Das Tumorstroma als Angriffspunkt einer stammzellbasierten CCL5-Promoter/HSV-TK Suizidgentherapie in einem murinen Pankreastumormodell

Maligne Zellen wachsen in einem komplexen zellulären und
extrazellulären Umfeld, welches die Initiierung und
Aufrechterhaltung des malignen Phänotyps bedeutend beeinflusst.
Tumore bestehen zum einen aus den Tumorzellen, zum anderen aus dem
unterstützenden Stroma, das Fibroblasten, Endothelien, Perizyten,
Lymphgefäße, ein mononukleäres Infiltrat und die
Extrazellulärmatrix einschließt. Dieses Tumor-Mikromilieu hat einen
großen modulierenden Einfluss auf das Tumorwachstum, die
Invasivität und das Metastasierungspotential. Mesenchymale
Stammzellen (MSC) sind pluripotente Vorläuferzellen, die an der
Aufrechterhaltung und Wiederherstellung der Gewebeintegrität
beteiligt sind. Geschädigtes Gewebe führt zur Mobilisation von MSC
und deren Rekrutierung an den Ort der Schädigung. Tumore werden vom
Organismus als nicht-heilende Wunden angesehen, so dass MSC in das
tumorassoziierte Stroma rekrutiert werden. Dort tragen die Zellen
zu verschiedenen Aspekten des Tumorwachstums bei, indem sie als
Progenitorzellen für die Tumorgefäße und stromale
fibroblastenartige Zellen dienen. Im Rahmen dieses
Ausdifferenzierungsprozesses werden gewebespezifische Gensets wie
das CC-Chemokin CCL5 in den mesenchymalen Stammzellen aktiviert und
zur Expression gebracht. Das Pankreasadenokarzinom ist eines der
aggressivsten soliden Malignome des Menschen und ist gekennzeichnet
durch eine ausgeprägte Proliferation des Stromas. Ziel der
vorliegenden Arbeit war es, zum einen die Rolle mesenchymaler
Stammzellen im Stroma des Pankreaskarzinoms zu evaluieren und zum
anderen eine gewebespezifische stammzellbasierte und
promoterkontrollierte Suizidgentherapie mit dem Stroma als
Angriffspunkt zu etablieren. Mesenchymale Stammzellen wurden aus
dem Knochenmark von C57BL/6 p53-/- Mäusen isoliert und sowohl mit
den Reportergenen des rot fluoreszierendem Proteins (RFP) und des
grün fluoreszierenden Proteins (eGFP) als auch mit dem Suizidgen
der Herpes Simplex I Thymidinkinase (HSV-TK) unter Kontrolle des
CCL5-Promoters transfiziert. Die HSV-TK führt zu einer
Phosphorylierung und Aktivierung der Prodrug Ganciclovir, welches
zytotoxisch auf Thymidinkinase-positive (TK+) Zellen und über den
sogenannten „Bystandereffect“ auf umgebende Thymidinkinase-negative
(TK-) Zellen wirkt. Diese Stammzellen wurden C57BL/6 Mäusen
intravenös injiziert, die orthotope und syngene panc02-
Pankreastumore trugen. Die i.v. Applikation von nativen MSC führte
zu einer Verdopplung der Tumormasse und einer gesteigerten lokalen
Aggressivität im Sinne einer Peritonealkarzinose im Vergleich zur
Kontrollgruppe. Dabei zeigten sich erhöhte Ccl5-Expressionsniveaus
im Tumorgewebe von Tieren, die MSC erhalten hatten. In-vitro konnte
gezeigt werden, dass MSC bei adäquater Stimulation zur Ccl5
Expression angeregt werden und somit als Quelle des beobachteten
Ccl5-Anstiegs in Frage kommen. Die stromale Aktivierung des
CCL5-Promoters in den mesenchymalen Stammzellen konnte durch
Verwendung von CCL5-Promoter/Reportergen Stammzellen direkt
nachgewiesen werden. Dabei zeigten sich spezifisch im Tumorgewebe
Fluoreszenzsignale, die sich in der Immunhistochemie morphologisch
genauer darstellen ließen. Eine Reportergenexpression war
spezifisch im stromalen Kompartiment der panc02- Tumore
nachweisbar, andere untersuchte Organe mit Ausnahme der Milz
zeigten keine Reportergenexpression. Der Einsatz der
therapeutischen CCL5-Promoter/HSV-TK MSC in Kombination mit der
intraperitonealen Gabe von Ganciclovir führte zu einer
Tumormassenreduktion um 50%. Darüberhinaus konnte die Therapie die
Metastasierungsrate in Milz, Leber und Peritoneum signifikant
senken. Es wurden keine systemischen Nebenwirkungen beobachtet. Bei
der Untersuchung von humanen Pankreaskarzinomen und
korrespondierenden Pankreasnormalgeweben aus den gleichen Patienten
zeigte sich bei der Mehrheit eine Hochregulation von CCL5-mRNA. Im
immunhistochemischen Nachweis konnte die CCL5 Expression auf
Proteinebene im Tumorstroma gezeigt werden, entsprechendes
Normalgewebe zeigte bis auf vereinzelte Zellen keine CCL5
Produktion. Das Tumorstroma stellt aufgrund seiner vitalen
Bedeutung für die Tumorprogression einen vielversprechenden
Ansatzpunkt künftiger therapeutischer Interventionen dar.
Mesenchymale Stammzellen eigenen sich hierbei im Rahmen einer
Suizidgentherapie als zellbasierte Vehikel. Dank der gezielten
Migration und des Einsatzes gewebespezifischer Promoter kann dabei
eine hohe Selektivität der Genexpression im Tumorgewebe mit
Minimierung der systemischen Nebenwirkungen erreicht werden. Der
CCL5-Promoter wird im stromalen Kompartiment des murinen
pankreatischen Adenokarzinoms aktiviert und eignet sich daher für
die selektive und spezifische Expression von therapeutischen Genen
wie der HSV-TK. Dieser Ansatz kann eine mögliche Therapieoption des
ansonsten therapieresistenten humanenPankreaskarzinoms darstellen.