title: Colon and breast cancer spheroids
Creators: name: Stanic, Maja
Publisher: name: :none
Year: 2025

description: Da Krebs zu den emergierenden Krankheiten gehört, sind bessere und innovative Therapieansätze erforderlich. Diese Arbeit konzentriert sich auf 3D-Krebs-Sphäroid-Modelle, die wesentliche Einblicke in die Krebs-Pathophysiologie liefern und tumorähnliche Umgebungen imitieren. Zu diesem Zweck wurden Sphäroide von murinen Dickdarmkrebs- und Brustkrebszellen verwendet. Sie wurden auf ihre Morphologie, die Bildung des nekrotischen Kerns und die Produktion von Formiat, welches ein Nebenprodukt des Stoffwechsels ist, untersucht. Ebenso wurde die Transfektibilität mit verschiedenen Polyplexen analysiert. Für die Darmkrebs-Sphäroide wurden aus murine CT26Luc-Zellen kompakten Sphäroiden gebildet und ihre Morphologie mittels Phasenkontrastmikroskopie analysiert. Die Bildung des nekrotischen Kerns der Sphäroide war nach zwei bis drei Tagen erkennbar und wurde durch Fluoreszenzmikroskopie mittels Propidiumjodid visualisiert. Darüber hinaus wurde auch die Formiat-Produktion mit einem kolorimetrischen Assay gemessen. Die Wirkung von Oxaliplatin auf CT26Luc-Sphäroide wurde bei verschiedenen Konzentrationen und Inkubationszeiten untersucht, was die Bedeutung des Verabreichungszeitpunkts für die Behandlungseffizienz unterstreicht. Transfektion-Experimente zeigten, dass CT26Luc-Sphäroide mittels linearem Polyethylenimin erfolgreich mit Luziferase-kodierendem Plasmid transfiziert werden konnten. Brustkrebs-Sphäroide wurden mit der murinen 4T1-Zelllinie gebildet, bei der die Methylentetrahydrofolat-Dehydrogenase (4T1-MTHFD1L), ein mitochondriales Enzym, welches für die Formiat-Produktion verantwortlich ist, stabil ausgeschaltet war, und mit Sphäroiden der Kontrollzelllinie 4T1 SCR verglichen. Für beide Zelllinien wurde die Formiat-Produktion an bestimmten Tagen gemessen. Die Phasenkontrastmikroskopie und die Färbung des nekrotischen Kerns zeigten deutliche Unterschiede zwischen den Sphäroiden der beiden Zelllinien, was die Rolle des Formiats für das Tumorverhalten und die strukturelle Organisation verdeutlicht. Die 4T1-SCR-Sphäroide wurden anschließend für die Transfektion mit mRNA und Plasmid-basierten Polyplexen getestet. Hier hatte die Formulierung des Polyplexes einen größeren Einfluss auf die Transfektionseffizienz als die vorhergehende Dauer des Sphäroidwachstums.
description: Since cancer is considered an emerging disease, more promising and innovative therapy approaches are needed to provide effective treatment options. Especially, understanding and identifying the driving cause is an important key factor in oncological research. This thesis focuses on 3D cancer spheroid models, which are an essential tool to gain insights in cancer pathophysiology and mimic tumor-like environment. For this objective, spheroids based on either murine colon cancer or breast cancer cells were employed. Their morphology, like necrotic core establishment, was studied. The production of formate, a metabolic byproduct, was quantified as well as their transfectability with various polyplexes. In case of colon cancer spheroids, CT26Luc cells were seeded at different numbers to form compact spheroids, and their morphology was observed via phase contrast microscopy. The formation of the spheroid´s necrotic core was evident after two to three days and visualized after staining employing propidium iodide via fluorescence microscopy. Additionally, formate production was successfully measured using a colorimetric assay. The effect of oxaliplatin treatment on CT26Luc spheroids at various concentrations and with different incubation times was assessed, indicating that the timing of administration holds an important role in treatment efficiency. Transfection experiments revealed that CT26Luc spheroids could be successfully transfected with luciferase encoding plasmid using linear polyethyleneimine. Breast cancer spheroids were formed with murine 4T1 triple negative breast cancer cell line exhibiting a stable knockdown of methylenetetrahydrofolate dehydrogenase (4T1-MTHFD1L), a mitochondrial enzyme responsible for formate production, and compared with spheroids from control cell line 4T1 SCR. For both cell lines, formate concentration was assessed on designated days. Phase contrast microscopy and necrotic core staining demonstrated clear differences between the morphology of the two breast cancer cell lines, highlighting the role of formate in tumor behaviour and structural organization. 4T1 SCR spheroids were then tested for transfection with mRNA and plasmid-based polyplexes. Here, polyplex formulation had a greater impact on transfection efficiency rather than the period of spheroid growth ranging from day 8 to day 15 after seeding.