<i>In vitro</i>-Simulation der Funktion von Adhäsionsmolekülen im Prozess der hämatogenen Metastasierung von Tumorzellen und deren Inhibition durch Heparin

Das Auftreten einer Metastasierung im Verlauf einer Krebserkrankung stellt die häufigste Todesursache für die meisten Patienten dar. Komplexe und zahlreiche Mechanismen vermitteln die Invasion von Zellen des Primärtumors in das Blutgefäßsystem, Überleben und Arrest der Zellen im Blutstrom sowie das fortschreitende Wachstum an entfernten Regionen des Organismus. Das Verständnis dieser Abläufe und ihrer dynamischen Interaktionen kann dazu beitragen, molekulare Zielstrukturen zu identifizieren und für eine mögliche Therapie zu erschließen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit kamen in vitro-Methoden zum Einsatz, die Einblicke in die zugrunde liegenden Mechanismen der Metastasierung erlauben. Dabei wurde aufgrund der Verwendung eines Durchflusssystems die Simulation physiologischer Bedingungen erreicht. Zellen unterschiedlicher Tumorentitäten wurden hinsichtlich ihrer Ligandausstattung und Bindungsfähigkeit an P-Selektin untersucht. Die Ergebnisse favorisieren dabei die Beteiligung von thrombozytärem P-Selektin, welches die Anlagerung von Thrombozyten an Tumorzellen vermittelt und damit metastasierungsfördernde Effekte erzielt. Eine direkte Adhäsion an endotheliales P-Selektin war dagegen nicht nachzuweisen, wodurch gezeigt werden konnte, dass sich die Extravasationsmechanismen von Tumorzellen und Leukozyten erheblich voneinander unterscheiden. Am Beispiel der murinen Melanomzelllinie B16F10 konnte die Bedeutung der VLA-4 (very late activation antigen-4) / VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1)-Wechselwirkung als zusätzlicher Bindungsweg demonstriert werden. Heparin nimmt aufgrund seiner Selektininhibition eine bedeutende Rolle bei dem Eingriff in die hämatogene Metastasierung von Tumorzellen ein. Aufgrund seiner komplexen strukturellen Zusammensetzung ist die Aufstellung von Struktur-Wirkungsbeziehungen allerdings erschwert. Daher bietet sich der Einsatz semisynthetischer Glucansulfate mit definierter chemischer Zusammensetzung an. Es wurden unterschiedliche Heparinderivate und drei Reihen semisynthetischer Glucansulfate hinsichtlich ihrer P-Selektin-Blockade getestet. Dabei konnte der Fokus auf den Einfluss struktureller Parameter gelegt werden. Demnach spielt die Molekülgröße eine untergeordnete Rolle, wogegen Sulfatierungsgrad und Kohlenhydratgrundgerüst entscheidende Faktoren darstellen, die die P-Selektin-Hemmung kontrollieren. Im Gegensatz zu Heparin mit vergleichsweise schwacher Inhibierungskapazität in vitro, erwiesen sich Glucansulfate mit optimalen strukturellen Voraussetzungen als effektive Hemmstoffe. Das Phycarinsulfat PhyS-4 konnte darüber hinaus als wirksamer L- Selektin-Blocker sowie als aktiv unter in vivo-Bedingungen identifiziert werden. Heparinderivate und PhyS-4 waren in der Lage, die Anlagerung von Thrombozyten an Melanomzellen zu unterdrücken, womit deren postulierter Wirkmechanismus der P-Selektin- Blockade im Rahmen der Metastasierung bestätigt werden konnte. Von Heparin abgeleitete Inhibitoren, die sich durch eine geringere Antikoagulation auszeichnen, stellen potentielle Arzneistoffe dar, die Heparin für bestimmte klinische Anwendungen ersetzen könnten. Zusätzlich zu der moderat ausgeprägten P-Selektin-Inhibition beeinflusst Heparin im Gegensatz zu PhyS-4 die VLA-4/VCAM-1-Interaktion. Demnach deckt Heparin ein breiteres Wirkspektrum ab, was von dem semisynthetischen Glucansulfat nicht erreicht werden kann. Durch die Kombination unterschiedlicher Methoden konnte gezeigt werden, dass das Heparintarget eher die Tumorzelle selbst als das endothelial exprimierte VCAM-1 ist. Eine Inhibition des Integrins VLA-4 kann vermutet werden. Damit wird ein weiterer Mechanismus der Heparin-vermittelten Metastasierungssenkung deutlich und demonstriert einmal mehr dessen Potential in der begleitenden Therapie onkologischer Erkrankungen.