Einblicke in die Interaktionen von mesen chymalen Stammzellen aus Fettgewebe und Tumorzellen

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1 Fortbildung Eva Köllensperger, Günter Germann Einblicke in die Interaktionen von mesen chymalen Stammzellen aus Fettgewebe und Tumorzellen Was bedeutet das für die Klinik? Fett enthält neben reifen Adipozyten, Endothelzellen und Fibroblasten unter anderem eine große Zahl mesenchymaler Vorläufer- oder Progenitorzellen [1, 2]. Die ursprünglichsten dieser Zellen werden als adipose tissue-derived stem cells (ADSCs) bezeichnet. ADSCs können relativ einfach aus exzidiertem oder abgesaugtem Fettgewebe isoliert werden. Dazu werden, etwa mithilfe von Kollagenase, unter Entstehung einer Einzelzellsuspension, die zellulären Verbindungen im Fettgewebe aufgespalten. Nach Filtration und Waschen bildet sich durch Zentrifugation ein Pellet, das die stromale vaskuläre Fraktion (SVF) enthält. Die SVF ist das primäre Zellisolat aus Fettgewebe ohne Adipozyten und besteht zu etwa 37 Prozent aus ADSCs [1 3]. In einem Milliliter Fettgewebe können sich abhängig von Patient und Isolationsmethode zirka ADSCs befinden [1 5]. AD- SCs können bei Bedarf in vitro vermehrt werden, sind aber auch in regulären Fetttransplantaten enthalten und können eine Vielzahl von Wirkungen vermitteln. Sie verfügen über eine Reihe interessanter Eigenschaften, die sie für den Einsatz in der regenerativen Medizin als vielversprechende Option erscheinen lassen [6]. ADSCs sezernieren eine Reihe von Wachstumsfaktoren und Zytokinen in ihre unmittelbare Umgebung Neben ihrer Fähigkeit zur Expansion und Selbsterneuerung sind sie multipotent, d. h. sie können in diverse andere adulte Zelltypen ausreifen, z. B. Adipozyten, Osteozyten oder Chondrozyten [7]. ADSCs sind zudem gegenüber Hypoxie und mechanischem Stress deutlich unempfindlicher als reife Zellen. Dies ist besonders im Zusammenhang mit den klinisch standardmäßig durchgeführten Fetttransplantationen interessant, da hierbei die implantierten Fettstückchen initial per Diffusion ernährt werden, bis sie erneut Anschluss an das Gefäßsystem erlangen [4, 8]. ADSCs sezernieren eine Reihe von Wachstumsfaktoren und Zytokinen in ihre unmittelbare Umgebung, ihr sogenanntes Sekretom, das dort parakrin vielfältige Effekte bewirkt [9 11]. Sie sind in der Lage aktiv zu migrieren, beispielsweise in hypoxische Gewebebereiche oder entlang eines Chemokin-Gradienten [12, 13]. ADSCs können isoliert als Stammzelllösung oder in Kombination mit einem Fetttransplantat als Stammzell-angereichertes Transplantat (cell-assisted lipotransfer, CAL) verwendet werden. ADSCs werden 141

2 dabei u. a. mit einem verbesserten Einheilen und einer höheren Anwachsrate des transplantierten Fettes in Verbindung gebracht [14 16]. ADSCs gelten auch im Hautbereich als vielversprechendes, zukünftiges Werkzeug in der regenerativen Medizin und scheinen zahlreiche Möglichkeiten zu eröffnen. So wird u.a. eine Zunahme des dermalen Kollagen-Gehaltes, eine Unterstützung der Neoangiogenese und eine Hemmung der Melanin-Synthese durch die ADSCs postuliert [17, 18]. Diese Effekte werden in erster Linie parakrin vermittelt und reflektieren die Reaktion der umliegenden Zellen, wie etwa Fibroblasten, Melanozyten oder Endothelzellen, auf die von den Stammzellen sezernierten Wachstumsfaktoren oder Zytokine. Auch die vielfältigen weiteren Effekte, mit denen ADSC in Verbindung gebracht werden, wie zum Beispiel Immunmodulation, Unterstützung der Wundheilung oder Knochenbruchheilung, anti-oxidative, anti-apoptotische, anti-fibrotische Wirkung oder Förderung der Angiogenese [6, 19-22] werden in erster Linie durch das ADSC-Sekretom vermittelt. ADSCs reagieren auf Botenstoffe der sie umgebenden Zellen Das Sekretom ist die Gesamtheit der von den ADSCs in ihre unmittelbare Umgebung sezernierten Faktoren, wie etwa Wachstumsfaktoren, Interleukine, Zyto- und Chemokine, sowie Proteasen, die dort parakrin eine Reaktion auslösen [9, 10, 23]. ADSCs ihrerseits reagieren auf Botenstoffe der sie umgebenden Zellen. Es besteht eine wechselseitige Beeinflussung und Regulation. So interagieren auch Stamm- und Tumorzellen auf vielfältige Weise miteinander. Bei räumlicher Nähe ändert sich ihr Sekretom quantitativ und qualitativ, es kommt zu Veränderungen klassischer maligner Merkmale, möglicherweise auch zu einer Tumorprogression. In den letzten Jahren fokussiert sich die Tumorforschung immer mehr auch auf das Tumorstroma und die darin enthaltenen Tumor-assoziierten Fibroblasten (cancer-associated fibroblasts = CAF) sowie Tumorassoziierten Makrophagen (TAM). Diese spielen eine entscheidende Rolle in der Progression des Tumorgeschehens. Es konnte bereits gezeigt werden, dass in der Mikroumgebung von Mammakarzinomen mesenchymale Stammzellen, auch aus Fettgewebe, vorhanden sind [13, 24]. Die SVF des umgebenden Fettgewebes scheint dabei besonders am Aufbau des vaskulären und fibrösen Tumorstromas beteiligt zu sein [25]. Wir konnten in mehreren eigenen Versuchsreihen mit unterschiedlichen Tumorentitäten (Primärzellen und Tumorzelllinien), wie beispielsweise dem Plattenepithelkarzinom der Haut, dem malignen Melanom der Haut sowie verschiedeneren Mammakarzinomzellen zeigen, dass die Ko-Lokalisation von humanen ADSCs und Tumorzellen in vitro zu signifikanten Steigerungen der Migration, der Invasivität und der Angiogenese führt ([26, 27] und weitere unpublizierte Ergebnisse). ADSCs und Tumorzellen sezernieren eine Reihe malignitäts-assoziierter Proteine in ihre Umgebung. In Ko- Kultur in vitro oder bei Ko-Lokalisation in vivo kommen beide Zelltypen mit neuen Wachstumsfaktoren, Zytokinen und Metalloproteinasen oder deutlich veränderten Konzentrationen derselben in Kontakt. Die wichtigsten Unterschiede in unseren Untersuchungen lagen in einem deutlichen Anstieg der CCL2-, HGF-, IL-6- und -8-, sowie MMP-1-, -2-, -3- und -10-Konzentration in der Ko- Kultur im Vergleich zur Mono-Kultur. Tumor-assoziierte Makrophagen in hoher Zahl sind bei vielen Tumoren mit einer schlechteren Prognose verknüpft In Ko-Kultur wurden neben CCL2 (chemokine (C-C motif) ligand 2) auch andere Zyto- und Chemokine kräftig hochreguliert, besonders bei den ADSCs. Ein entzündliches Infiltrat und entsprechende inflammatorische Botenstoffe wie Zytokine und Chemokine sind ein wichtiger Bestandteil des Tumormilieus und tragen maßgeblich zur Tumorentwicklung und -progression bei [28, 29]. Unter anderem durch Chemokine wird eine spezielle Leukozyten/Monozyten-Subpopulation, die sogenannten Tumor-assoziierten Makrophagen (TAMs) in den Tumor gelockt, die das Tumorwachstum und die Metastasierung durch Stimulation von Angiogenese, Degradation der extrazellulären Matrix (ECM) und Tumorzellproliferation unterstützen [28, 30 32]. TAMs in hoher Zahl sind bei vielen Tumoren mit einem Fortschreiten der Erkrankung und einer schlechteren Prognose verknüpft [33]. CCL2 spielt eine zentrale Rolle im Tumorgeschehen (Abb. 1), u.a. als wichtiger Chemotaxis-Faktor, der von Tumorzellen, CAFs und TAMs sezerniert wird. CCL2 erhöht dabei signifikant und dosisabhängig die Migra- 142

3 Abbildung 1 CCL2 ist ein zentraler Faktor der Tumorzell-Stroma-Interaktion. In Tumoren kann CCL2 u.a. von den Tumorzellen selbst, den CAFs, aber auch den ADSCs oder TAMs gebildet werden. Durch CLL2 wird die Freisetzung von MMPs aus den TAMs induziert, was das invasive Wachstum, die Neoangiogenese und damit das Tumorwachstum sowie die Metastasierung fördert. Zusätzlich werden über CCL2 chemotaktisch neue ADSCs und TAMs in den Tumor gelockt, was diesen Effekt weiter verstärkt und gleichzeitig für eine Reduktion der Anti-Tumor-Antwort des Immunsystems und ein erhöhtes Tumorzellüberleben sorgt. CLL2 ist damit eine zentrale Komponente in der Tumorzell-Tumorstroma-Interaktion und dem sich selbst unterhaltenden und verstärkenden Tumorwachstum. tion von ADSCs in die Tumorumgebung [13]. Außerdem lockt CCL2, aber auch CCL5, IL-8 oder SDF-1 weitere TAMs in den Tumor. TAMs produzieren eine Reihe tumorbegünstigender Faktoren, wie etwa MMPs oder Urokinase-Typ Plasminogen-Aktivator (upa). Sie können das Tumorwachstum und die Metastasierung durch Stimulation der Angiogenese, Degradation der extrazellulären Matrix, Induktion der Tumorzellproliferation und Hemmung der Anti-Tumor-Reaktion des Immunsystems fördern [24]. Eine große Zahl TAMs im Tumorgebiet ist deshalb mit einer schlechteren Prognose und einem Fortschreiten der Erkrankung assoziiert [34]. Es wurde gezeigt, dass CCL2 und CCL5 TAMs dazu stimulieren, Proteasen in ihre Umgebung zu sezernieren. Auch wurde CCL2 mit einem gesteigerten Tumorzellüberleben, einem Fortschreiten der Tumorerkrankung und CAF-Tumorzell-Interaktionen in Verbindung gebracht [35]. CCL2 steht aber nicht nur in Zusammenhang mit zellulärer Migration und Tumorprogression, sondern auch mit epithelial-mesenchymaler Transition (EMT) [28], ein Prozess den Tumorzellen u.a. in Vorbereitung einer Metastasierung durchlaufen. Dabei wird durch Reduktion von E-Cadherin an der Zelloberfläche die Zell-Zell-Adhäsion geschwächt, die Motilität der Zellen erhöht und invasives Verhalten sowie die Metastasierung erleichtert [36]. Klinische Studien zeigen eine inverse Korrelation der E-Cadherin-Konzentration eines Tumors mit dem Grad der Tumorerkrankung und der Mortalitätsrate [37]. Auch eine Reihe pro-angiogenetischer Faktoren, wie z. B. FGF-2, IL-8, VEGF, CCL2 und CXCL6 wurde in unseren Studien in den ko-kultivierten Tumor- und Stammzellen verstärkt exprimiert. Diese Faktoren sind bekannt dafür die Neoangiogenese durch Erhöhung der Migration und Mitose von Endothelzellen, der Formierung neuer Kapillaren und Gefäßfenster sowie die Hemmung der Endothelzellapoptose zu fördern [38 41]. Durch die Bereitstellung von Sauerstoff und Nährstoffen ist dies eine wichtige Komponente des Tumorwachstums. Erhöhte IL-6-Serumspiegel wurden bei mehreren Tumorentitäten mit Malignität, Tumorprogression und schlechtem klinischen Verlauf assoziiert Ergänzend dazu wurden in unseren Ko-Kulturen angiostatische Zytokine herunterreguliert bzw. nur in sehr geringem Maße sezerniert. Entsprechend konnten wir durch das konditionierte Medium aus verschiedenen 144

4 ADSCs-Tumorzell-Ko-Kulturen eine Zunahme der Angiogenese in In-vitro-Kapillarinduktionsassays feststellen. Zusätzlich führt eine Reihe dieser angiogenetisch wirksamen Proteine zur verstärkten Aktivität und Ausschüttung von Metalloproteinasen, welche nicht nur die Neoangiogenese erleichtern, sondern durch Degradierung der extrazellulären Matrix auch das invasive Tumorwachstum fördern können [42 44]. ADSCs und Tumorzellen sezernieren bereits in Monokultur bemerkenswert hohe Mengen IL-6 und IL-8. Durch die Ko-Lokalisation mit den verschiedenen Tumorzellen wurde die IL-6-Genexpression der ADSCs stark hochreguliert, der IL-6-Proteinspiegel im konditionierten Medium stieg entsprechend und die Tumorzellen wurden sehr hohen IL-6-Konzentrationen ausgesetzt. IL-6 ist ein bekannter wachstumsfördernder Faktor für diverse Tumortypen in vivo [45 47]. Erhöhte IL-6-Serumspiegel wurden mit Schlüsselkriterien von Malignität, einer Tumorprogression und einem schlechten klinischen Verlauf in mehreren Tumorentitäten assoziiert [48 51]. In humanen Mammakarzinom-Gewebeproben wurde IL-6 besonders in den proliferierenden Randbereichen gefunden und zeigte eine positive Korrelation mit fortgeschrittenen Tumorstadien. Vermutlich über eine autokrin-parakrine Vorwärtskoppelung kann von Mammakarzinomzellen sezerniertes IL-6 auch die Expression von IL-6 in den umliegenden Zellen fördern. Eine durch IL-6 induzierte Tyrosin-Phosphorylierung von STAT3 scheint dabei über eine JAK-abhängige Signalkaskade ein Hauptgrund für die Induktion von Metastasen und das Anlocken von Tumor-assoziierten suppressiven Knochenmarkszellen, Endothelzellen und Stromazellen in Mammakarzinomen mit erhöhtem IL- 6-Spiegel zu sein [52]. MMPs degradieren die umliegende extrazelluläre Matrix, erleichtern die Neoangiogenese und fördern damit das Tumorwachstum Ein Teil der IL-6-Wirkung wird vermutlich auch über eine gesteigerte TWIST-Expression und -Stabilisierung sowie eine reduzierte TWIST-Degradierung in den Tumorzellen vermittelt. Dadurch werden die Zell-Motilität, die Tumorprogression und die Chemoresistenz erhöht und die Apoptose der Tumorzellen vermindert [53, 54]. Zusätzlich wird die MMP-Expression erhöht und der Tissue inhibitor of metalloproteinases-1 gehemmt, was eine Rolle bei der Metastasierung spielt [55, 56]. Auch in unserem Experiment zeigte sich in der Ko-Kultur nicht nur eine gesteigerte TWIST-Genexpression in den Tumorzellen, sondern auch eine erhöhte Gen- und Proteinexpression von MMP-1, -2, -3 und -7. ADSCs, aber auch CAFs, sezernieren hohe Mengen Metalloproteinasen, wie z. B. MMP-1, -2, -3, -9 und -10 [24]. MMPs degradieren nicht nur die umliegende extrazelluläre Matrix und ermöglichen dadurch invasives Tumorwachstum, sondern erleichtern auch die Neoangiogenese und fördern damit ebenfalls das Tumorwachstum. Eine veränderte MMP-Expression wurde bereits mit erhöhter Krebszellinvasion und einer schlechteren Gesamtprognose bei verschiedenen Tumorerkrankungen assoziiert [57, 58]. Zusätzlich stimuliert z. B. MMP-9 verschiedene Integrine und setzt ECM-gebundene Moleküle frei, die im Gewebe eine neue Mikroumgebung für Tumorzellen kreieren und somit die Metastasierung erleichtern können. Mammakarzinomzellen können Morphologie und Funktion von ADSCs in Richtung eines Myofibroblasten-artigen Zelltyps verändern Bei Ko-Lokalisation mit ADSCs werden Tumorzellen durch die entsprechende Sekretion der Stammzellen gegenüber einer deutlich höheren IL-8-Konzentration exponiert. IL-8 vermittelt seine biologischen Effekte über zwei G-Protein-gekoppelte Oberflächenrezeptoren, CXCR1 und CXCR2, die u. a. auf Tumorzellen, Endothelzellen, Neutrophilen und TAMs exprimiert werden. Die Bindung von IL-8 an den Rezeptor führt zur veränderten Aktivität mehrerer Transkriptionsfaktoren sowie der Modulation der Proteintranslation und beeinflusst die Organisation des Zytoskeletts über post-transkriptionelle Regulation. Es wurde gezeigt, dass IL-8 das Wachstum und das Überleben, sowie die Chemoresistenz von Tumorzellen und die Infiltration des Tumorgewebes durch Neutrophile fördert und die Freisetzung von Wachstumsfaktoren aus TAMs stimuliert [59, 60]. Zusätzlich regt IL-8 die Angiogenese über eine Steigerung der Proliferation, des Überlebens, der Chemotaxis und der Migration von Endothelzellen an [61]. Hohe IL-8-Spiegel wurden bei Brustkrebspatientinnen außerdem mit einem weiter fortgeschrittenen Tumorstadium, einem beschleunigten klinischen Verlauf mit reduziertem Überleben und einem erhöhten Lymphknotenbefall assoziiert [62]. Es konnte bereits in einem In-vivo-Modell gezeigt werden, 145

5 dass die Ko-Injektion von Mammakarzinomzellen und ADSCs im Vergleich zur Injektion der Tumorzellen allein mit einem signifikant höheren Tumorvolumen und einer höheren Gefäßdichte assoziiert ist, vermutlich aufgrund erhöhter IL-8- und VEGF-Spiegel [63]. Dr. med. Eva Köllensperger mit Fritz-Linder-Forumspreis ausgezeichnet Immer häufiger werden Fetttransplantationen durchgeführt, bei denen der Stammzellanteil des Fetttransplantats künstlich erhöht wurde (CAL = cell-assisted Lipotransfer). Welche Folgen dieses Vorgehen insbesondere beim Brustaufbau nach Mammakarzinom hat, untersuchte die Wissenschaftlerin Dr. med. Eva Köllensperger mit Eva Köllensperger der Forschungsgruppe um Prof. Dr. med. Günter Germann am Ethianum Heidelberg. Für ihren Vortrag Der Einfluss humaner Stammzellen aus Fettgewebe auf die malignen Eigenschaften verschiedener Mammakarzinomzelllinien Konsequenzen für den Zell-assistierten Lipotransfer wurde die Fachärztin für Plastische und Ästhetische Chirurgie auf dem 132. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie in München ausgezeichnet. Sie erhielt den Preis, verbunden mit einer Urkunde und einer Prämie. Aus über 600 eingereichten Vorträgen aller chirurgischen Fachgesellschaften wurden die sechs Arbeiten mit der höchsten wissenschaftlichen Bewertung ausgewählt und im Rahmen des chirurgischen Forums vorgestellt. Ein interdisziplinäres Komitee erfahrener Experten entschied sich für die Arbeit von Eva Köllensperger und Ko-Autoren. Das Ergebnis der Arbeiten in vitro zeigt eindrücklich, dass Stammzellen und Tumorzellen miteinander agieren, doch leider nicht im positiven Sinne. Bei der CAL-Methode löst man in der Regel die Stammzellen enzymatisch aus ihrer Nische heraus, mischt sie mit einem weiteren Teil regulären Fetts und transferiert sie wieder in die Patientin. Stammzellen, die sich nicht mehr in ihrer Nische befinden, sind jedoch schlechter kontrolliert und deutlich anfälliger für neue Reize, wie etwa Chemokine, die von eventuell verbliebenen Tumorzellen ausgesendet werden und u. a. die Stammzellen in Richtung Tumor locken können. Die Untersuchung zeigt, dass viele Eigenschaften und Parameter, die klinisch mit der Bösartigkeit und Metastasierung von Brustkrebs assoziiert sind, durch die Nähe von Tumorzellen zu Stammzellen eindeutig und statistisch signifikant erhöht werden. Dies könnte auch in vivo ein stärkeres und aggressiveres Tumorwachstum und eine frühere Metastasierung bedeuten. Tumorzellen, wie beispielsweise Mammakarzinomzellen, stimulieren u.a. die Freisetzung von Chemokine (C-C motif) ligand 5 (CCL5) aus mesenchymalen Stammzellen aus Knochenmark. Dieses CCL5 erhöht wiederum parakrin die Motilität, Invasion und Metastasierung der Tumorzellen [64]. Mesenchymale Stammzellen aus Knochenmark, die subkutan in die Nähe eines Mammakarzinoms verabreicht wurden, konnten drei Tage später unmittelbar um den Tumor herum nachgewiesen werden [13]. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Mammakarzinomzellen, vermutlich über die Sekretion von TGF-β, in der Lage sind die Morphologie und Funktion von mesenchymalen Stammzellen aus Fettgewebe (ADSC) in Richtung eines Myofibroblasten-artigen Zelltyps, ähnlich den CAFs, zu verändern [65]. CAFs stehen im Verdacht das Tumorwachstum zu unterstützen, u.a. durch Sekretion von Stromal-derived factor-1 (SDF-1/ CXCL-12), welcher über den CXCR4-Rezeptor direkt das Zellwachstum und die Zellmotilität stimuliert. Zusätzlich wird die Angiogenese durch Rekrutierung von Endothelvorläuferzellen in die Tumormikroumgebung gefördert. CAFs sezernieren ein Reihe von Gewebeproteasen, wie z. B. MMPs oder upa, und verstärken dadurch die Invasion. Außerdem wurden CAFs auch mit der epithelial-mesenchymalen Transition (EMT) von Tumorzellen in Verbindung gebracht, einem Schlüsselmoment in der Tumorprogression [24]. Eine Erhöhung des HGF-Spiegels in der Umgebung von Tumorzellen, etwa durch lokale ADSCs, könnte das Risiko einer malignen Progression mit sich bringen Wir konnten in unseren Untersuchungen auch zeigen, dass ADSCs hohe Mengen HGF (hepatocyte growth factor) sezernieren. HGF ist ein potenter angiogenetischer Faktor und klinisch in verschiedenen Tumorentitäten mit einem weiter fortgeschrittenem Stadium assoziiert [66], insbesondere aufgrund der Förderung einer epithelial-mesenchymalen Transition, der Invasivität und der Metastasierung [24, 67]. Außerdem verstärkt HGF die Migration und Invasion von Tumorzellen in vitro und ist eine Hauptkomponente der durch CAFs induzierten Tumorprogression [68, 69]. Eine Erhöhung des HGF- Spiegels in der Umgebung von Tumorzellen, etwa durch lokale ADSCs, könnte somit das Risiko einer malignen Progression mit sich bringen. 146

6 Bisherige Studien mit nicht-zellulär augmentierten, regulären Fetttransplantaten zur Volumenaugmentation oder -rekonstruktion der Brust zeigten keine eindeutigen Hinweise auf eine generelle Erhöhung des Tumor- oder Rezidivrisikos [70, 71]. Für die Anwendung von ADSCs oder ADSCs-/SVF-augmentierten Fetttransplantaten (CAL) besonders im Bereich der Brust liegen jedoch zurzeit keine ausreichenden Daten zur onkologischen Sicherheit vor [74]. Nicht nur in unseren In-vitro-Untersuchungen zeigte die Ko-Lokalisation von ADSCs und Mammakarzinomzellen Hinweise für ein erhöhtes onkologisches Risiko. Möglicherweise gilt dies auch in vivo, klinisch besonders im Zusammenhang mit der Verwendung von Fett oder Zell-angereicherten Fetttransplantaten (CAL) zur rekonstruierenden, angleichenden oder ästhetischen Mamma-Augmentation nach brusterhaltender Therapie bei Mammakarzinom, bei Hoch-Risiko-Patientinnen oder Patientinnen mit gehäuft positiver Familienanamnese [72]. Bei Änderungen der Nische durch neue benachbarte Zellen, Hypoxie oder ein verändertes Chemokin-Milieu kann sich das Verhalten der Stammzellen wandeln Der Unterschied zwischen einem regulären Fetttransplantat und einem Zell-assistierten Fetttransplantat liegt dabei aus onkologischer Sicht darin, dass für den Zellassistierten Lipotransfer Stammzellen enzymatisch oder mechanisch aus ihrer Nische herausgelöst werden und anschließend zunächst frei im transplantierten Fett liegen. Stammzellen werden jedoch durch ihr unmittelbares Milieu, bestehend aus umliegenden Zellen und extrazellulärer Matrix, der sogenannten Nische, reguliert. Bei Änderungen der Nische durch neue benachbarte Zellen, Hypoxie oder ein qualitativ oder quantitativ verändertes Chemokin-Milieu kann sich das Verhalten der Stammzellen ändern, beispielsweise im Hinblick auf ihre Proliferation oder Differenzierung, aber auch ihre Neigung zur Migration oder ihr Sekretom [73]. Insofern gelten Ergebnisse hinsichtlich der onkologischen Sicherheit regulärer Fetttransplantate nicht unbedingt auch für den Zell-assistierten Lipotransfer oder die Anwendung von SVF. Die Datenlage zur onkologischen Sicherheit von CALs ist bisher noch unzureichend, u. a. auch deshalb, weil die Aufarbeitungsmethoden sich teilweise deutlich unterscheiden und selten Angaben über den tatsächlichen Gehalt des Transplantats gemacht werden (Zellzusammensetzung und -zahl, Anzahl vitale Zellen, etc.). Ein verantwortungsvoller Umgang mit Stammzellen, der SVF oder einem Zell-assistierten Lipofilling erfordert ein umfassendes Wissen, nicht nur über die zelluläre Zusammensetzung des Transplantats und dessen Sekretom, sondern auch über die möglichen Wirkungen und Wechselwirkungen im Zielgewebe. Trotz genauer Kenntnisse über die Zusammensetzung des Transplantats bleibt dessen Wirkung im Gewebe immer auch von örtlichen Gegebenheiten abhängig, die von außen nicht immer vollständig zu erkennen bzw. vorauszusehen sind. Auch weiter entfernte Prozesse (wie Hypoxie, Tumore, Entzündungen) können das Verhalten der Stammzellen beeinflussen oder zu einer Abwanderung der Zellen führen. Angesichts der noch unzureichenden klinischen Datenlage hinsichtlich Wirkung, Verbleib der Zellen und onkologischer Sicherheit in vivo und der zum Teil kritischen experimentellen Ergebnisse, sind wir der Auffassung, dass sich die Anwendung von ADSCs, SVF und CAL im Moment noch in der Phase des klinischen Experiments befindet und, trotz der verständlichen Begeisterung über die zahlreichen faszinierenden und positiven Eigenschaften der ADSCs, nur mit entsprechender Vorsicht und einer dezidierten Aufklärung der Patienten hinsichtlich möglicher Neben- und Wechselwirkungen durchgeführt werden sollte. K Literatur 1. Suga H, Matsumoto D, Inoue K, et al (2008) Numerical measurement of viable and nonviable adipocytes and other cellular components in aspirated fat tissue. Plast Reconstr Surg 122: Eto H, Suga H, Matsumoto D, et al (2009) Characterization of structure and cellular components of aspirated and excised adipose tissue. Plast Reconstr Surg 124: Buschmann J, Gao S, Harter L, et al (2013) Yield and proliferation rate of adipose-derived stromal cells as a function of age, body mass index and harvest site-increasing the yield by use of adherent and supernatant fractions? Cytotherapy 15: Suga H, Eto H, Aoi N, et al (2010) Adipose tissue remodeling under ischemia: death of adipocytes and activation of stem/progenitor cells. Plast Reconstr Surg 126: Yu G, Wu X, Dietrich MA, et al (2010) Yield and characterization of subcutaneous human adipose-derived stem cells by flow cytometric and adipogenic mrna analyzes. Cytotherapy 12:

7 NEUerscheinung 6. Mizuno H, Tobita M, Uysal AC (2012) Concise review: adipose-derived stem cells as a novel tool for future regenerative medicine. Stem Cells 30: Zuk PA, Zhu M, Mizuno H, et al (2001) Multilineage cells from human adipose tissue: implications for cell-based therapies. Tissue Eng 7: Eto H, Kato H, Suga H, et al (2012) The fate of adipocytes after nonvascularized fat grafting: evidence of early death and replacement of adipocytes. Plast Reconstr Surg 129: Rehman J, Traktuev D, Li J, et al (2004) Secretion of angiogenic and antiapoptotic factors by human adipose stromal cells. Circulation 109: Kilroy GE, Foster SJ, Wu X, et al (2007) Cytokine profile of human adipose-derived stem cells: expression of angiogenic, hematopoietic, and pro-inflammatory factors. J Cell Physiol 212: Makridakis M, Roubelakis MG, Vlahou A (2013) Stem cells: insights into the secretome. Biochim Biophys Acta 1834: Thangarajah H, Vial IN, Chang E, et al (2009) IFATS collection: adipose stromal cells adopt a proangiogenic phenotype under the influence of hypoxia. Stem Cells 27: Dwyer RM, Potter-Beirne SM, Harrington KA, et al (2007) Monocyte chemotactic protein-1 secreted by primary breast tumors stimulates migration of mesenchymal stem cells. Clin Cancer Res 13: Domenis R, Lazzaro L, Calabrese S, et al (2015) Adipose tissue derived stem cells: in vitro and in vivo analysis of a standard and three commercially available cell-assisted lipotransfer techniques. Stem Cell Res Ther 6: Mailey B, Saba S, Baker J, et al (2013) A comparison of cell-enriched fat transfer to conventional fat grafting after aesthetic procedures using a patient satisfaction survey. Ann Plast Surg 70: Sterodimas A, de Faria J, Nicaretta B, Boriani F (2011) Autologous fat transplantation versus adipose-derived stem cell-enriched lipografts: a study. Aesthet Surg J 31: Kim WS, Park BS, Park SH, et al (2009) Antiwrinkle effect of adipose-derived stem cell: activation of dermal fibroblast by secretory factors. J Dermatol Sci 53: Kim WS, Park SH, Ahn SJ, et al (2008) Whitening effect of adipose-derived stem cells: a critical role of TGF-beta 1. Biol Pharm Bull 31: Gir P, Oni G, Brown SA, et al (2012) Human adipose stem cells: current clinical applications. Plast Reconstr Surg 129: Kim WS, Park BS, Sung JH (2009) The wound-healing and antioxidant effects of adipose-derived stem cells. Expert Opin Biol Ther 9: , 17 x 24 cm, 326 Seiten, Broschur, Euro 34,50 ISBN Reprographischer Nachdruck der Habilitationsschrift von Neven Olivari, Universität zu Köln, , 21 x 29,7 cm, XVI, 944 Seiten, gebunden, Euro 189,, ISBN Das Standardwerk Zu bestellen bei jeder Buchhandlung oder unter info@kaden-verlag.de direkt bei: Kaden Verlag GmbH & Co. KG Maaßstraße 32/1, Heidelberg Telefon (06221) info@kaden-verlag.de

8 21. Forcheron F, Agay D, Scherthan H, et al (2012) Autologous adipocyte derived stem cells favour healing in a minipig model of cutaneous radiation syndrome. PLoS One 7: e Heo SC, Jeon ES, Lee IH, et al (2011) Tumor necrosis factor-alpha-activated human adipose tissue-derived mesenchymal stem cells accelerate cutaneous wound healing through paracrine mechanisms. J Invest Dermatol 131: Horwitz EM, Dominici M (2008) How do mesenchymal stromal cells exert their therapeutic benefit? Cytotherapy 10: Wels J, Kaplan RN, Rafii S, Lyden D (2008) Migratory neighbors and distant invaders: tumor-associated niche cells. Genes Dev 22: Kidd S, Spaeth E, Watson K, et al (2012) Origins of the tumor microenvironment: quantitative assessment of adipose-derived and bone marrow-derived stroma. PLoS One 7: e Koellensperger E, Gramley F, Preisner F, et al (2014) Alterations of gene expression and protein synthesis in cocultured adipose tissue-derived stem cells and squamous cell-carcinoma cells: consequences for clinical applications. Stem Cell Res Ther 5: Koellensperger E, Bonnert L, Gramley F, et al (2015) The impact of human adipose tissue-derived stem cells on malignant properties of different human breast cancer cell lines implications for cell-assisted lipotransfers in breast reconstruction. Vortrag, 132. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie. München 28. Ben-Baruch A (2006) The multifaceted roles of chemokines in malignancy. Cancer Metastasis Rev 25: Sheng KC, Wright MD, Apostolopoulos V (2011) Inflammatory mediators hold the key to dendritic cell suppression and tumor progression. Curr Med Chem 18: Chen D, Jiang R, Mao C, et al (2012) Chemokine/chemokine receptor interactions contribute to the accumulation of Th17 cells in patients with esophageal squamous cell carcinoma. Hum Immunol 73: Marsigliante S, Vetrugno C, Muscella A (2013) CCL20 induces migration and proliferation on breast epithelial cells. J Cell Physiol 228: Acharyya S, Oskarsson T, Vanharanta S, et al (2012) A CXCL1 paracrine network links cancer chemoresistance and metastasis. Cell 150: Kurago ZB, Lam-ubol A, Stetsenko A, et al (2008) Lipopolysaccharide-squamous cell carcinoma-monocyte interactions induce cancer-supporting factors leading to rapid STAT3 activation. Head Neck Pathol 2: Mishra P, Banerjee D, Ben-Baruch A (2011) Chemokines at the crossroads of tumor-fibroblast interactions that promote malignancy. J Leukoc Biol 89: Hembruff SL, Jokar I, Yang L, Cheng N (2010) Loss of transforming growth factor-beta signaling in mammary fibroblasts enhances CCL2 secretion to promote mammary tumor progression through macrophage-dependent and -independent mechanisms. Neoplasia 12: Cavallaro U, Christofori G (2004) Cell adhesion and signalling by cadherins and Ig-CAMs in cancer. Nat Rev Cancer 4: Cavallaro U, Christofori G (2001) Cell adhesion in tumor invasion and metastasis: loss of the glue is not enough. Biochim Biophys Acta 1552: Ferrara N (2000) Vascular endothelial growth factor and the regulation of angiogenesis. Recent Prog Horm Res 55: Lai Y, Liu XH, Zeng Y, et al (2012) Interleukin-8 induces the endothelial cell migration through the Rac 1/RhoAp38MAPK pathway. Eur Rev Med Pharmacol Sci 16: Ueno T, Toi M, Saji H, et al (2000) Significance of macrophage chemoattractant protein-1 in macrophage recruitment, angiogenesis, and survival in human breast cancer. Clin Cancer Res 6: Beckermann BM, Kallifatidis G, Groth A, et al (2008) VEGF expression by mesenchymal stem cells contributes to angiogenesis in pancreatic carcinoma. Br J Cancer 99: Li A, Dubey S, Varney ML, et al (2003) IL-8 directly enhanced endothelial cell survival, proliferation, and matrix metalloproteinases production and regulated angiogenesis. J Immunol 170: Ferrara N (2004) Vascular endothelial growth factor as a target for anticancer therapy. Oncologist 9 (Suppl 1): Robinson SC, Scott KA, Balkwill FR (2002) Chemokine stimulation of monocyte matrix metalloproteinase-9 requires endogenous TNF-alpha. Eur J Immunol 32: Yamaji H, Iizasa T, Koh E, et al (2004) Correlation between interleukin 6 production and tumor proliferation in non-small cell lung cancer. Cancer Immunol Immunother 53: Hartman ZC, Poage GM, den Hollander P, et al (2013) Growth of triple-negative breast cancer cells relies upon coordinate autocrine expression of the proinflammatory cytokines IL-6 and IL-8. Cancer Res 73: Hartman ZC, Yang XY, Glass O, et al (2011) HER2 overexpression elicits a proinflammatory IL-6 autocrine signaling loop that is critical for tumorigenesis. Cancer Res 71: Yamada D, Kobayashi S, Wada H, et al (2013) Role of crosstalk between interleukin-6 and transforming growth factor-beta 1 in epithelial-mesenchymal transition and chemoresistance in biliary tract cancer. Eur J Cancer 49:

9 49. Lippitz BE (2013) Cytokine patterns in patients with cancer: a systematic review. Lancet Oncol 14: e Gupta N, Goswami B, Mittal P (2012) Effect of standard anthracycline based neoadjuvant chemotherapy on circulating levels of serum IL-6 in patients of locally advanced carcinoma breast a prospective study. Int J Surg 10: Wang X, Lee SO, Xia S, et al (2013) Endothelial cells enhance prostate cancer metastasis via IL-6->androgen receptor->tgf-beta->mmp-9 signals. Mol Cancer Ther 12: Chang Q, Bournazou E, Sansone P, et al (2013) The IL-6/ JAK/Stat3 feed-forward loop drives tumorigenesis and metastasis. Neoplasia 15: Su YW, Xie TX, Sano D, Myers JN (2011) IL-6 stabilizes Twist and enhances tumor cell motility in head and neck cancer cells through activation of casein kinase 2. PLoS One 6: e Low-Marchelli JM, Ardi VC, Vizcarra EA, et al (2013) Twist1 induces CCL2 and recruits macrophages to promote angiogenesis. Cancer Res 73: Okamura H, Yoshida K, Haneji T (2009) Negative regulation of TIMP1 is mediated by transcription factor TWIST1. Int J Oncol 35: Yang J, Mani SA, Donaher JL, et al (2004) Twist, a master regulator of morphogenesis, plays an essential role in tumor metastasis. Cell 117: Bekes EM, Schweighofer B, Kupriyanova TA, et al (2011) Tumor-recruited neutrophils and neutrophil TIMP-free MMP-9 regulate coordinately the levels of tumor angiogenesis and efficiency of malignant cell intravasation. Am J Pathol 179: Davidson B, Goldberg I, Gotlieb WH, et al (2002) The prognostic value of metalloproteinases and angiogenic factors in ovarian carcinoma. Mol Cell Endocrinol 187: Welte G, Alt E, Devarajan E, et al (2012) Interleukin-8 derived from local tissue-resident stromal cells promotes tumor cell invasion. Mol Carcinog 51: Xie K (2001) Interleukin-8 and human cancer biology. Cytokine Growth Factor Rev 12: Waugh DJ, Wilson C (2008) The interleukin-8 pathway in cancer. Clin Cancer Res 14: Benoy IH, Salgado R, Van Dam P, et al (2004) Increased serum interleukin-8 in patients with early and metastatic breast cancer correlates with early dissemination and survival. Clin Cancer Res 10: Rowan BG, Gimble JM, Sheng M, et al (2014) Human adipose tissue-derived stromal/stem cells promote migration and early metastasis of triple negative breast cancer xenografts. PLoS One 9: e Karnoub AE, Dash AB, Vo AP, et al (2007) Mesenchymal stem cells within tumour stroma promote breast cancer metastasis. Nature 449: Jotzu C, Alt E, Welte G, et al (2011) Adipose tissue derived stem cells differentiate into carcinoma-associated fibroblast-like cells under the influence of tumor derived factors. Cell Oncol (Dordr) 34: Xu Z, Wang S, Wu M, et al (2013) TGF-beta1 and HGF protein secretion by esophageal squamous epithelial cells and stromal fibroblasts in oesophageal carcinogenesis. Oncol Lett 6: Matsumoto K, Nakamura T (2006) Hepatocyte growth factor and the Met system as a mediator of tumor-stromal interactions. Int J Cancer 119: Grugan KD, Miller CG, Yao Y, et al (2010) Fibroblast-secreted hepatocyte growth factor plays a functional role in esophageal squamous cell carcinoma invasion. Proc Natl Acad Sci USA 107: Ren Y, Cao B, Law S, et al (2005) Hepatocyte growth factor promotes cancer cell migration and angiogenic factors expression: a prognostic marker of human esophageal squamous cell carcinomas. Clin Cancer Res 11: Petit JY, Botteri E, Lohsiriwat V, et al (2012) Locoregional recurrence risk after lipofilling in breast cancer patients. Ann Oncol 23: Agha RA, Fowler AJ, Herlin C, et al (2015) Use of autologous fat grafting for breast reconstruction: a systematic review with meta-analysis of oncological outcomes. J Plast Reconstr Aesthet Surg 68: Horch RE (2013) Wie sicher ist der autologe Fett-Transfer bei Patientinnen mit Mammakarzinom? Plast Chir 13: Kuhn NZ, Tuan RS (2010) Regulation of stemness and stem cell niche of mesenchymal stem cells: implications in tumorigenesis and metastasis. J Cell Physiol 222: Grabin S, Antes G, Stark GB, et al (2015) Zellassistierte Eigenfetttransplantation. Eine systematische Literaturübersicht und kritische Bewertung der Evidenzlage. Dtsch Ärztebl Int 112: Dr. med. Eva Köllensperger Prof. Dr. med. Günter Germann ETHIANUM Klinik für Plastische Chirurgie, Ästhetik und Rekonstruktion, Wirbelsäulenchirurgie, Handchirurgie, Orthopädie und Präventive Medizin Voßstraße Heidelberg aerzte@ethianum.de 151