Der Einfluss von Bestrahlung und Lipotransfer auf das gesunde Brustdrüsengewebe im Rahmen einer brusterhaltenden Therapie nach Mammakarzinom

Hintergrund und Ziele: Eine vielversprechende Option zur plastischen Rekonstruktion eines Gewebedefekts nach brusterhaltender Therapie (BET) ist der zell-assistierte Lipotransfer (CAL). Die- ses Verfahren findet aufgrund des postulierten regenerativen Potenzials der enthalte- nen adipogenen Stammzellen (ADSC) und der Minimalinvasivität, Kosteneffektivität und guten Biokompatibilität vermehrt Anwendung im klinischen Alltag. Allerdings ist das Wissen über die Auswirkungen von ADSC in Kombination mit einer Strahlenthe- rapie auf das gesunde Mammagewebe noch unvollständig und die onkologische Si- cherheit des Prozederes nach BET kontrovers diskutiert. Aus diesem Grund wollen wir im Rahmen einer in-vitro Simulation den Effekt der einzelnen Einflussfaktoren Lip- otransfer und Bestrahlung auf gesunde Mammaepithelzellen in Kokultur mit Fibroblas- ten, als zellulärem Hauptvertreter des Brustmilieus untersuchen und damit die Debatte mit neuen Daten unterstützen. Methoden: Eine Bestrahlung der humanen Fibroblasten-Zelllinie MRC-5 wurde mit unterschiedli- chen Einzeldosen (2 Gy, 5 Gy, 10 Gy) und einer fraktionierten Bestrahlungsdosis (3 x 2 Gy) durchgeführt. Anschließend wurden die Zellmorphologie und Konfluenz sowie das Genexpressionsprofil CAF-spezifischer Marker der Fibroblasten analysiert. Dieses Experiment diente als Vorarbeit für eine weitere in-vitro-Simulation, die nicht Teil dieser Doktorarbeit ist. Um einen Lipotransfer nach brusterhaltender Therapie zu simulieren, wurde ein indi- rektes Kokultur-Modell mit der gesunden Mammaepithel-Zelllinie MCF-10A und der humanen Fibroblasten-Zelllinie MRC-5 etabliert. Die Zellen wurden kokultiviert, mit 2 und 5 Gy bestrahlt und mit konditioniertem Medium der ADSC-Zelllinie ASC-52telo (ADSC-KM) behandelt. Anschließend wurden die Auswirkungen des Simulationsver- suchs auf Zellmorphologie und Konfluenz, Transmigration und Invasionsfähigkeit so- wie auf das Zellüberleben von MCF-10A analysiert. Darüber hinaus wurde das Gen- expressionsprofil von MCF-10A und MRC-5 Zellen hinsichtlich verschiedener Zyto- kine, mesenchymaler Marker, extrazellulärer Matrix-Marker und einem Proliferations- marker untersucht. Ergebnisse und Beobachtungen: Im ersten Projektteil zeigte sich durch die Bestrahlung mit unterschiedlichen Energie- dosen bildmorphologisch (3 x 2 Gy) und im Genexpressionsprofil (2, 5, 10 und 3 x 2 Gy) eine CAF-ähnliche Aktivierung. Bildmorphologisch konnte im Rahmen des Simulationsversuchs ein stimulierender Ef- fekt der Behandlung mit ADSC-KM auf das Zellwachstum von MCF-10A und MRC-5 Zellen unabhängig von einer gleichzeitigen Bestrahlung detektiert werden. Sowohl das gesteigerte Transmigrations- und Invasionspotenzial als auch die erhöhte Expression mesenchymaler Marker (FN1, CDH2, VIM) und MMP2 nach einer Behandlung mit ADSC-KM sind Merkmale einer epithelialen-mesenchymalen Transition (EMT) und da- mit potenziell protumorigenen Veränderungen. Der Effekt des ADSC-KM, der sich vor- wiegend in bestrahlten MCF-10A-Gruppen zeigte, deutet auf bestrahlungsinduzierte Zusätzlich kann die erhöhte Expression von Zytokinen (FGF2, TNFA) in MCF-10A Zellen nach Behandlung mit ADSC-KM die Tumorentwicklung und -pro- gression fördern. Eine Kokultur von MCF-10A Zellen und Fibroblasten zeigte einen stimulierenden Effekt auf die IL1B -Expression in Fibroblasten. Auch hier war der Effekt bei zusätzlicher Bestrahlung verstärkt. Durch die Bestrahlung mit 5 Gy zeigte sich eine erhöhte Invasivität der MCF-10A Zellen bei gleichzeitig vermindertem Zellüberleben im Vergleich zur unbestrahlten Kontrolle unabhängig von einer zusätzlichen Behand- lung mit ADSC-KM. Die Expression des Zytokins TGFB1 war in Fibroblasten erhöht exprimiert. Gleichzeitig zeigte sich die Expression von FGF2 und MMP2 in bestrahlten, kokultivierten MCF-10A Zellen erhöht. In der Genexpressionsanalyse war dieser Effekt bei einer zusätzlichen Behandlung mit ADSC-KM nicht mehr detektierbar, was auf ei- nen protektiven Effekt schließen lässt. Ein ähnlicher Effekt zeigte sich in der FN1-Ex- pression von Fibroblasten. Teilergebnisse der vorliegenden Arbeit wurden bereits ver- öffentlicht (Promny et al. 2022). Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse implizierten protumorigene Veränderungen, die mit der Anwendung von Lipotransfer in bestrahltem Mammagewebe in Verbindung stehen, und betonen damit die kritische Abwägung der Vor- und Nachteile eines Lipotransfers nach BET. Weitere experimentelle und klinische Studien sind erforderlich, um die Übertragbarkeit und Aussagekraft für die klinischen Praxis zu verbessern. Wie bereits in der Literatur diskutiert, ist die Identifizierung prädiktiver Faktoren für Hochrisikopatienten, die eine vorherige Auswahl einer Patientenpopulation ermöglicht, die von den Vorteilen eines Lipotransfers profitieren kann, ein wichtiger Ansatz zur Stärkung der sicheren klini- schen Anwendung eines Lipotransfers nach BET.