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Tumor targeting with endothelial progenitor cells

Marion Elisabeth Fraunhofer

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Chemie

Betreuer*in

Christopher Gerner

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DOI

10.25365/thesis.29684

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30349.12973.734554-8

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Hintergrund: Tumore nützen verschiedene Mechanismen, um ein für malignes Wachstum notwendiges Gefäßsystem aufzubauen. Es gibt immer mehr Hinweise, die darauf hindeuten, dass en-dotheliale Vorläuferzellen (EPCs) eine wesentliche Rolle für die Neovaskularisierung spielen, wobei jedoch ihre genaue Funktion und ihr Beitrag nach wie vor umstritten sind. Ziel: Das Ziel dieser Arbeit war es, humane Prostata- (DU 145, CRL-2505), Lungen- (H460, H520, Calu-3) und Brustkrebszellen (MDA-MB-231) hinsichtlich ihrer Fähigkeit, aus dem peripheren Blut stammende, ex vivo vermehrte EPCs in vitro als auch in vivo zu rekrutieren und weiters diejenigen experimentellen Bedingungen zu definieren, welche einen effizienten Nachweis der EPC-Rekrutierung ermöglichen. Methoden: Verschiedene Krebszellinien wurden unter Verwendung von Transwell Migrations Assays auf ihre Fähigkeit hin getestet, ex vivo expandierte, periphere, aus dem Blut gewonnene EPCs in vitro zu rekrutieren. Für die entsprechenden Experimente in vivo wurden subcutane xeno-grafttransplantierte Tumormodelle in athymischen Nacktmäusen verwendet, denen DilC18-gefärbte EPCs durch eine intraperitoneale Applikation verabreicht wurden. Durch Variation der Zellzahl (1, 10, 20, 30, 70 x 106) und des Zeitpunktes der EPC-Injektion (frühe Tumor-phase vs. spätere Tumorphase), wurde der Einfluss dieser Parameter auf die Rekrutierungs-effizienz überprüft, um so die bestmöglichen experimentellen Bedingungen für eine Rekrutie-rung von EPCs durch den Tumor zu definieren. Die Bestimmung der Anzahl der EPCs im peripheren Blut, in Peritoneallavagen und Milzlysa-ten wurde mit Hilfe von FACS (fluorescence activated cell sorter) -Analysen durchgeführt. Die Zahl der in den Tumor rekrutierten EPCs wurde fluoreszenzmikroskopisch aus Tumorly-saten ausgewertet. Ergebnisse: In vitro konnten alle Tumorzellen mit Ausnahme von H520 LungenkrebszellenEPCs rekrutie-ren, wobei jedoch nur die großzelligen H460 Lungenkrebszellen signifikante Resultate (p < 0,05) erzielten. Diese Ergebnisse wurden durch die nachfolgenden in vivo Studien bestätigt, welche zeigten, dass ausschließlich H460 Tumore in der Lage sind, intraperitoneal injizierte EPCs in den bereits etablierten Tumor anzulocken. Die Effizienz dieses EPC-Homings in den H460 Tumo-ren konnte durch eine Optimierung der Dosis und des Zeitpunktes der EPC-Verabreichung gesteigert werden. Dabei stellten sich 20 x 106 EPCs als ideale Dosis heraus, welche die höchsten mittleren Blutwerte (0.25 ± 0.38 %) sowie die höchste Infiltriationsrate in die Tumore (0.008 ± 0.04 %) erzielte. Die Rekrutierung von intraperitoneal verabreichten EPCs wurde weiter verbessert, indem EPCs in einer frühen Phase der H460 Tumorentwicklung injiziert wurden. Dies resultierte in einer starken initialen EPC-Mobilisierung in den Blutstrom (1.45 ± 0.43%), welche nahezu exponentiell über einen Zeitraum von 15 Tagen abfiel und zu einem relativen Anteil im Tumor von 0.08 ± 0.14 % führten. Im Gegensatz dazu führte die intraperitoneale EPC Injektion bei bereits entwickelten Tumoren zu relativ konstanten, moderaten EPC-Mengen in der Zir-kulation (0.2 ± 0,04 %), welche in der Folge nur einen Anteil von 0.008 ± 0.04 % innerhalb der Tumore erreichten. EPCs die in Tumore aufgenommen wurden, siedelten sich bevorzugt in dessen Peripherie an. Innerhalb der intraperitonealen Zellen machten die EPCs einen Anteil von 29.45 ± 8.2 % aus, innerhalb der Milz von 0.65 ± 0.74 %. Zusammenfassung: Von den untersuchten Zellen waren nur großzellige H460 Lungenkrebszellen in der Lage, EPCs sowohl in vitro als auch in vivo zu rekrutieren. Die Untersuchung der Effektivität der EPC-Rekrutierung aus dem Peritoneum ergab eine hohe Abhängigkeit von der verwendeten Dosis sowie von der Tumorgröße, wobei die größt-mögliche Effizienz bei einer Applikation von 20 x 106 Zellen bei geringer Tumorgröße erzielt wurde. Obwohl die Tumor-infiltrierenden EPCs nur geringe Prozentzahlen erreichten, könnte durch die Verwendung von genetisch modifizierten therapeutischen EPCs, welche Selbstmordgene oder onkolytische virale Partikel in den Tumor transportieren, therapeutisches Potential ent-faltet werden.

Abstract

(Englisch)

Background: To establish a vascular network which is indispensable for malignant growth, tumors exploit several mechanisms of blood vessel formation. A growing body of evidence indicates that endothelial progenitor cells (EPCs) play a crucial role in promoting and orchestrating the pro-cess of neovascularization, however their precise function and contribution remain contro-versial. Aim: The aim of this study was to screen human prostate (DU 145, CRL-2505), lung (H460, H520, Calu-3) and breast (MDA-MB-231) cancer cells for their capability to recruit ex vivo expand-ed, peripheral blood-derived EPCs in vitro and in vivo and to define an optimal experimental setup to monitor EPC recruitment. Methods: Different cancer cell lines were tested for the ability to recruit ex vivo expanded, peripheral blood derived EPCs in vitro, by using transwell migration assays and in vivo by using subcu-taneous cancer xenograft models in athymic nude mice with intraperitoneal injection of DiIC18-labeled EPCs. The amount of DilC18-labeled EPCs (1, 10, 20, 30 and 70 x 106) and the time point of intra-peritoneal (i.p.) injection (early-stage tumors compared to established tumors) were varied to evaluate the influence of these parameters on homing efficiency. To determine the levels of EPCs, peripheral blood, peritoneal lavage and spleen lysates were analyzed by flow cytometry and tumor lysates with fluorescence microscopy. Results: Of all the cell lines tested, only H460 large cell lung cancer cells significantly recruited EPCs in vitro (p < 0.05). These results were confirmed in vivo. When EPCs were injected i.p. after tumor development, only H460 tumors recruited EPCs. The efficiency of EPC mobilization and homing within H460 tumors was increased by improving the experimental setup con-cerning the amount and timepoint of EPC application. 20 x 106 EPCs proved optimal resulting in the highest mean blood levels of 0.25 ± 0.38 % and highest infiltration into tumors (0.008 ± 0.04%). Injection of EPCs during early stages of tumor development further improved recruitment. Such conditions led to an intensive initial EPC mobilization from the peritoneum into the blood stream (1.45 ± 0.43 %), which decreased nearly exponentially over a period of 15 days. This enabled relative EPC amounts of 0.08 ± 0.14 % within the tumors. In contrast, EPC injection to developed tumors showed continuously moderate levels of cir-culating EPCs (0.2 ± 0.04 %), which reached only a contribution to tumors of 0.008 ± 0.04 %. Within the tumor, EPCs were distributed non-uniformly, preferentially localized near the tumor boundary. EPCs constituted 29.45 ± 8.2 % of the intraperitoneal cells and 0.65 ± 0.74 % of the cells localized within the spleen. Conclusion: H460 represented the only screened cancer cell line which was able to recruit EPCs both in vitro and in vivo. The in vivo recruitment from the peritoneum represents a highly dose- and tumor-size dependet process, which achieved largest efficiency when injecting 20 x 106 EPC during early tumor growth. Although the levels of tumor-infiltrated EPCs are low, they might prove optimal when using genetically modified EPCs transporting suicide genes or oncolytic viral particles.

Autor*innen

Marion Elisabeth Fraunhofer

Haupttitel (Englisch)

Tumor targeting with endothelial progenitor cells

Paralleltitel (Deutsch)

Tumor Targeting mit endothelialen Vorläuferzellen

Publikationsjahr

2013

Umfangsangabe

IV, 44 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Christopher Gerner

Klassifikation

35 Chemie > 35.39 Analytische Chemie: Sonstiges

AC Nummer

AC11708736

Utheses ID

26468

Studienkennzahl

UA | 066 | 863 | |

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