Metastasis is the major cause of death of cancer patients. Accumulating evidence suggest that metastatic dissemination is an early event. The presence of disseminated cancer cells (DCCs) in patients has been shown to increase the risk of disease recurrence. How the DCCs survive, the underlying factors or events that awaken DCCs are currently discussed and investigated and are fundamental to the understanding of cancer biology. This thesis explores the possibilities to propagate DCCs in vitro, and generate cell lines which could later be used for such functional studies.
At first, patient-derived prostate tumor tissue was used to identify in vitro conditions for propagating prostate tumor cells as spheres. Later these conditions were used to propagate bone marrow (BM)-derived DCCs from prostate cancer patients. Although the prostate tumor cells grew as spheres BM-DCCs failed to grow under these conditions. A similar observation was made in BALB-neuT mice, a breast cancer model. However, the sphere conditions for culturing mammary epithelial cells were first optimized with cytokines HIL-6 (hyper IL-6) and GRO-α (growth related oncogene α) which were shown to induce proliferation. In addition, DCC density was increased by enriching DCCs with antibodies against EpCAM, Her2 and Sca-1 (EHS). However, these conditions failed to initiate proliferation in DCCs. These results indicated that the conditions optimal for generating mammospheres from MEC were not optimal for DCC culture. Examining the effect of BM cells on primary tumor cells suggested that BM cells exerted a suppressive effect. Reduction in the sphere forming efficiency of tumor cells in medium conditioned by BM of normal or tumor bearing mice suggested a role for BM cell secreted factors in tumor cell growth suppression. On the other hand, primary tumor cells had a growth-promoting effect on BM-DCCs. Tumor cells were able to induce growth of DCC derived spheres in direct co-cultures through intercellular interactions and in transwells through secreted factors. The DCC derived spheres were tumorigenic in vivo and the tumor cells isolated from these tumors could further be expanded in vitro as cell lines. The tumors and the DCC cell lines expressed CK8/18 and Her2 and displayed an aberrant genomic profile. These cell lines could further be used to elucidate DCC biology.

Metastasierung ist die Haupttodesursache bei Krebspatienten. Immer mehr deutet darauf hin, dass die Disseminierung von Tumorzellen ein frühes Ereignis darstellt. Es wurde gezeigt, dass der Nachweis disseminierter Tumorzellen (DCC) bei Patienten das Risiko für ein Rezidiv erhöht. Welche Faktoren oder Ereignisse dazu führen, dass DCC überleben und sich zu teilen beginnen, wird derzeit untersucht. Diese Erkenntnisse sind eine Voraussetzung für das Verständnis der Krebserkrankung. Das Ziel dieser Arbeit war, geeignete Bedingungen für die in vitro Kultivierung von DCC zu bestimmen sowie Zelllinien zu generieren, die für funktionelle Untersuchungen verwendet werden können.
Zuerst wurde humanes Prostatatumorgewebe verwendet, um die in vitro Bedingungen zur Kultivierung von Prostatosphären zu bestimmen. Anschließend wurden diese Bedingungen für die Kultivierung von DCC aus dem Knochenmark von Prostatatumorpatienten getestet. Obwohl die Tumorzellen unter diesen Bedingungen Sphären bildeten, zeigten die DCC aus dem Knochenmark kein Wachstum. Ähnliche Ergebnisse zeigten Untersuchungen mit BALB-neuT Mäusen, einem murinen Brustkrebsmodell. Jedoch konnte hier durch die Zugabe von Zytokinen wie HIL-6 (hyper IL-6) und GRO-α (growth related oncogene α) die Kultivierungsbedingungen der Mammosphären optimiert und Wachstum induziert werden. Außerdem konnte durch Anreicherung der DCC mit Hilfe von Antikörpern gegen EpCAM, Her2 und Sca-1 (EHS) die Zelldichte der DCC erhöht werden. Diese Bedingungen waren jedoch nicht ausreichend, um in DCC Zellteilung und Wachstum zu induzieren. Es zeigte sich also, dass sich die Bedingungen für die Kultivierung von Mammosphären nicht für die Kultivierung von DCC eignen.
Untersuchungen von Knochenmarkzellen legten nahe, dass diese einen suppressiven Effekt auf Primärtumorzellen ausüben. Die verminderte Fähigkeit der Tumorzellen in von Knochenmarkzellen aus gesunden und tumortragenden Mäusen konditionierten Medium Sphären zu bilden, deutete eine suppressive Rolle sezernierter Faktoren aus dem Knochenmark auf das Tumorwachstum an. Dagegen zeigten Primärtumorzellen einen wachstumsfördernden Effekt auf DCC aus dem Knochenmark. In direkten Ko-Kulturen also auch in Transwells induzierten Tumorzellen das Wachstum von aus DCC gebildeten Sphären mit Hilfe von interzellulären Wechselwirkungen bzw. sezernierten Faktoren. Die aus DCC abgeleiteten Sphären bildeten in vivo Tumore aus. Isolierte Zellen aus diesen Tumoren konnten in vitro als Zelllinien expandiert werden. Die Tumore sowie die DCC Zelllinien exprimierten CK8/18 und Her2 und besaßen ein aberrantes Genom. Diese Zelllinien könnten in Zukunft für die Aufklärung der Biologie von DCC verwendet werden.