherapeutic treatment known. One of the major reasons for the high chemoresistance is thought to be the stroma component which makes up to 90% of the tumor volume. The main aim of this project, therefore, was to investigate the in-vitro effect stromal cells have on the therapeutic response of cancer cells.
Methods: Six patient derived cancer associated fibroblasts (CAFs) were isolated from a cohort of 50 patients. The interaction between CAFs and two well established cancer cell lines (AsPC and Panc-1) was investigated in indirect and direct co-cultures and compared to the corresponding monocultures. Cells were treated with gemcitabine, nab-paclitaxel and a Notch-inhibitor (γ-secretase inhibitor) and the cell viabilities of each component was measured via XTT.
Results: In CAF monocultures the reduction in cell viability was far less pronounced than in cultures of cancer cells. For the first time, non-immortalized CAFs were found to be highly chemoresistant indicating that the tumor stroma itself is a strongly resistant component of the tumor’s microenvironment. Whilst the therapeutic effect observed in indirect co-cultures was similar to that of monocultures, direct co-cultures hardly responded to any therapies. The only effective therapy being the co-therapy of gemcitabine and nab-paclitaxel. Since clinical studies have identified this co-therapy to be one of the most effective ones, the system of direct co-cultures reflects clinical reality. Moreover, in direct co-cultures tumor cell agglomerates were surrounded by CAFs, forming cage-like structures. Even though the Notch signaling pathway is known to be amplified in direct co-cultures, treating direct co-cultures with a Notch-inhibitor did not show any therapeutic effect.
Conclusion: In conclusion, the results of this work have clearly linked the tumor’s chemoresistance to the characteristics specific to direct co-cultures. Namely direct cell cell contact, the extracellular matrix and the morphology of cage-like structures
