Etablierung und Charakterisierung eines Tumorsurrogat-Angiogenese-Modells und erste pharmakologische Wirksamkeitsnachweise antiangiogener Substanzen mittels kontrastverstärktem Mikro-Ultraschall

In dieser Arbeit wurde ein Tumorsurrogat-Angiogenese-Modell zur in vivo Quantifizierung von antiangiogenen Therapieeffekten etabliert und mit dem kontrastverstärkten Mikro- Ultraschall charakterisiert. Hierfür wurden zunächst drei unabhängige tierexperimentelle Studien durchgeführt, in denen die Angiogenese im Modell sonographisch und histologisch untersucht wurde. Danach erfolgte in einem vierten Experiment der erstmalige Einsatz des Tumorsurrogat-Angiogenese-Modells in einem antiangiogenen Therapie-Versuch.
Im ersten Versuch wurden immundefizienten Tieren AlgB-Depots subkutan injiziert, die in vivo durch diffundierende proangiogene Wachstumsfaktoren die gerichtete Angiogenese induzierten. Es konnte gezeigt werden, dass ins AlgB-Depot einsprossende Blutgefäße mit dem kontrastverstärkten Mikro-Ultraschall detektiert und ein signifikanter Unterschied im Vaskularisierungsgrad zwischen Wachstumsfaktoren enthaltenden und -freien AlgB-Depots quantifiziert werden konnten. Die Ergebnisse konnten durch eine positive Korrelation zwischen sonographisch gemessener Kontrastsignalintensität und histologisch ermittelter Blutgefäßprofildichte unter Verwendung stereologischer Werkzeuge bestätigt werden.
Das zweite Experiment diente der sonographischen Verlaufsuntersuchung einer Angiogenese in Wachstumsfaktoren enthaltenden und -freien AlgB-Depots. Angelehnt an den ersten Versuch erhielten immundefiziente Tiere AlgB-Depots mit oder ohne Wachstumsfaktoren. Die fortschreitende Vaskularisierung der individuellen AlgB-Depots wurde sonographisch verfolgt. Bereits frühzeitig nach Versuchsbeginn konnte ein signifikanter Gruppenunterschied sonographisch gemessen werden, der am Versuchsende am deutlichsten ausgeprägt war und signifikant mit den histologisch ermittelten Blutgefäßprofildichten korrelierte.
Im dritten Tierexperiment wurde aufbauend auf Versuch zwei die sonographische Verlaufsuntersuchung in immunkompetenten Versuchstieren durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass der unterschiedliche Immunstatus sich nicht auf die sonographische Angiogenese-Messung auswirkte.
Abschließend wurde das Tumorsurrogat-Angiogenese-Modell in einem ersten Therapie- Versuch getestet. Wachstumsfaktoren enthaltende AlgB-Depots wurden immunkompetenten Mäusen subkutan injiziert. Ein Teil der Tiere wurde täglich mit Bevacizumab, einem antiangiogen wirkenden monoklonalen Antikörper gegen VEGF behandelt, der andere Teil erhielt ebenfalls täglich Regorafenib, einen in der Entwicklung befindlichen antiangiogen wirkenden Multityrosinkinase-Hemmer der Bayer Schering Pharma AG. Für beide Gruppen wurden Kontrollgruppen angesetzt, die nur mit dem jeweiligen Trägerstoff von Bevacizumab bzw. Regorafenib behandelt wurden. Die sonographische Messung der Vaskularisierung der individuellen lgB-Depots wurde einmal wöchentlich durchgeführt und die Hemmung der Angiogenese konnte quantitativ dargestellt werden. Ein signifikanter Unterschied zwischen den mit Trägerstoff behandelten und den antiangiogen behandelten AlgB-Depots konnte frühzeitig sonographisch gemessen werden. Auch hier zeigte die Korrelation der sonographischen Daten mit den stereologisch ermittelten histologischen Daten einen deutlichen Zusammenhang zwischen Blutgefäßprofildichte und Kontrastsignalintensität.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der kontrastverstärkte Mikro-Ultraschall eine schnelle, effiziente und minimal invasive Methode zur Quantifizierung von antiangiogenen Effekten im Tumorsurrogat-Angiogenese-Modell ist.
Das TSAM konnte in seiner modifizierten Form etabliert werden und bietet sich als schonendes Tiermodell zur Routine-Testung neuer potentiell antiangiogen wirkender Substanzen an.
Die Kombination des TSAM mit dem kontrastverstärkten Mikro-Ultraschall bietet erstens den Vorteil eines sensitiven Nachweises von antiangiogenen Therapieeffekten in vivo. Zweitens kann durch die individuellen Verlaufsuntersuchungen die Anzahl an Versuchstieren pro Gruppe deutlich reduziert werden, da nicht mehr für jeden Untersuchungszeitpunkt histologische Untersuchungen durchgeführt werden müssen. Drittens bedeutet das TSAM zusätzlich eine Reduzierung der Versuchstierbelastung, da keine malignen, schnell wachsenden und oft metastasierenden und nekrotisierenden Tumore mehr eingesetzt werden müssen, welche aus tierschutzrechtlichen Gründen oft zum vorzeitigen Versuchsabbruch führen.
Das etablierte Modell ist in Verbindung mit dem kontrastverstärkten Mikro-Ultraschall für die routinemäßige pharmakologische Charakterisierung neuer antiangiogener Substanzen in der biomedizinischen Forschung sehr gut geeignet.