Einfluss der Strahlentherapie auf Tumor- und Normalgewebszellen der Brust

Brix, Nikko (2023): Einfluss der Strahlentherapie auf Tumor- und Normalgewebszellen der Brust. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine

Abstract

In Deutschland erkranken jährlich etwa 70.000 Frauen an Brustkrebs. Die große Mehrheit dieser Patientinnen wird mit einer Strahlentherapie behandelt. Während klassisch fraktionierte Therapien mit täglichen Einzeldosen von 1,8–2 Gy bis zu einer Gesamtdosis von 50–60 Gy viele Jahre Standard waren, werden heute neuartige hypofraktionierte Therapieansätze mit höheren Einzeldosen sowie ablative Regime, bei denen eine einzelne, sehr hohe Dosis appliziert wird, in der Klinik routinemäßig eingesetzt. Es ist sehr wahrscheinlich, dass sich diese Bestrahlungsschemata hinsichtlich der Art und des Ausmaßes des Tumorzelltods und auch der Normalgewebsantwort unterscheiden. Geeignete Biomarker sind in dieser Hinsicht bisher jedoch nicht verfügbar. Darüber hinaus ist bekannt, dass die Inaktivierung von Tumorzellen aber auch die Normalgewebsantwort der bestrahlten Brust die lokalen und systemischen Auswirkungen der Strahlentherapie des Mammakarzinoms durch Sekretion immunologisch aktiver Faktoren und Freisetzung von Tumorantigenen beeinflussen. Fokus der vorliegenden Dissertation ist die Reaktion von Brustkrebszellen auf Bestrahlung im Hinblick auf klonogenes Überleben, Zellschicksalsentscheidungen, sowie die immunologischen Konsequenzen der Radiotherapie in vivo und in einer klinischen Situation. Durch Analyse des klonogenen Überlebens bestrahlter Brustkrebs- und nicht-maligner Mammaepithel- Zelllinien fanden wir, dass sowohl die allgemeine Radioresistenz nach Einzeldosisbestrahlung als auch der Fraktionierungseffekt bei Applikation mehrerer Einzeldosen über alle Zelllinien hinweg extrem variierten. Durchflusszytometrische Analysen des Zellschicksals nach Bestrahlung zeigten außerdem, dass (i) die Nekrose im Mammakarzinom ein inverses Korrelat der allgemeinen Radioresistenz ist, (ii) die Seneszenzantwort mit dem Fraktionierungseffekt korreliert und (iii) Apoptose nach Bestrahlung eine untergeordnete Rolle spielt. Per Zufallsbefund ergab sich, dass das anerkannte Goldstandard-Protokoll zum Koloniebildungstest häufig falsch-präzise Überlebensdaten mit begrenzter Robustheit liefert. Ursache hierfür ist zelluläre Kooperation – die Stimulation klonogenen Überlebens durch auto- und parakrin wirkende lösliche Faktoren. Durch einen neuen regressionsbasierten Ansatz konnte dies in die Datenanalyse integriert werden, wodurch sehr viel robustere Überlebensdaten erhalten wurden. Die immunologischen Konsequenzen der Strahlenantwort von Brustkrebszellen wurden im Airpouch- Mausmodell untersucht. Insbesondere die Injektion zellfreier Überstände ablativ bestrahlter Krebszellen löste eine lokale Entzündung aus, die durch sequentielle Rekrutierung von Neutrophilen und entzündlichen Monozyten gekennzeichnet war. Eine solche ablative Einzeldosis wird auch klinisch für ausgewählte Patientinnen bei intraoperativer Radiotherapie (IORT), direkt nach chirurgischer Entfernung des Tumors, genutzt. In klinischen Proben konnten wir zeigen, dass Eosinophile, Monozyten sowie plasmazytoide dendritische Zellen im ehemaligen Tumorbett am zweiten Tag nach IORT im Vergleich zu nur operativ behandelten Frauen signifikant erhöht waren. Auf systemischer Ebene ging dies mit einem transienten Anstieg der Eosinophilen sowie der klassischen Monozyten einher. Zwei Zytokine – Interleukin-3 (IL-3) und Macrophage migration inhibitory factor (MIF) – waren nach IORT in der Wundflüssigkeit signifikant erhöht, sodass diese möglicherweise an der Rekrutierung und/oder dem verbesserten Überleben der genannten Zelltypen im ehemaligen Wundbett beteiligt sind. Zusammen mit Genexpressionsdaten der kryokonservierten Immunzellen der Wundflüssigkeit lassen diese Ergebnisse vermuten, dass die IORT eine lokale pro-inflammatorische Reaktion auslöst, die im Wesentlichen durch das bestrahlte Normalgewebe vermittelt wird. Die durch IORT rekrutierten Immunzelltypen erinnern dabei stark an diejenigen, deren Vorhandensein bekanntermaßen ein Ansprechen auf Immuntherapie prognostiziert oder sogar prädiktiert. Somit legen diese Daten nahe, dass neoadjuvante Bestrahlungskonzepte möglicherweise genutzt werden könnten, um nicht nur eine durch das Normalgewebe vermittelte Inflammation, sondern auch die gleichzeitige Freisetzung von Tumorzellantigenen durch die Bestrahlung hervorzurufen und so die lokale und systemische Anti-Tumorimmunantwort – und damit das Therapieergebnis beim Mammakarzinom – zu verbessern.

• Item Type: Theses (Dissertation, LMU Munich)
• Keywords: Brustkrebs, Strahlentherapie, Zelltod, Koloniebildungstest
• Subjects: 600 Technology, Medicine; 600 Technology, Medicine > 610 Medical sciences and medicine
• Faculties: Faculty of Medicine
• Language: German
• Date of oral examination: 17. July 2023
• 1. Referee: Lauber, Kirsten
• Signature of the printed copy: 0700/UMD 22891