Darmkrebs (CRC) ist eine der weltweit häufigsten und tödlichsten Krebsarten und stellt eine große Herausforderung für die öffentliche Gesundheitdar 1. Trotz Fortschritten bei den Behandlungsmodalitäten, einschließlich Operation, Chemotherapie und Immuntherapie, bleibt die Prognose für Darmkrebspatienten - insbesondere für Patienten mit metastasierender Erkrankung - schlecht. Die Tumormikroumgebung (TME) spielt eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung des Fortschreitens der Krebserkrankung und des Therapieansprechens, wobei sich tumorinfiltrierende Lymphozyten (TILs) als Schlüsselkomponente für die Beeinflussung der Immunantwort gegen Krebs herausstellen2. TILs, eine vielfältige Population von Immunzellen, die in Tumoren vorkommen, wurden als signifikante prognostische Marker bei Darmkrebs identifiziert, wobei ein hohes Maß an TIL-Infiltration oft mit besseren klinischen Ergebnissen verbunden ist3. Jüngste Studien haben auch das therapeutische Potenzial von TILs bei anderen Krebsarten wie Melanom4 und Gebärmutterhalskrebs5 hervorgehoben, bei denen die TIL-basierte Immuntherapie eine vielversprechende Wirksamkeit gezeigt hat.
Trotz des Erfolgs von TILs bei einigen Krebsarten bleibt ihre Anwendung bei Darmkrebs jedoch ein Bereich, der noch untersucht wird. Die Komplexität und Heterogenität von Darmkrebs, gepaart mit der immunsuppressiven Tumormikroumgebung, stellen eine Herausforderung für eine effektive TIL-basierte Immuntherapiedar 6. Darmkrebstumoren weisen häufig ein hochgradig immunsuppressives TME7 auf, das durch das Vorhandensein von regulatorischen T-Zellen (Tregs), myeloischen Suppressorzellen (MDSCs) und tumorassoziierten Makrophagen (TAMs) gekennzeichnet ist, die alle die TIL-Funktion aktiv hemmen. Darüber hinaus exprimieren Darmkrebszellen häufig Immun-Checkpoint-Moleküle wie PD-L1, die die TIL-vermittelte Abtötung weiter behindern können8. Darüber hinaus erschwert die genetische Heterogenität von Darmkrebstumoren in Verbindung mit einem immunsuppressiven Stroma die Fähigkeit von TILs, Tumorzellen effektiv zu bekämpfen und zu eliminieren, was es schwieriger macht, den gleichen Erfolg zu erzielen wie bei Melanomen und Gebärmutterhalskrebs9. Eine kritische Lücke in der aktuellen Forschung ist der Mangel an geeigneten In-vitro-Modellen , die die Wechselwirkungen zwischen Darmkrebs und TILs genau simulieren können. Solche Modelle sind unerlässlich, um das Potenzial von TILs in der Darmkrebstherapie zu bewerten und ihre Anwendung für personalisierte Behandlungsstrategien zu optimieren.
Patient-Derived Organoids (PDOs) haben sich als leistungsfähiges Werkzeug für die Modellierung menschlicher Krebserkrankungen erwiesen10. Diese 3D-Kulturen, die aus Tumorgeweben von Patienten gewonnen werden, ahmen die histologischen und genetischen Eigenschaften der ursprünglichen Tumoren genau nach und bieten eine genauere Darstellung der Tumorbiologie im Vergleich zu herkömmlichen 2D-Zelllinien. PDO-Modelle behalten auch die Heterogenität zwischen den Patienten bei, was sie ideal für personalisierte medizinische Ansätze macht11. In der Darmkrebserkrankung wurden PDOs für das Wirkstoffscreening und die Untersuchung der Tumorbiologie eingesetzt12, aber ihre Verwendung bei der Bewertung von Immunantworten - insbesondere im Zusammenhang mit TILs - ist nach wie vor begrenzt. Das Design eines PDO-Immunzell-Co-Kulturmodells muss die Komplexität der Mikroumgebung mit der experimentellen Kontrollierbarkeit in Einklang bringen. Obwohl Komponenten wie Makrophagen und dendritische Zellen die Biomimikry verbessern können, sind mononukleäre Zellen des peripheren Blutes (PBMCs) aufgrund ihrer Zugänglichkeit zur Mainstream-Wahl geworden. PBMCs haben jedoch einen geringen Anteil an tumorspezifischen T-Zellen, und die Monozyten-Subpopulationen können die Stabilität der Mikroumwelt beeinträchtigen13. Im Gegensatz dazu reichern TILs tumorreaktive Klone auf natürliche Weise an und tragen einen in situ Erschöpfungsphänotyp, was sie zu einem überlegenen Modell für die präzise Analyse von Immunevasionsmechanismen bei Darmkrebs macht.
Das Ziel dieser Studie ist es, eine neuartige in vitro-Plattform zur Bewertung von TIL-vermittelten Antitumorreaktionen bei Darmkrebs zu entwickeln, indem ein Co-Kultursystem von Darmkrebs-PDOs und -TILs etabliert wird. Dieses Modell ermöglicht die direkte Bewertung der TIL-Zytotoxizität gegen CRC-PDOs und die Analyse von Immunantworten in einem patientenspezifischen Kontext. Die Nutzung dieses Systems kann tiefere Einblicke in das Potenzial von TIL-basierten Immuntherapien für Darmkrebs liefern und die Erforschung von Strategien zur Verbesserung der Wirksamkeit von TIL durch technische Ansätze unterstützen. Bisherige Methoden waren durch die geringe Anzahl von TILs14 begrenzt. In den meisten Fällen wurden PBMCs zunächst zwei Wochen lang mit PDOs cokultiviert, danach konnten tumorspezifische TILs aus den PBMCs expandiert und dann weiter mit PDOs cokultiviert werden, um zytotoxische Effekte zu beobachten15. Dieser Ansatz leidet jedoch auch unter der verlängerten Modellierungszeit und der geringen Gesamtausbeute. Im Gegensatz dazu ermöglicht die beschriebene Methode die Isolierung und Etablierung von PDOs und TILs aus kleineren Tumorgewebeproben, die dann direkt co-kultiviert werden können. Dieser Ansatz kann sowohl in Bezug auf die Methodik als auch auf die Effizienz einen höheren Komfort bieten. Letztendlich zielt dieses System darauf ab, ein leistungsfähiges Werkzeug für die präklinische Bewertung von TIL-Therapien bereitzustellen und den Weg für personalisierte Behandlungsstrategien zu ebnen, die die Ergebnisse für Darmkrebspatienten verbessern können.