Das Mammakarzinom tritt wesentlich früher auf als die meisten anderen Krebsarten. Bei der Diagnosestellung ist etwa jede vierte Frau jünger als 55 Jahre und jede zehnte unter 45 Jahre alt. In Deutschland erkrankten 2010 rund 70.000 Frauen neu an Brustkrebs und bei Männern lag die Inzidenz im Jahr 2010 in Deutschland bei 610/Jahr.
Die Prognose der Neuerkrankungen für das Jahr 2014 liegt bei 75.200 Frauen/Jahr.
Die Mortalitätsrate lag in Deutschland bei 17.466 Sterbefällen/Jahr. In den neuen Bundesländern liegen die Inzidenz und Mortalitätsraten deutlich niedriger als in den alten. Das Mammakarzinom tritt in der europäischen Region gemessen an der prozentualen Gesamtinzidenz aller auftretenden Krebsarten am häufigsten mit 28% auf. Auch in Bezug auf die Krebsmortalität stellt das Mammakarzinom mit 17%, gemessen an der Gesamtzahl der krebsbedingten Todesfälle in der europäischen Region die Krebsart mit der größten Mortalität da. Im Jahr 2012 war das Mammakarzinom mit einer Inzidenz von 1,67 Millionen/Jahr die häufigste Krebsart der Frau weltweit.
Die höchste Inzidenz weltweit wurde in Nordamerika und die niedrigste Inzidenz des Mammakarzinoms in Asien und Afrika beobachtet. Das Mammakarzinom tritt in Asien weniger häufig auf, was besonders auf den Anteil an sekundären Pflanzeninhaltsstoffen wie Flavone/ Isoflavone, die mit einem hohen Anteil in Soja vorkommen und für einen präventiven Effekt verantwortlich sind, zurückzuführen ist. Am höchsten waren die Mortalitätsraten im internationalen Vergleich in Dänemark, den Niederlanden und Irland und am niedrigsten in Korea und Japan. Trotzdem die gemessenen Inzidenzraten beim Brustkrebs im letzten Jahrzehnt in den meisten Ländern zu- genommen haben, ist die Brustkrebsmortalität zurückgegangen oder stabil geblieben, was auf einen Anstieg der Überlebensquoten dank frühzeitiger Diagnose und verbesserter Therapiemöglichkeiten zurückzuführen ist.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 DAS MAMMAKARZINOM
1.1.1 Inzidenz und Mortalität des Mammakarzinoms
1.1.2 Kanzerogenese des Mammakarzinoms
1.1.3 Risikofaktoren für das Mammakarzinom
1.1.4 Prävention des Mammakarzinoms
1.2 NATURSTOFFE
1.3 ANGRIFFSPUNKTE FÜR ANTIKANZEROGENE SUBSTANZEN
1.3.1 Zelltod: Apoptose und Nekrose (Nekroptose)
1.3.2 Metabolismus: Die aerobe Glykolyse
1.3.3 Metastasierung: Migration und Invasion
1.4 ZIELSTELLUNG
2 Material und Methoden
2.1 MATERIAL
2.1.1 Chemikalien
2.1.2 Laborgeräte
2.1.3 Verbrauchsmaterialien
2.1.4 Kits
2.1.5 Software
2.1.6 Antikörper
2.1.7 Medien, Puffer, Lösungen
2.1.8 Zelllinien
2.1.9 Lupinus angustifolius (Sorte Boregine): Das Ausgangsmaterial
2.2 METHODEN
2.2.1 Mikrowellenextraktion (microwave assisted extraction MAE)
2.2.2 Bestimmung der Substanzklassen über die Pyrolyse-Feldionisation Massenspektrometrie (Screening)
2.2.3 Messung der Proteinkonzentration (BCA Protein Assay Kit)
2.2.4 Zellkultur
2.2.5 Untersuchung zur Proliferation, Vitalität und Zytotoxizität
2.2.6 Untersuchungen zum apoptotischen und nekrotischen Zelltod
2.2.7 Untersuchungen zur Migration und Invasion der Tumorzellen
2.2.8 Methoden zur metabolischen Analyse
2.2.9 Berechnung der mittleren Hemmkonzentration (Inhibitory Concentration, IC50)
2.2.10 Statistische Analyse
3 Ergebnisse
3.1 BESTIMMUNG DER SUBSTANZKLASSEN
3.2 ZELLCHARAKTERISIERUNG DURCH IMMUNHISTOCHEMIE
3.3 ERGEBNISSE ZUR PROLIFERATION, VITALITÄT UND ZYTOTOXIZITÄT
3.3.1 Einfluss des Proteinisolats auf die Proliferation von MCF-7 und BT20
3.3.2 Einfluss des Lupinenöls auf die Proliferation, Vitalität und Zytotoxizität der Mammakarzinomzellen MCF-7 und BT20 sowie benignen Zellen ad. Fibroblasten und MCF12A
3.3.3 Wirkung des Samen-, Blatt-, Spross- und Wurzelextraktes (19.07.2010) von Lupinus angustifolius auf die Zellproliferation und Zytotoxizität von MCF-7 und BT20
3.3.4 Einfluss des Wurzelalters auf die Zellproliferation, Vitalität sowie Zytotoxizität der Mammakarzinomzelllinien MCF-7 und BT20
3.3.5 Einfluss des Wurzelalters auf die Zellproliferation, Vitalität sowie Zytotoxizität der benignen Zellen MCF12A und ad. Fibroblasten
3.3.6 Die Wirkung des Spross- und Wurzelextraktes (05.08.2011) auf die Zellproliferation, Vitalität sowie Zytotoxizität der Mammakarzinomzelllinien MCF-7 und BT20
3.3.7 Die Wirkung des Spross- und Wurzelextraktes (05.08.2011) auf die Zellproliferation, Vitalität sowie Zytotoxizität der benignen Zellen MCF12A und ad. Fibroblasten
3.3.8 Wirkung des Wurzel- und Sprossextraktes nach 24 h, 48 h und 72 h Inkubation auf die Zellproliferation, Vitalität und Zytotoxizität von MCF-7 Zellen
3.3.9 Wirkung des Wurzel- und Sprossextraktes nach 24 h, 48 h und 72 h Inkubation auf die Vitalität der BT20 Zellen
3.3.10 Wirkung der Kontrollen Tamoxifen und 17-ß Estradiol auf die Zellproliferation, Vitalität und Zytotoxizität der malignen MCF-7 und BT20 Zellen sowie benignen MCF12A Zellen und ad. Fibroblasten
3.4 ERGEBNISSE ZUM APOPTOTISCHEN UND NEKROTISCHEN ZELLTOD
3.4.1 Morphologische Differenzierung von Apoptose und Nekrose durch die Lichtmikroskopie
3.4.2 Qualitative Bestimmung von Apoptose und Nekrose über die Fluoreszenzmikroskopie (Annexin V-FITC Kit, Miltenyi Biotec)
3.4.3 Quantitative Bestimmung von Apoptose und Nekrose (Cell Death Detection ELISA)
3.5 ERGEBNISSE ZUR MIGRATION UND INVASION DER TUMORZELLEN
3.6 ERGEBNISSE DER METABOLISCHEN ANALYSE
3.6.1 Ergebnisse der quantitativen Glukosebestimmung
3.6.2 Ergebnisse der quantitativen Laktatbestimmung
3.6.3 Bestimmung der H2O2 Konzentration
3.7 DARSTELLUNG DER MITTLEREN HEMMKONZENTRATION (INHIBITORY CONCENTRATION, IC50)
4 Diskussion
4.1 SUBSTANZKLASSENANALYSE (PYROLYSE-FELDIONISATION MASSENSPEKTROMETRIE)
4.2 UNTERSUCHUNG ZUR PROLIFERATION, VITALITÄT UND ZYTOTOXIZITÄT
4.2.1 Einfluss des Proteinisolates auf die Proliferation von MCF-7 und BT20
4.2.2 Einfluss des Lupinenöls auf die Proliferation, Vitalität und Zytotoxizität der Mammakarzinomzellen MCF-7 und BT20 sowie benignen Zellen ad. Fibroblasten und MCF12A
4.2.3 Wirkung des Samen, Blatt, Spross und Wurzelextraktes (19.07.2010) von Lupinus angustifolius auf die Zellproliferation und Zytotoxizität von MCF-7 und BT20
4.2.4 Der Einfluss des Wurzelalters auf die Zellproliferation, Vitalität sowie Zytotoxizität der malignen Zellen MCF-7 und BT20 sowie benignen Zellen MCF12A und ad. Fibroblasten
4.2.5 Wirkung von Wurzel- und Sprossextrakt (05.08.2011) auf verschiedene in vitro Parameter
5 Zusammenfassung
6 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der potenziellen gesundheitsfördernden und antikanzerogenen Eigenschaften der blauen Süßlupine (Lupinus angustifolius) am Modell des Mammakarzinoms in vitro. Es soll geklärt werden, ob ethanolische Extrakte aus verschiedenen Pflanzenorganen (Samen, Blatt, Spross, Wurzel) sowie Lupinenöl und Proteinisolat hemmende Wirkungen auf maligne Zellen entfalten, ohne benigne Zellen zu schädigen.
- Analyse der antikanzerogenen Wirkung von Lupinenextrakten an Mammakarzinomzelllinien (MCF-7, BT20)
- Untersuchung von Proliferation, Vitalität, Zytotoxizität sowie Induktion von Zelltod (Apoptose/Nekrose)
- Einfluss der Lupinenextrakte auf Migration, Invasion und metabolische Parameter (Glukose, Laktat, H2O2)
- Einfluss des Pflanzenalters auf die antitumorale Wirkung
- Vergleich der Wirkungen mit Kontrollen wie Tamoxifen und 17-ß Estradiol
Auszug aus dem Buch
1.1.2.2 Bedeutung der Tumorstammzellen
Neben dem bisherigen Modell der Kanzerogenese, welches seine Berechtigung hat, jedoch in wesentlichen Teilen inkomplett ist [57], hat sich das Verständnis der Tumorentstehung grundlegend geändert. Die Krebsstammzell-Hypothese beschreibt eine kleine Population von Zellen innerhalb des Tumors, welche die Kapazität zur grenzenlosen Selbsterneuerung besitzen [55].
Durch ihre Fähigkeit der unbegrenzten Selbsterneuerung und Apoptoseresistenz haben Tumorstammzellen eine zentrale Rolle bei der Kanzerogenese [57]. Die Hauptmasse eines Tumors kann durch Medikamente oder Bestrahlung meist schnell zerstört werden [28]. Widerstandsfähiger sind dagegen die Tumorstammzellen, sie können sich in einer Art Ruhezustand befinden und überstehen so die Krebstherapie [28]. Überlebende Krebsstammzellen können so nach Monaten oder Jahren wieder aktiv werden und neue Tumore und Metastasen entwickeln [28]. Brustkrebsstammzellen existieren in zwei verschiedenen Stadien und jedes Stadium spielt eine Rolle in der Krebsentwicklung [77].
An der Außenseite des Tumors existiert ein Typ von Tumorstammzellen, welcher sich im Stadium der epithelial-mesenchymal transition (EMT) befindet [77]. Diese Tumorstammzellen scheinen ruhend, sind aber sehr invasiv.
Im zweiten Stadium zeigen die Tumorstammzellen charakteristische Eigenschaften der mesenchymal-epithelial transition (MET) [77]. Diese Tumorstammzellen proliferieren und bilden neue Tumore. Beide Formen der Tumorstammzellen sind notwendig, um zu metastasieren und in andere Organe zu wachsen [77]. Das Verständnis beider Stadien der Tumorstammzellen ist wichtig für die Entwicklung neuer Therapien.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung vermittelt den aktuellen Wissensstand über Mammakarzinome, die Kanzerogenese, die Rolle von Naturstoffen in der Therapie und definiert die Zielsetzung der Arbeit bezüglich der blauen Süßlupine.
2 Material und Methoden: Dieser Abschnitt beschreibt detailliert die verwendeten Chemikalien, Laborgeräte, Zelllinien sowie die spezifischen in vitro Methoden zur Untersuchung von Proliferation, Zytotoxizität, Zelltod, Migration und Metabolismus.
3 Ergebnisse: Dieser Teil präsentiert die experimentellen Daten zur Wirkung von Lupinenextrakten auf verschiedene Zelllinien, unterteilt in Substanzanalysen, Zytotoxizitätstests, Einfluss des Wurzelalters und metabolische Analysen.
4 Diskussion: Hier werden die Ergebnisse kritisch interpretiert, in den wissenschaftlichen Kontext eingeordnet, mit der Literatur verglichen und Limitationen sowie therapeutische Potenziale diskutiert.
5 Zusammenfassung: Die Zusammenfassung rekapituliert die zentralen Erkenntnisse der Arbeit hinsichtlich der antitumorale Wirkung der untersuchten Lupinenextrakte auf das Mammakarzinom in vitro.
6 Ausblick: Der Ausblick schlägt weiterführende Forschungsansätze vor, wie beispielsweise Inhaltsstoffanalysen mittels LC/MS/MS und die Untersuchung der Wirkmechanismen im Rahmen von 3D-Kokultursystemen.
Schlüsselwörter
Mammakarzinom, Lupinus angustifolius, in vitro, Zellproliferation, Zytotoxizität, Apoptose, Nekrose, Migration, Invasion, Warburg-Effekt, Lupinenextrakte, Brustkrebsstammzellen, sekundäre Pflanzenstoffe, metabolische Analyse, IC50-Wert
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Dissertation?
Die Arbeit untersucht, ob Extrakte aus verschiedenen Organen der blauen Süßlupine (Lupinus angustifolius) gesundheitsfördernde, insbesondere antikanzerogene Eigenschaften bei Mammakarzinomzellen in vitro aufweisen.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Felder umfassen die Zellbiologie des Mammakarzinoms, die Wirkung sekundärer Pflanzenstoffe auf Tumorzellen, metabolische Veränderungen in Krebszellen (Warburg-Effekt) sowie die Auswirkungen von natürlichen Extrakten auf Zellproliferation und Zelltod.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es zu identifizieren, welche Pflanzenorgane der blauen Süßlupine (Wurzel, Spross, Blatt, Samen) über antitumorale Eigenschaften verfügen und ob diese eine gezielte Wirkung auf maligne Zellen entfalten, ohne benigne Zellen (wie Fibroblasten oder MCF12A) zu schädigen.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Es werden diverse in vitro Methoden angewendet, darunter der MTT-Test zur Vitalitätsbestimmung, der BrdU-Test zur Proliferationsmessung, der LDH-Test für Zytotoxizität, sowie ELISA-Tests für Apoptose und spezielle Assays für Zellmigration und -invasion.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden die Ergebnisse der Versuche dokumentiert, darunter die Charakterisierung der Lupinen-Substanzklassen, die Wirkung verschiedener Extrakte auf Tumor- und Kontrollzellen sowie der Einfluss von Faktoren wie dem Alter des verwendeten Pflanzenmaterials auf die Ergebnisse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Untersuchung?
Wichtige Begriffe sind Mammakarzinom, Lupinus angustifolius, Zellproliferation, Zytotoxizität, Apoptose, Nekrose, Migration, Invasion und der Warburg-Effekt.
Wie unterscheidet sich die Wirkung des Wurzelextrakts von der des Sprossextrakts?
Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Wurzel- als auch Sprossextrakte antikanzerogene Wirkungen haben, wobei der Wurzelextrakt häufig eine stärkere Hemmung der Zellproliferation aufwies. Die IC50-Werte verdeutlichen zudem spezifische Unterschiede in der Wirksamkeit gegenüber den verschiedenen Zelllinien.
Welche Rolle spielt das Alter der Wurzel bei der antitumoralen Wirkung?
Die Experimente belegen, dass das Alter des geernteten Pflanzenmaterials die Zusammensetzung und somit die Wirksamkeit beeinflusst; so zeigten Extrakte älterer Wurzeln oft eine stärkere konzentrationsabhängige Hemmung der Proliferation und Zytotoxizität als die jüngerer Wurzeln.
- Citation du texte
- Jana Stapel (Auteur), 2015, Gesundheitsfördernde Eigenschaften der Lupine. Prävention des Mammakarzinoms in vitro, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/382968
