Untersuchung des chemotherapeutischen Ansprechens von Krebszellen mittels eines Mikrokavitäten Bioreaktorsystem und dem Natrium Tripelquanten MRT Signal

• Antragsteller: Professor Dr. Lothar Rudi Schad
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502583939

Eine niedrige intrazelluläre Natriumkonzentration ist essenziell für die Zellvitalität. Chemotherapie von Krebszellen führt zur Apoptose, was eine Umkehrung der intrazellulären Natrium- und Kaliumkonzentration bewirkt. Somit stellt die nicht-invasive Natrium Magnetresonanztomographie (MRT) einen potenziellen Biomarker für die frühzeitige Beurteilung des Therapieansprechens dar. Besonders interessant ist dabei das intrazellulär-sensitive Tripelquanten (TQ) Signal, welches durch Interaktionen von Natriumionen mit Proteinen entsteht. Dieses TQ Signal korrelierte linear mit der intrazellulären Natriumkonzentration in perfundierten Herzen, was eine attraktive Eigenschaft zur Quantifizierung zellulärer Prozesse ist. Durch die Kombination von TQ Signal und Bioreaktor, welcher eine organotypische 3D Zellkultur in einer fein kontrollierbaren Umgebung enthält, konnten wir intrazelluläre Natriumveränderungen von Krebszellen während zweier Na/K-ATPase Blockaden beobachten. Deswegen vermuten wir, dass das intrazellulär-sensitive TQ Signal ein Biomarker für die frühzeitige Beurteilung des Therapieansprechens ist, da intrazelluläre Natriumveränderungen während der Apoptose eine essenzielle Rolle spielen. Daher wollen wir die chemotherapeutische Antwort von organotypischen 3D Zellkulturen mittels des verbesserten Systems aus TQ Signal und Bioreaktor beobachten. Weitere Verbesserungen unserer TQ Pulssequenz werden quantitative und schnelle TQ Messungen mit dem höchstmöglichen TQ Signal-Rausch-Verhältnis ermöglichen. Dafür wenden wir eine neuartige Rekonstruktionstechnik kombiniert mit inkohärenten Unterabtastungstechniken an. Die Erweiterung des Bioreaktors zur Bestimmung der intrazellulären Natriumkonzentration pro Zelle wird zudem unser Verständnis des TQ Signals auf zellulärer Ebene während der Chemotherapie vertiefen. Darüber hinaus werden wir den linearen Zusammenhang des TQ Signals mit der intrazellulären Natriumkonzentration während verschiedener Na/K-ATPase Blockaden verifizieren, um zelluläre Prozesse mittels TQ Signal zu quantifizieren. Mit dem verbesserten Setup von TQ Signal und Bioreaktor werden wir abschließend die chemotherapeutische Behandlung der sehr gut charakterisierten Ratten 9L Gliosarkom Zelllinie mit 1,3-Bis(2-chlorethyl)-1-nitrosoharnstoff (BCNU) untersuchen. Denn die Veränderungen der intrazellulären Natriumkonzentration und des Singelquanten MRT Signals während der BCNU Behandlung von 9L Zellen sind sehr gut untersucht. Folglich können wir das TQ Signal als einen Biomarker für die frühzeitige Beurteilung des Therapieansprechens evaluieren. Des Weiteren können wir in zukünftigen Studien die essenzielle Rolle einer niedrigen intrazellulären Natriumkonzentration für die BCNU Chemotherapieresistenz von 9L Zellen mithilfe des TQ Signals untersuchen. Unser langfristiges Ziel ist es die Kombination aus TQ Signal und Bioreaktor als ein einzigartiges Werkzeug für die Krebsmedikamentenentwicklung in einem translationalen Ansatz zu etablieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen