Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Buchmann Institute for Molecular Life Sciences (BMLS), Physical Biology Group durchgeführt. Das wissenschaftliche Hauptziel ist, ein humanes HCC Organoid Modell für die personalisierte Krebstherapie und der Wirkstoffentwicklung zu etablieren. Die phänotypische Bewertung erfolgt mit Lichtscheibenmikroskopie (LSFM). Das LSFM bietet die besten Voraussetzungen im Vergleich zu anderen bildgebenden Verfahren. Eine Weiterentwicklung von LSFM für die industrielle Hochdurchsatzanalyse wird im Projekt angewendet. Die 3D-Bildanalyse erfolgt über einen automatischen Bildanalysestrang. Dadurch werden phänotypische Änderungen in Organoiden quantitativ bestimmt. Weiterhin wird ein systembiologischer Ansatz für therapierte HCC Organoide entwickelt. Dies wird in Form eines angepassten mathematischen Modells für Zellwachstum, Zellmorphologie und Zellkinetik realisiert. Phase 1: Etablierung eines HCC Organoid Modells. Die Entwicklung der Organoide erfolgt aus Lebergewebebiopsien von ca. 10-15 Patienten. Die entwickelten Organoide werden am BMLS mit Lichtscheibenmikroskopie (LSFM) analysiert und validiert. Es wird überprüft, ob alle pathologischen Merkmale einer HCC Erkrankung in den Proben vorliegen. Phase 2: Modellierung der Wirkung von getesteten hepatotoxischen Wirkstoffen. Der Antragsteller entwickelt ein geeignetes mathematisches Modell zur quantitativen Bewertung von bekannten Wirkstoffen in HCC Organoiden. Dadurch wird ein prädiktives Verfahren zur Optimierung neuer Chemotherapeutika erarbeitet. Phase 3: Hochdurchsatzanalyse neuer Wirkstoffe in HCC Organoiden. Basierend auf den Ergebnissen an bekannten Wirkstoffen aus der zweiten Projektphase werden die Organoide in diesem Abschnitt auf unbekannte Wirkstoffbibliotheken getestet.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Universitätsklinikum, Klinik und Poliklinik für Viszeral-, Transplantations-, Thorax- und Gefäßchirurgie durchgeführt. Die medikamentöse Behandlung von primären Leberzelltumoren erfordert die effiziente onkostatische Wirkung bei möglichst geringen Nebenwirkungen. Die patientenspezifische Prognose einer Tumortherapie ist aufgrund der interindividuellen Variabilität kaum möglich. Bisher angewendete Systeme zur Testung von potentiellen Wirkstoffen waren Tierversuche in Nagern oder aber konventionelle Kulturen von Leberzelltumoren; Ersteres aus ethischen, Zweites aufgrund limitierter Aussagekraft nur bedingt anwendbar. Im Projekt sollen potentielle Wirkstoffe zur Tumortherapie mit der neuartigen Technologie der organähnlichen Gewebekultur (Organoidkultur) in patientenspezifischem Tumorgewebe im Vergleich zum Normalgewebe desselben Patienten getestet werden. Der Einfluss der Wirkstoffe auf grundlegende biochemische und zellbiologische Prozesse wird quantitativ erfasst und die Daten zur Entwicklung eines Modells zur personalisierten Tumorbehandlung implementiert. Während die Technologie organoider Gewebekulturen für unterschiedliche Gewebe und Tumore dieser Gewebe etabliert ist, fehlt die Anwendung auf humane Leberzellkarzinome bis heute. Daher ist das Ziel des Projekts, diese Technologie zu entwickeln und zur Testung von Chemotherapeutika und zur patientenspezifischen Therapieoptimierung zu nutzen. Das Gesamtprojekt ist folglich in drei Phasen unterteilt. In Phase 1 wird die Organoidkultur für humane Leberzellkarzinome unter Verwendung einer Fluidkulturtechnologie etabliert und mit biochemischen sowie zellbiologischen Methoden analysiert. Diese dienen zur Validierung von Proteom- und Transkriptomdaten sowie von dreidimensionalen mathematischen Modellen, die durch quantitative Fluoreszenzmikroskopie lebender Organoide erstellt wurden. In der 2. Phase werden Methoden und Modelle anhand der Wirkung bekannter Chemotherapeutika validiert und in der 3. Projektphase an die künftig geplante Verwendung im High-Throughput-Screening angepasst.