Untersuchung von Endostatin freisetzenden Stammzellimplantaten zur Behandlung des Glioblastoms im Rattenmodell

Das Glioblastoma multiforme (GBM) hat eine Inzidenz von 4000 bis 5000 Neuerkrankungen pro Jahr. Trotz der Anwendung aller bekannten Therapien geht die Diagnose GBM mit einer infausten Prognose einher. Die mittlere Überlebenszeit liegt bei 12 bis 15 Monaten nach Diagnosestellung. Ein neuer Therapieansatz zur Bekämpfung des schnell wachsenden Tumors basiert auf antiangiogenen Mechanismen. Ziel ist es, das GBM durch die Unterdrückung der Neovaskularisierung einer Unterversorgung auszusetzen, um eine Wachstumshemmung und Nekrotisierung des Tumorgewebes zu erreichen. Endostatin, ein endogenes 22 kD großes Protein, ist ein gut verträglicher Angiogenesehemmer. Problematisch ist aber seine Verabreichung. Da das Protein eine sehr kurze Halbwertszeit hat und die Blut-Hirn-Schranke überwinden muss, sind durch systemische Gaben keine ausreichend hohen Konzentrationen des Proteins im Tumorgebiet erzielbar. Die Verwendung ex-vivo genmodifizierter Endostatin sezernierender humaner mesenchymaler Stammzellen (EMSC) ermöglicht eine dauerhafte Produktion des Proteins. Durch die Verkapselung solcher EMSC mit einer für Nährstoffe und Sauerstoff diffusionsdurchlässigen, aber gegen die Bestandteile der Empfängerabwehr abschirmenden Alginatmatrix, wird die intrazerebrale Implantation direkt am Zielort möglich. Alginat ist ein Alginsäure-Polymer aus marinen Braunalgen, das eine gute Biokompatibilität aufweist. Zur Herstellung der in dieser Arbeit implantierten CellBeads® (CBs) wurde ein Alginat mit einem hohen Guluronsäureanteil (High-G Alginate), das mit Bariumionen vernetzt war, verwendet. Ziel dieser Arbeit war es, ein GBM Modell zu standardisieren und daran die antiangiogene und tumorreduzierende Wirkung von mit Alginat zu CBs vertropften EMSC zu untersuchen. Für ein reproduzierbares experimentelles GBM wurden BDIX/Ztm-Ratten BT4Ca-Gliomzellen in die rechte Gehirnhemisphäre injiziert. Am Tag nach der Gliominokulation wurden den Tieren an zuvor entwickelten Koordinaten CBs intrazerebroventrikulär und gleichzeitig nahe dem GBM implantiert. Untersucht wurden eine Kontrollgruppe (nur BT4Ca), eine Gruppe mit leeren CBs (LCB), eine Gruppe mit Stammzellen ohne Endostatinsekretion (SCB) und eine Gruppe mit Endostatinbeads (ECB) jeweils nach 12 Tagen Versuchszeitraum. Die Implantate konnten histologisch intakt nachgewiesen werden und es zeigten sich keine immunologischen Reaktionen der Empfängertiere. Erstmalig konnte immunhistologisch die Endostatinfreisetzung und damit die Funktionalität der CBs sowie die intrazerebrale Diffusion des Proteins über eine Distanz von bis zu 4 mm in das Tumorgewebe gezeigt werden. Anhand einer immunhistologischen Färbung des von-Willebrand-Faktors (vWF) und anschließender Partikeldetektion wurde die Vaskularisierungsdichte innerhalb des experimentellen GBM untersucht. In einem intracraniellen GBM Modell konnte erstmalig eine signifikante Verringerung der Vaskularisierungsdichte (P<0,05) nach Implantation Endostatin sezernierender Stammzellen nachgewiesen und unter den Bedingungen der Good Laboratory Practice (GLP) quantifiziert werden. Es konnte keine signifikante Tumorreduktion gezeigt werden. Eine Verlängerung des Untersuchungszeitraumes erscheint sinnvoll, um eine tumorsupprimierende Wirkung als Folge der Blutgefäßreduktion zu zeigen. Das Fehlen der Korrelation zwischen Vaskularisierungsdichte und Tumorgröße wurde für diesen Versuch statistisch belegt (r²< 0,8). Die gute Biokompatibilität und Funktionalität der CBs zeigt, dass die Verkapselung von Wirkstoff sezernierenden Stammzellen mit Alginat ein breites Spektrum von denkbaren Anwendungsbereichen bietet. Endostatin diffundierte aus den CBs transparenchymal bis weit in den Tumorbereich hinein, wies eine große antiangiogene Potenz auf und war in der Lage, die Neoangiogenese im schnell wachsenden experimentellen Glioblastom um bis zu 80% zu reduzieren. Diese Ergebnisse machen eine postoperative Applikation in die Resektionshöhle bei GBM Patienten im Sinne einer Rezidivprävention denkbar.