Trotz jüngster Verbesserungen in der Krebsfrüherkennung und in der therapeutischen Strategie sind immer noch mehr als neunzig Prozent der Krebsmorbidität auf Metastasen zurückzuführen1. Der metastatische Prozess ist eine mehrstufige Kaskade, die mit der lokalen Ablösung von Zellen aus dem Primärtumor und ihrem Eintritt in den Blutkreislauf beginnt, wo sie zu zirkulierenden Tumorzellen (CTCs) werden, um schließlich entfernte Stellen wie Leber und Lunge zu besiedeln, im Falle von Darmkrebs (CRC)2. In letzter Zeit wächst die Aufmerksamkeit für Flüssigbiopsien, die ein nicht-invasives Werkzeug sind, um INSbesondere CTCs aus Patientenblutproben zu erkennen und aufzuzählen. Intratumor genetische Heterogenität ist eine Hauptursache für Arzneimittelresistenzen; Somit stellt die Isolierung repräsentativer Zellen aus Tumormaterial ein vielversprechendes Werkzeug für die personalisierte Medizin dar3.
Trotz der geringen Häufigkeit von CTCs im Blut (1 CTC pro 106 - 107 Leukozyten)4wurden mehrere Nachweis- und Isolationstechniken entwickelt, die auf Eigenschaftsunterschieden zwischen CTCs und anderen Bestandteilen des Blutes basieren5. Allein die Anzahl der CTCs in Patientenblutproben kann Aufschluss über das Stadium der Malignität, das Ansprechen auf die Behandlung und den Krankheitsverlauf geben6,7. Daher ist die CTC-Isolierung ein entscheidendes Instrument für translationale Studien zur Beurteilung der genetischen Heterogenität oder zur Durchführung von Arzneimittelscreenings sowie für grundlegende Studien zur Charakterisierung dieser invasiven Zellen, da sie die Schlüsselakteure der metastatischen Induktion sind8,9. Im Vergleich zu kommerziell etablierten Krebszelllinien, die im Laufe der Zeit Tausende von Mutationen angesammelt haben, teilen frische CTCs die Hauptmerkmale des ursprünglichen Primärtumors, einschließlich einer starken Fähigkeit zur Metastasierung, und sie spiegeln die Krankheit besser wider. Diese Eigenschaften machen sie zu einem robusten Werkzeug für grundlegende Studien, insbesondere in Knockout-Experimenten mit vorhergesagten Schlüsselfaktoren, die an der Metastasierung beteiligt sind. Das Ergebnis dieser Experimente kann in vivoan Mäusen validiert werden, wie unten beschrieben.
Sobald CTCs isoliert sind, können sie unter nicht-adhärenten Kulturbedingungen expandiert werden und dann können sie wie jede verfügbare Krebszelllinie manipuliert werden, d.h. sie können auch unter adhärenten Bedingungen kultiviert oder in Matrigel eingebettet werden, abhängig von der wissenschaftlichen Frage10. Um beispielsweise die Expression und Lokalisation eines interessierenden Proteins zu testen, können CTC-Kugeln in Suspensionszustand gezüchtet und in Histogel eingebettet werden, um Immunfluoreszenz auf Kugelabschnitten durchzuführen. Wenn das Protein membranös ist, kann seine Expression auf lebenden Zellen durch Zytometrie gemessen werden.
Um die Rolle eines interessierenden Proteins zu testen, das bei der Besiedlung der Leber eine Rolle spielen könnte, können CTCs mit Genen, die durch shRNA oder CRISPR/Cas9 bearbeitet wurden, in die Milz von immundefizienten Mäusen injiziert werden. Dieses letztgenannte Experiment ist ein leistungsfähiges Modell zur Nachahmung der Lebermetastasenkolonisation11.
Die Fähigkeit von CTCs, Tumore zu initiieren, kann beurteilt werden, indem eine sehr kleine Anzahl von Zellen in immundefiziente Mäuse injiziert wird. Da die Tumorinitiierung ein Kennzeichen von Krebsstammzellen (CSCs) ist, zeigt dieser Assay den Prozentsatz der CSCs innerhalb der CTC-Linien an. Dieser Stammzellphänotyp macht zirkulierende Tumorzelllinien resistent gegen einige Goldstandard-Krebstherapien. Erweiterte CTCs können daher verwendet werden, um Medikamente zu screenen und die beste potenzielle effiziente Behandlung für den Patienten zu ermitteln. Das Ansprechen von CTC auf die Behandlung kann in vitro beispielsweise mit einem Lumineszenz-Lebensfähigkeitstest getestet werden.
Langfristig könnte das Arzneimittelscreening auf frisch isolierten und amplifizierten CTCs als neues Werkzeug für die personalisierte Medizin eingesetzt werden, um bei der Auswahl der effizientesten und am besten angepassten Behandlung für Patienten zu helfen.
In der vorliegenden Arbeit werden Protokolle zur Kultivierung von CTC-Linien, zur Färbung spezifischer Proteine mittels Immunfärbung und Zytometrie, zur Durchführung von Zytotoxizitätsassays sowie in vivo Xenograft-Experimenten mit CTC detailliert beschrieben.