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Tiedt, Sebastian (2014): Eine seltene und sich langsam teilende Fraktion von Zellen der akuten lymphatischen Leukämie im Knochenmark von NSG-Mäusen ist chemoresistent. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät
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Abstract

Immer noch versterben etwa 50 % der Erwachsenen und mehr als 10 % der Kinder mit akuter lymphatischer Leukämie (ALL) an ihrer Tumorerkrankung, weshalb eine Verbesserung der Therapie der ALL dringend notwendig ist. Ruhende Zellen stellen eine therapierelevante Subfraktion von Tumorzellen dar, weil sie Krankheitspersistenz und -rückfall induzieren können. Studien an ruhenden ALL-Zellen waren bisher unmöglich, weil rundende Zellen nicht isoliert werden konnten. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine Methode zur Isolierung von ruhenden ALL-Zellen zu entwickeln und damit zu beginnen die isolierten Zellen zu charakterisieren, um langfristig Therapien gegen diese zu entwickeln. Auf Grund unphysiologischer Wachstumseigenschaften eignen sich weder Zelllinien noch primäre Patientenzellen für die Isolierung ruhender ALL-Zellen, deswegen wurde das individualisierte ALL-Xenograftmodell in Kombination mit gentechnischer Manipulation der ALL-Zellen eingesetzt. Dazu wurden die primären Tumorzellen von drei Kindern mit ALL in immunsupprimierten Mäusen vermehrt und lentiviral transduziert, wodurch diese eine Luciferase, ein fluoreszierendes Protein und NGFR exprimierten. In zwei aufeinander folgenden Anreicherungsschritten wurden mit Hilfe der Transgene geringste Mengen der menschlichen Leukämiezellen aus dem Knochenmark der Mäuse isoliert. Unter Verwendung des Proliferationsmarkers CFSE wurde erstmals nachgewiesen, dass sich eine sehr kleine Subfraktion der ALL-Zellen über lange Zeit in vivo nicht teilt. Im Gegensatz zur Mehrheit der sich teilenden Zellen zeigten ruhende ALL-Zellen eine komplette Resistenz gegenüber systemischer Chemotherapie in der Maus. Retransplantationsversuche wiesen darauf hin, dass sowohl das fehlende Wachstum als auch die Chemoresistenz durch Faktoren der Knochenmarksnische bedingt wurden und keine zellautonomen Charakteristika darstellten. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass in der ALL eine Subfraktion von sich wenig teilenden Zellen existiert, die hochresistent gegen Chemotherapie in vivo ist. Die hier entwickelten Modelle können nun eingesetzt werden, um neue Therapien gegen ruhende ALL-Zellen zu entwickeln.

Abstract

Considering that the mortality rate in patients suffering from acute lymphoblastic leukemia (ALL) is as high as 50 % among adults and 10 % among children the urgent need of improvements in ALL treatments persists. Quiescent cells present a therapy-relevant subfraction of tumor cells, as they are capable of causing the persistence and relapse of the tumor. So far, studying resting ALL-cells was not feasible, as these cells could not be isolated. The development of a new method to isolate resting ALL-cells for their characterization, so as to work towards improving ALL-therapy, was one objective of this thesis. Due to their unphysiological growth behavior neither cell lines nor primary patient cells are suitable for the isolation of resting cells. Hence the individualized ALL-xenograftmodel was combined with a genetic manipulation of the ALL-cells. The primary tumor cells of three children suffering from ALL were expanded in highly immunocompromised mice and transfected using a lentiviral transduction system, so as to express a luciferase, a fluorescent protein and NGFR. It became possible to isolate minute amounts of human leukemic cells from the mouse bone marrow by employing two of these transgenes allowed to employing two sequently performed enrichment steps. Applying the proliferative marker CFSE enabled to detect a very small subfraction of longtime resting cells being present in ALL in vivo for the first time. In contrast to the majority of the dividing cells, the resting ALL-cells showed a complete resistance to systemic chemotherapy in mice. Retransplantation experiments led to the conclusion that not cell autonomous characteristics but rather factors of the bone marrow niche are responsible for the missing growth as well as the chemoresistance of those tumor cells. This thesis evidences the presence of a subfraction of ALL-cells that undergoes few divisions and is resistant against chemo therapy in vivo. New therapies against resting cells can now be devised, building upon the models presented in this thesis.