This thesis establishes a physiologically relevant ex vivo bone marrow model that incorporates both endosteal and perivascular niches to investigate the early stages of metastatic colonization in prostate cancer. By utilizing human-derived materials, the model was designed to more accurately recapitulate the bone marrow microenvironment and aimed to capture the rarity and heterogeneity of disseminated cancer cells through advanced imaging and single-cell sequencing techniques.
Our findings reveal that prostate cancer cells engage in dynamic crosstalk with distinct microenvironmental niches, influencing colony growth and modulating cellular pathways. Furthermore, we demonstrate that FCS can be successfully replaced by hPL, to avoid animal derived supplements in the culture. Additionally, we optimized protocols for low-cell-number scenarios and refined both microscopic analysis and cell dissociation to enable single-cell transcriptomic applications within the model.
Although achieving the patient-derived DCC phenotype and successfully expanding patient-derived DCCs remain future goals, this work establishes a robust foundation. Proposed refinements include the introduction of hypoxic conditions, the adoption of fully humanized supplements, the integration of human-derived and organ-specific extracellular matrices, and the personalization of all cell types. These advancements will further enhance the model’s predictive power for studying cancer dissemination in a clinically relevant setting and support the development of targeted therapies.

Diese Dissertation etabliert ein physiologisch relevantes ex vivo Knochenmarkmodell, das sowohl die endostiale als auch die perivaskuläre Nische integriert, um die frühen Stadien der metastasierenden Kolonisation bei Prostatakrebs zu untersuchen.
Bei der Optimierung des Knochenmarkmodells konnten wir zeigen, dass das fötale Kälberserum (FCS) erfolgreich durch humanes Thrombozytenlysat (hPL) ersetzt werden kann, um die Kultivierung primärer Zellen zu unterstützen und tierische Komponenten zu vermeiden.
Durch den vermehrten Einsatz von Zellen direkt isoliert vom Patienten sollte das Modell so konzipiert werden, dass es die Komplexität und Heterogenität einzelner Patienten und des Knochenmarkmilieus genauer abbildet. Zur Erfassung der Seltenheit und Diversität disseminierter Krebszellen wurden zudem Protokolle angepasst, um diese Zellen mittels fortschrittlicher Bildgebung und Einzelzellsequenzierung effektiv zu untersuchen.
Bei der Transkriptomanalyse zeigen unsere Ergebnisse, dass Prostatakrebszellen in den verschiedenen Nischen des Knochenmarks unterschiedliche Interaktionen mit den Nischenzellen eingehen, welche das Koloniewachstum beeinflussen und spezifische zelluläre Signalwege modulieren.

Obwohl das Erreichen des in Patienten beobachteten DCC-Phänotyps und die erfolgreiche Expansion von DCCs aus Patienten noch zukünftige Ziele sind, bildet diese Arbeit ein solides Fundament. Vorgeschlagene Optimierungen umfassen das Kultivieren unter hypoxischen Bedingungen, den ausschließlichen Einsatz humaner Komponenten, die Integration humaner und organspezifischer extrazellulärer Matrix-Hydrogele (hbECM) sowie die personalisierte Isolierung aller Zelltypen. Zusammengefasst könnten diese Schritte die Aussagekraft des Modells zur Untersuchung der Krebszelldissemination in einem klinisch relevanten Kontext weiter verbessern und die Entwicklung gezielter Therapien unterstützen.