Der Hauptschwerpunkt der Translational Drug Screening Unit (TDSU) ist die translationale Forschung vom Labor zum Krankenbett und zurück. Unser Ziel ist es, mehr therapeutische Optionen für pädiatrische Krebspatienten zu identifizieren, indem wir funktionelle Daten zum Ansprechen auf einzelne und kombinierte Medikamente mit der gut etablierten INFORM-Analyse zur Erstellung von Molekularprofilen integrieren. Zu diesem Zweck haben wir ein Profiling der Arzneimittelempfindlichkeit an Mikrotumoren durchgeführt, die aus frischen Tumorproben von INFORM-Patienten gewonnen wurden (Peterziel et al., 2022). Bei diesen Mikrotumoren handelt es sich um dreidimensionale (3D) heterogene multizelluläre Sphäroide unter serumfreien Bedingungen, um zelluläre Interaktionen und die Zusammensetzung der zellulären extrazellulären Matrix zu erhalten. Das Wirkstoffscreening wird innerhalb von 2-7 Tagen nach der Tumorresektion/Biopsie des Patienten durchgeführt, wobei klinisch relevante Krebstherapeutika zur Erstellung eines Wirkstoffempfindlichkeitsprofils (DSP) jedes einzelnen Tumors verwendet werden. Treffer werden auf der Grundlage der Ausreißer-Empfindlichkeit innerhalb der (sich ständig erweiternden) DSP-Kohorte und unter Berücksichtigung klinisch relevanter Parameter, z. B. der Wirkung bei klinisch erreichbaren Konzentrationen, identifiziert. In enger Zusammenarbeit mit anderen KiTZ-Gruppen setzen wir unsere Plattform zusätzlich ein, um DSP-Daten von pädiatrischen Tumorzelllinien, von Patienten stammenden Langzeit-Zellkulturen und PDX-Tumorzell-Reisolaten zu generieren.

Wir verwenden pädiatrische Krebs-Zebrafisch-Embryomodelle (Danio rerio) zur Untersuchung und Überwachung von Tumorwachstum und -progression auf Einzelzellebene und zur Validierung der Zellkulturergebnisse. Die Zebrafischmodelle dienen als Mittel- bis Hochdurchsatzansatz für das In-vivo-Wirkstoffscreening, um potenzielle therapeutische Strategien für die Behandlung von Kindern mit rezidivierenden Krebserkrankungen zu ermitteln. Xenotransplantationsmodelle aus etablierten Zelllinien und Gewebeproben von Patienten (zPDX) werden zur Bewertung und Vorhersage des therapeutischen Ansprechens eingesetzt.

Ziel dieser Projekte ist die Identifizierung von verwertbaren zellulären Veränderungen in pädiatrischen Tumoren des Nervensystems (Neuroblastom, Medulloblastom, Gliom, Ependymom) durch Hochdurchsatz-Wirkstoffscreening. Wir verwenden verschiedene Tumormodelle, wie von Patienten stammende Kurz- und Langzeitkulturen und etablierte Zelllinien, um beispielsweise zu untersuchen, ob Krebsmedikamente, die auf das Epigenom abzielen, eine therapeutische Option für Kinder mit diffusem Mittelliniengliom mit H3-Mutationen darstellen könnten, die eine sehr schlechte Prognose haben. Bei behandlungsresistenten Neuroblastomen untersuchen wir, wie die Hemmung von Zelloberflächenrezeptoren und Medikamenten-Efflux-Pumpen sowie die Beeinflussung von Matrix-Metalloproteinasen die Chemotherapieresistenz überwinden kann. Ein weiterer Schwerpunkt unserer Studien ist das Lysosom, eine zelluläre Organelle, die für den Abbau von zellulären Makromolekülen verantwortlich ist. Bei behandlungsresistenten Neuroblastomen konnten wir zeigen, dass ein Mitglied der Histondeacetylase (HDAC)-Familie, HDAC10, die Autophagie sowie die Ausscheidung von Medikamenten über lysosomale Exozytose fördert (Oehme et al. 2013, Ridinger et al. 2018). Wir haben außerdem gezeigt, dass Breitspektrum-HDAC-Inhibitoren wie Panobinostat und Vorinostat die Autophagie in Neuroblastomen modulieren und dass die Kombination dieser HDACs mit Autophagie-Inhibitoren wie Chloroquin Neuroblastomzellen effektiv abtötet (Koerholz et al. 2021).

Wir haben das HDAC-Mitglied HDAC8 als therapeutisches Ziel beim Neuroblastom identifiziert. Die Hemmung von HDAC8 fördert die Differenzierung von aggressiven Neuroblastomzellen in vitro und in vivo (Oehme et al. 2009, Rettig et al. 2015). Darüber hinaus erwiesen sich Inhibitoren der Rezeptortyrosinkinase ALK, die wir in einem kinomweiten RNAi-Screening als potenziell synthetisch tödliches Ziel identifiziert haben, als synergistische Kombinationspartner von HDAC8-Inhibitoren. Die gleichzeitige Hemmung von HDAC8 und ALK-Signalübertragung blockiert tumorrelevante Signalwege wie die ERK-Signalübertragung, die in Neuroblastomzellen effektiv den Zelltod auslöst (Shen et al. 2018). Unsere Studien zeigen jedoch auch, dass eine Untergruppe von Zellen der Behandlung mit HDAC8-Inhibitoren entgeht. Wir untersuchen derzeit, wie sich diese behandlungsresistenten Zellen in ihrem Genexpressionsprofil von HDAC8-Inhibitor-empfindlichen Zellen unterscheiden, um systematisch nach Angriffszielen in HDAC8i-resistenten Zellen zu suchen. Ein möglicher Weg, solche resistenten Zellen abzutöten, ist die gleichzeitige Hemmung von HDAC8 und HDAC10 durch hochselektive HDAC6/8/10-Inhibitoren wie TH34 (Kolbinger et al. 2018).