Doktorarbeit Nina Ewerdwalbesloh - Universität zu Lübeck

Einleitung
1.8 Multizelluläre Sphäroide
Sphäroide sind ein dreidimensionales, vielzelliges in vitro-Kultursystem, an dem sehr gut
die Tumorbiologie studiert werden kann. Es wurde erstmals 1970 von Sutherland et al.
beschrieben und hat seitdem fundamentale Wichtigkeit in der experimentellen
Krebsforschung gewonnen. Heutzutage werden an Sphäroiden vor allem Therapieansätze
untersucht (Mueller-Klieser, 1987; Sutherland, 1988; Knuechel und Sutherland, 1990;
Carlsson, 1992; Carlsson und Nedermann, 1992; Freyer, 1992). Es werden aber auch
Grundlagen der Biologie und Pathophysiologie erforscht, z.B. interzelluläre
Kommunikation, Zellinvasion und Angiogenese (Bracke et al., 1992; Engebraaten, 1992;
Neeman et al., 1997).
Im Gegensatz zum Monolayer bewahren die Zellen in diesem dreidimensionalen
Kultursystem den gleichen biochemischen und morphologischen Charakter, wie sie ihn
auch in in vivo-Geweben haben. Sphäroide bleiben über mehrere Wochen differenziert
und funktionsfähig. Vorteile dieses Kultursystems liegen darin, dass Zellwachstum,
Proliferation und Differenzierung in einem reproduzierbaren Format studiert werden
können (Kunz-Schughart et al., 1998). Dabei kann eine große Anzahl von Sphäroiden auf
einer 96-well-Platte kultiviert werden, wobei im Prinzip jedes Sphäroid bezüglich
Morphologie und Physiologie identisch ist.
Sphäroide, die eine kritische Größe über 500 µm überschreiten, entwickeln meist einen
nekrotischen Kern, der von einem Ring (Durchmesser 100-300 µm) aus lebenden Zellen
umgeben ist. Dieser Ring besteht in der Peripherie aus proliferierenden und im Inneren
aus ruhenden, aber noch intakten Zellen. Diese konzentrische Anordnung imitiert
deutlich das initiale avaskuläre Stadium solider Tumoren, noch nicht vaskularisierte
Metastasen oder vaskularisierte Tumorregionen. Bei letzteren präsentieren die
proliferierenden Zellen kapillarnahe Gebiete, die ruhenden Zellen den Übergang und
nekrotische Abschnitte minderversorgte Tumorgebiete, die zu weit von der
Blutversorgung entfernt sind (Mueller-Klieser, 1987; Sutherland, 1988). Der nekrotische
Bereich entsteht wahrscheinlich durch Sauerstoffmangel. Vermutlich sind weitere
limitierende Faktoren Mangel an Nährstoffen, Ansammlung von Abbauprodukten und
ein niedriger pH-Wert (Acker et al., 1987a+b;Carlsson and Acker, 1988).
Die ersten Versuche, Sphäroide für die experimentelle Krebstherapie zu verwenden,
wurden in den frühen siebziger Jahren gemacht. Damals wurden die Folgen von
Bestrahlung der Sphäroide untersucht. Mittlerweile werden aber auch Effekte von
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