title: Clinical relevance of circulating epithelial tumor cells (CETCs) and circulating cancer stem cells (cCSCs) during different therapies of breast cancer patients
Creators: name: Schott, Dorothea Sonja
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2022
Subjects: subject: Zirkulierende epitheliale Tumorzellen
subject: zirkulierende Krebsstammzellen
subject: Liquid Biopsy
subject: Mammakarzinom
subject: 540
subject: 610

description: Der schwerwiegendste Aspekt maligner Tumore ist ihre Fähigkeit Fernmetastasen in lebenswichtigen Organen zu bilden. Bei der Mehrheit neudiagnostizierter solider maligner Tumore liegen zum Zeitpunkt der Diagnose keine Metastasen vor. Dennoch erleiden bis zu 50% der Patienten ein Rezidiv. Dies beruht auf der Disseminierung von Tumorzellen, die dann Metastasen im Sekundärgewebe bilden können. Jedoch können nicht alle disseminierten Tumorzellen zu Metastasen in distanten Organen heranwachsen. Eine kleine Subpopulation von Zellen, die ein hohes Selbsterneuerungspotential besitzt, scheint für die Entstehung von Tumoren und Rezidive verantwortlich zu sein. Diese Subpopulation wird als Krebsstammzellen oder Tumor-initiierende Zellen bezeichnet. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit konnte mit einem neuartigen 3D-Zellkultursystem die aggressivste Subpopulation der CETCs, die zirkulierenden Krebsstammzellen, die in-vitro zu Tumorsphären heranwachsen, identifiziert und weiter charakterisiert werden. Immunfluorimetrische, als auch genetische Untersuchungen konnten zeigen, dass sie Stammzelleigenschaften besitzen, die typisch für das Mammakarzinom sind. Die Anzahl an cCSCs spiegelte direkt die Aggressivität des Tumors wider und konnte das Risiko für Fernmetastasen bestimmen. Die Entwicklung eines patient-derived Xenograft Modells konnte zudem die Tumorigenität der in-vitro kultivierten Tumorsphären erstmals beweisen. Nach ihrer Applikation auf die Chorioallantoismembran des Hühnerembryos konnten sie innerhalb kürzester Zeit einen Tumor generieren, der pathologisch dem Primärtumor entsprach. Diese neu entwickelten Modelle konnten die Existenz der Krebsstammzellen nicht nur im Tumorgewebe sondern auch im peripheren Blut der Krebspatienten bestätigen und deren klinische Relevanz verdeutlichen. Dies eröffnet einen Weg Tumor-initiierende Zellen in unterschiedlichen Tumorentitäten zu identifizieren, molekular zu charakterisieren und zielgerichtete Therapien zu entwickeln. CETCs sind einer Reihe unterschiedlicher physiologischer und immunologischer Hürden ausgesetzt, die deren Überleben im peripheren Blut erschweren. Um sich vor der Eliminierung durch das Immunsystem erfolgreich zu schützen, nutzen die CETCs eine Vielzahl unterschiedlicher Strategien. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurden die unterschiedlichen Mechanismen untersucht, mit denen sich die CETCs vor der Immunüberwachung tarnen können. Im Fokus der Immunonkologie stehen die sogenannten checkpoints des Immunsystems, die von den T-Zellen exprimiert werden und normalerweise eine überbordende Immunreaktion verhindern. Tumorzellen können sich diesen Mechanismus der Immunevasion zu Nutze machen. In dieser Arbeit konnte mit Hilfe immunfluorimetrischer und molekularzytogenetischer Analysen gezeigt werden, dass die CETCs bestimmte checkpoints wie PD-L1 und B7-H3 in einem hohen Prozentsatz auf ihrer Zelloberfläche exprimieren. Dies ermöglicht ihr Überleben im peripheren Blut und fördert gleichzeitig die metastatische Ausbreitung des Tumors. Eine Blockade dieser checkpoints bereits in frühen Stadien könnte klinisch relevant sein, um die Immunantwort, die sich gegen die Tumorzellen richtet, zu reaktivieren. Das Monitoring PD-L1 und B7-H3 positiver CETCs könnte insbesondere nach der operativen Entfernung des Tumors für die Überwachung der Immuntherapie nützlich sein. Ein weiterer Mechanismus, der die CETCs im peripheren Blut vor immunologischen Angriffen, den Scherkräften des Blutes und der Apoptose schützt, ist deren Interaktion mit anderen Komponenten des Blutes. Jüngste Studien deuten darauf hin, dass Thrombozyten eine entscheidende Rolle dabei spielen, das Überleben der CETCs im Blutkreislauf zu fördern. Die Tumorzell-induzierte Thrombozytenaggregation schützt die CETCs vor den Scherkräften des Blutes und gleichzeitig vor einer immunologischen Eliminierung. Dies kann jedoch auch der Grund dafür sein, dass die Antikörper die Oberflächenantigene der Tumorzellen nicht erreichen. In dieser Arbeit konnte die Interaktion zwischen den CETCs und den Thrombozyten zu drei verschiedenen Zeitpunkten nach der Blutentnahme bestätigt werden. Die Tumorzellen bildeten im Blut Aggregate mit den Thrombozyten, wodurch ihr Überleben im peripheren Blut gefördert, jedoch gleichzeitig deren Nachweis unmittelbar nach der Blutentnahme erschwert wurde. Durch die Lagerung der Blutproben über Nacht bei Raumtemperatur kam es zur Ablösung der Thrombozyten von den CETCs, wodurch sie mittels Immunfluoreszenz identifiziert werden konnten. Die Wirkung von Thrombozytenaggregationshemmern könnte einen inhibierenden Einfluss auf den Metastasierungsprozess haben. CETCs stellen wertvolle tumorspezifische Biomarker dar, die die verbliebene minimale Resterkrankung nach einer scheinbar erfolgreich abgeschlossenen Krebstherapie widerspiegeln. Zudem können sie zeitnah die Effizienz systemischer Therapien abbilden, wodurch sie eine prognostische Relevanz haben. Aufgrund der hohen intra- und intertumoralen Heterogenität, aber auch aufgrund möglicher Veränderungen der Tumorzelleigenschaften im Krankheitsverlauf ist die longitudinale Überwachung der zirkulierenden Tumorzellen von großer Bedeutung. Frühe Resistenzen, bzw. frühzeitige Rezidive lassen sich somit leicht verfolgen. Im dritten Teil der vorliegenden Arbeit konnte mit der maintrac® Methode veranschaulicht werden, dass die Quantifizierung der CETCs und vor allem der cCSCs ein geeignetes Stadien-unabhängiges Verfahren darstellt, um die Effizienz der aktuellen Therapie, wie der Immuntherapie, der Radiotherapie und der endokrinen Therapie zu überwachen. Patientinnen mit einem erhöhten Risiko für eine Therapieresistenz und ein Rezidiv könnten somit frühzeitig identifiziert und die Behandlungsstrategie angepasst werden. Die molekularbiologische Charakterisierung der Zellen hinsichtlich therapierelevanter Marker wie PD-L1, B7-H3 und AR bzw. ER könnte bei der Patientenstratifizierung für eine personalisierte Therapie behilflich sein.