Reversibler Zellzyklusarrest als Strategie zur Chemoprotektion: Untersuchungen an murinen Darmepithelorganoiden

Das Wirkprinzip der meisten klassischen Chemotherapeutika in der Krebstherapie, schnell proliferierende Zellen zu treffen, schädigt leider auch physiologisch proliferierendes Normalgewebe wie das Darmepithel. Die Folge sind schwere Nebenwirkungen wie Diarrhoen und Schmerzen. In dieser Arbeit wurde ein Schutzkonzept untersucht, indem die Proliferation des Darmepithels vor der Applikation des Chemotherapeutikums für kurze Zeit medikamentös angehalten wird. Durch die pharmakologische Aktivierung von denjenigen Zellzykluscheckpoints, die im Tumor defekt sind, kann selektiv gesundes Gewebe im Zellzyklus arretiert werden, während die Chemotherapie den weiterproliferierenden Tumor abtötet. Um diese Strategie zum Schutz des Darmgewebe zu testen, wurde eine Organoidkultur des murinen Dünndarmepithels etabliert. Anschließend wurden Einzel- und Kombinationsbehandlungen mit Zellzyklusinhibitoren (Palbociclib, ALRN-6924) und Zytostatika (Gemcitabin, SN-38, Cisplatin) durchgeführt. Architektur, Viabilität und Wachstum der Organoide wurden mikroskopisch beobachtet und mit mehreren unabhängigen Methoden quantifiziert. Die Auswirkungen der Behandlung auf die Expression verschiedener Zellzyklusgene und Marker für DNA-Schäden und Apoptose wurden, ergänzt durch (immun)histologische Methoden, charakterisiert. Außerdem wurde die Wirkung der Behandlung auf Tumorzelllinien untersucht. Zunächst wurde durch einen klinisch etablierten Inhibitor der Cyclin-abhängigen Kinase 4/6 (CDK4/6), Palbociclib, die Proliferation der Organoide reversibel angehalten. Nach Entfernung der Behandlung wuchsen die Organoide erneut weiter, wobei Zellzyklusmarker wieder normalisiert wurden. Dieser Zellzyklusarrest schützte die Organoide fast vollständig vor dem Nucleosidanalogon Gemcitabin und vor SN-38, dem Topoisomerase-I-hemmenden Metaboliten von Irinotecan, das sonst besonders schwere intestinale Nebenwirkungen hervorruft. Die Vorbehandlung reduzierte Marker für DNA-Schäden und Apoptose und ermöglichte ein deutlich verbessertes Auswachsen nach Therapieende. Gegen das weniger zellzyklusabhängige Cisplatin war hingegen keine Schutzwirkung nachweisbar. RB1-deletierte Krebszellen wurden durch Palbociclib ebenfalls nicht geschützt. Kurzzeitige Aktivierung von p53 durch den MDM2/MDM4-Inhibitor ALRN-6924, dessen Einsatz bei Patient*innen mit noch häufigeren TP53-mutierten Tumoren denkbar wäre, bewirkte zwar ebenfalls eine reversible Wachstumshemmung, zeigte aber im Gegensatz zu Palbociclib keine protektiven Effekte. Die Ergebnisse demonstrieren, dass kurzzeitige CDK4/6-Hemmung das Darmepithel effektiv vor Chemotoxizität schützen kann – insbesondere in der Behandlung RB1-defizienter Tumore, die unter CDK4/6-Inhibition weiterproliferieren. Erste klinische Daten zur hämatopoetischen Chemoprotektion durch CDK4/6-Inhibition sind vielversprechend. Unsere Ergebnisse tragen zur Evidenz bei, dass auch gastrointestinale Nebenwirkungen zellzyklusspezifischer Chemotherapie auf diese Weise reduziert werden können.