Entwicklung eines biogedruckten vaskularisierten 3D-In-vitro-Modells zur Untersuchung des Tumorwachstums und der Lebermetastasierung

Zum Erlangen eines mechanistischen Verständnisses der Tumorbiologie sowie zum Testen neuer Medikamente für Tumortherapien gewinnen In-vitro-Modelle zunehmend an Bedeutung. Die etablierten 2D-In-vitro-Modelle können jedoch nicht alle pathophysiologischen Eigenschaften hinreichend abbilden. Diese Limitation erfordert deren Weiterentwicklung zu komplexeren, aus mehreren Zelltypen bestehenden 3D-In-vitro-Modellen, die die In-vivo-Situation besser nachstellen.

Ziel dieses durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts, welches in Kollaboration mit einem Hochschulpartner durchgeführt wird, ist die Entwicklung eines 3D-In-vitro-Modells, das den gesamten hämatogenen metastatischen Prozess eines Brustkrebstumors in der Leber abbilden kann. Dies erfordert neben der Entwicklung eines Tumor- und eines Lebermodells auch deren Verbindung mittels einer biofunktionalen vaskulären Struktur. In Vorarbeiten wurde bereits ein Bioreaktor entwickelt, in dem das Tumormodell kultiviert werden kann [1].

In dem Forschungsprojekt wird die Herstellung eines leberähnlichen Gewebes optimiert und ein ergänzender Bioreaktor zu dessen Kultivierung entwickelt. Anschließend wird dieses Lebermodell über eine biofunktionale vaskuläre Struktur mit dem Tumormodell verbunden. Das Lebermodell besteht aus den relevanten hepatischen Zellen, die in einer Hydrogelmischung eingebettet werden, welche der nativen extrazellulären Matrix angepasst ist. Zur Herstellung der komplexen Leberarchitektur sowie der vaskulären Strukturen kommen verschiedene 3D-Biofabrikations-Techniken zum Einsatz. Das Design des Bioreaktors erlaubt die Analyse mittels mehrskaliger und mehrmodaler Bildgebungstechniken.

Nach erfolgreicher Etablierung des neuartigen 3D-Modells kann der gesamte hämatogene metastatische Prozess, bestehend aus der Motilität der metastatischen Tumorzellen innerhalb des Primärtumors, ihrer Intravasation in das und ihrem Transport im Gefäßsystem, ihrem Überleben im Fluidstrom, sowie ihrer Deposition und Ausbreitung im leberähnlichen Gewebe, in vitro untersucht werden.

_{[1] Lorenzi F de, Hansen N, Theek B, Daware R, Motta A, Breuel S, Nasehi R, Baumeister J, Schöneberg J, Stojanović N, Stillfried S von, Vogt M, Müller-Newen G, Maurer J, Sofias AM, Lammers T*, Fischer H*, Kiessling F* (2024) Engineering Mesoscopic 3D Tumor Models with a Self-Organizing Vascularized Matrix. Adv Mater 36: e2303196.}