The influence of intermittent fasting on tumor-targeted drug delivery in hepatoma cancer models

• Der Einfluss von intermittierendem Fasten auf die gezielte Verabreichung von Medikamenten an Tumoren in Hepatoma-Krebsmodellen

Becker, Svea; Trautwein, Christian (Thesis advisor); Blank, Lars M. (Thesis advisor); De Laporte, Laura (Thesis advisor)

Aachen (2023)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Kurzfassung

In den letzten Jahren hat sich herausgestellt, dass Fasten die Wirkung der Chemotherapie verbessert, indem es ihre Toxizität verringert und ihre Wirksamkeit erhöht. Die Anwendung von Therapeutika in Form von Nanoträgersystemen wie Liposomen ist immer weiter vorangeschritten und hat sich zu einem wichtigen Ansatz bei vielen Tumorarten entwickelt, darunter auch bei bösartigen Lebererkrankungen wie dem hepatozellulären Karzinom (HCC). Bei diesen beiden Krebsarten sind systemische und lokale ablative Therapien aufgrund der Diagnose in fortgeschrittenen Stadien mit schlechten Überlebenschancen beschränkt. Um die Behandlungsergebnisse zu verbessern, wurden bereits adjuvante Chemotherapien zur Operation untersucht. Trotz der starken Anreicherung von Therapeutika in der Leber bleibt jedoch die gezielte Bekämpfung bösartiger Zellen ein Problem. In dieser Arbeit wurde der Effekt verschiedener Fastenregime auf die tumorgerichtete Liposomenabgabe untersucht. Um die Auswirkungen des Fastens auf die Liposomenabgabe zu visualisieren, wurden Cy7- markierte Liposomen verwendet. Zusätzlich wurde die Auswirkung des Fastens auf die Mikroumgebung des Tumors (TME) untersucht. Zu diesem Zweck wurde die Liposomenaufnahme unter Fastenbedingungen in den Hepatom-Zelllinien Hep-55.1C und Hepa1.6 mittels Durchflusszytometrie und Fluoreszenzbildgebung gemessen. Auf diese Weise wurde der Mechanismus der Aufnahme weiter identifiziert. Nach Erhalt eindeutiger Ergebnisse wurde Hep-55.1C jungen männlichen Mäusen subkutan eingeimpft. Über einen Zeitraum von 24 Tagen wurden drei verschiedene Fastenmethoden angewandt. Die Kontrollmäuse hatten jederzeit Zugang zu Nahrung und Trinkwasser (ad libitum). Kurzzeitfasten (STF) Mäuse wurden einmal in der Nacht vom 20. auf den 21. Tag für 12 Stunden gefastet. Intermittierendes Fasten (IF) Mäuse wurden nacheinander für 12 Stunden gefastet. Gleichzeitig wurde das Tumorwachstum durch wöchentliche Mikro- Computertomographie (μCT)-Scans überwacht. Am 21. Tag wurden Cy7-markierte Liposomen intravenös verabreicht. Ihre Biodistribution und intratumorale Akkumulation wurde mittels kombinierter μCT- und Fluoreszenz-Tomographie (μCT-FLT) analysiert. Zusätzlich wurde die Auswirkung des Fastens auf das TME durch Fluoreszenzfärbungen untersucht. In einem orthotopischen Ansatz wurden Hep-55.1C-Zellen intrahepatisch inokuliert. In diesem Modell wurde die Wirkung von IF mit Ad-libitum-Fütterung verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass Fasten zu einer höheren Liposomenaufnahme im Vergleich zu Kontroll- und STF-Bedingungen führte. Konsekutives Fasten verlangsamte das Tumorwachstum. Darüber hinaus wurde das TME verändert, was zu einer erleichterten Akkumulation von Liposomen führte. Die Gefäßdichte, die Durchblutung und die VEGFR2-Expression waren signifikant erhöht, was die Anreicherung von Wirkstofftransportsystemen, wie z. B. Liposomen, im Tumor erleichterte. Die extrazelluläre Matrix (ECM) wirkt als Barriere für das Eindringen von Partikeln. Bei der Untersuchung der ECM-Dichte wurde eine signifikante Verringerung der Kollagenexpression nach IF festgestellt, was eine homogenere Verteilung der Liposomen ermöglichen könnte. Andererseits können tumorassoziierte Makrophagen (TAMs) als Reservoir für Liposomen mit langsamer Freisetzung dienen. Bei der Untersuchung ihrer Anzahl und Polarisierung nach IF wurden keine Unterschiede festgestellt. Die Retention der Liposomenakkumulation scheint also unbeeinflusst zu sein. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die auf den Tumor gerichtete Liposomenabgabe durch die IF verbessert wurde, da der Tumor zu einer verstärkten Vaskularisierung und verminderten Kollagenexpression moduliert wurde. Daher kann die IF-Behandlung eine positive Wirkung auf die tumorgerichtete Aufnahme von Arzneimittelabgabesystemen haben.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie [161710]
• [531030-2]