Titelaufnahme

Titel
Evaluation eines 3-dimensionalen Zellkultursystems für Genexpressionstudien und Toxizitätsstudien in menschlichen Melanom und Mesotheliomzellen
Weitere Titel
Evaluation of a 3-dimensional cell culture system for gene expression studies and drug testing in human melanoma and mesothelioma cells
VerfasserBaliko, Esther
GutachterWimmer, Helge
Erschienen2012
Datum der AbgabeJuni 2012
SpracheEnglisch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)3-dimensionale Zellkultur / menschliche Melanom und Mesotheliomzellen / Genexpressionstudien / Toxizitätsstudien
Schlagwörter (EN)3-dimensional cell culture / human melanoma and mesothelioma cells / gene expression studies / toxicity studies
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Zellen im menschlichen Körper besitzen eine 3-dimensionale (3-D) Morphologie eingebettet in der komplexen Struktur der extrazellulären Matrix. Der daraus resultierende Kontakt der Zellen mit der Matrix und die Zell-Zell-Kontakte beeinflussen Zellmigration, Proliferation und Stoffwechsel. Der überwiegende Teil der Forschung verwendet heute jedoch 2-dimensionale (2-D) Kultursysteme, in denen viele dieser komplexen Wechselwirkungen verloren gehen. Neue 3-D Kultivierungssysteme versprechen eine Umgebung zu bieten, die näher an den realen Umweltbedingungen der Zellen ist, wodurch sich diese natürlicher verhalten.

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Melanom und zwei Mesotheliomzelllinien mittels konventioneller 2-D Zellkultur und alvetex® Polystyren Gerüsten in 3-D kultiviert um potentielle Unterschiede aufzuzeigen. Der Einfluss der Kultivierungsmethode auf die Genexpression wurde mittels quantitativer Real-Time PCR und Western Blotting Analysen untersucht. Zusätzlich wurden 3-D Matrizen mit den enthaltenen Zellen histologisch aufgearbeitet, um Aussagen über Zellmorphologie, Eindringtiefe und Zellproliferation zu ermöglichen. Studien mit verschiedenen Chemotherapeutika wurden durchgeführt um Unterschiede in der Sensitivität zwischen den Kultivierungsmethoden zu untersuchen.

Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit das alvetex® Polystyren Gerüste geeignet sind für die Analyse von menschlichen Melanom- und Mesotheliomzellen. Die Zellmorphologie und die Expression von RNA und Proteinen zeigt eine signifikante Veränderung im Vergleich zur 2-D Kultur. Es kann daher angenommen werden, dass die Zellen tatsächlich ein natürlicheres Verhalten annehmen. Allerdings konnten die erwarteten höheren Resistenzen gegen Medikamente nicht festgestellt werden. Ganz im Gegenteil, die Zellen in 3-D Kultur reagierten sensitiver auf die Behandlung. Die 3-D Kultur hat jedoch einen erheblichen Nachteil nämlich die lange Inkubationsdauer im Vergleich zur 2-D Kultur, bei der bereits nach 3 Tagen Zellen entnommen und Tests durchgeführt werden können. Es sollte den Zellen jedoch ermöglicht werden 14 Tage oder mehr in den 3-D Gerüsten zu wachsen, um den vollen Nutzen dieser Technik zu erzielen. Leider erhöht sich mit der Inkubationsdauer auch das Kontaminationsrisiko. Nichtsdestoweniger werden weitere Untersuchungen mittels 3-D Kultur wertvolle Forschungsergebnisse in verschiedenen Bereichen wie Grundlagenforschung, Tissue Engineering und der Entwicklung neuer Medikamente liefern. Besonders letzteres wird sehr von in vitro Analysen profitieren, welche genauere Daten liefern, und so zur Steigerung der Effizienz in der Medikamentenentwicklung beitragen.

Zusammenfassung (Englisch)

Cells in a living organism have a complex 3-dimensional (3-D) morphology and are embedded in the structures of the extracellular matrix. The resulting contacts of the cells with the matrix and cell-cell contacts affect cell migration, proliferation and metabolism. However, cells have been cultured for decades as monolayers using 2-dimensional (2-D) culturing systems, resulting in the loss of many of those complex interactions. New 3-D culturing systems promise a better reflection of the in vivo environment, which enables cells to maintain their natural in vivo shape and function.

In the present study two melanoma and two mesothelioma cell lines were cultured parallel in conventional 2-D cell culture system and in alvetex® polystyrene 3-D scaffolds in order to identify potential differences. The impact of 3-D culture on gene expression was analysed by quantitative real-time PCR and Western blotting analysis. In addition, 3-D scaffolds with the contained cells were histologically prepared to obtain information about cell morphology, cell proliferation and penetration depth. Studies with various chemotherapeutic agents were carried out in order to investigate sensitivity differences between the used cultivation methods.

In summary alvetex® polystyrene scaffold is suitable for cultivation and analysis of human melanoma and mesothelioma cells. Cell morphology and expression of RNA and proteins does change compared to 2-D culturing so it is possible to assume that the situation is more in vivo like. However, the results of this work do not show higher resistance against drugs in 3-D culturing as expected, on the contrary they are more sensitive. The major drawback of 3-D culturing is that it is far more time consuming compared to 2-D culture where cells can be harvested and tests performed after 3 days. In order to exploit the full potential of the 3-D scaffold, the cells should be incubated for 14 or more days. Furthermore, with increased incubation time the risk of contamination also rises. None the less further investigations with 3-D cultures will provide useful insights about various life science areas like fundamental cell biology, tissue engineering and drug development. Especially the last field will profit from in vitro assays that can provide more accurate data and will therefore improve the efficiency of drug discovery.