Etablierung eines knocheninfiltrierenden Kopf-Hals-Tumormodells an Ratten zur Weiterentwicklung der „laser-induced breakdown spectroscopy“ (LIBS) als knöchernes Schnellschnittverfahren

• Antragsteller: Dr. Philipp Winnand
• Fachliche Zuordnung: Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Phoniatrie und Audiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549156247

Die onkologische Sicherheit von tumorchirurgischen Verfahren ist von der Möglichkeit zur Absicherung tumorfreier Resektionsränder abhängig. Etablierte Schnellschnitttechniken können die intraoperative Beurteilung von Weichgewebe gewährleisten. Da die histologische Beurteilung von Knochen erst nach 8-tägiger Entkalkung möglich ist, können tumorfreie Resektionsränder im Knochen intraoperativ nicht gesichert werden. Die Abwesenheit von knöchernen Schnellschnittverfahren ist ein fundamentales Problem der onkologischen Kopf-Hals-Chirurgie. Experimentelle Ansätze zum Knochenschnellschnitt sind aufgrund geringer Sensitivitäten und hoher Subjektivität limitiert. Spektroskopisch-optische Verfahren können eine direkte und objektive Bewertung des knöchernen Resektionsrandstatus ermöglichen. Die laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) macht die Untersuchung einer minimalen Gewebeprobe mit wenigen Impulsen eines Nd:YAG Lasers möglich, indem die Elektrolyt-Verhältnisse anhand der Emissionen des lasererzeugten Plasmas bestimmt werden. Nach Optimierung der technischen Komponenten setzen wir LIBS im Rahmen von ex-vivo Machbarkeitsstudien erstmals als knöcherne Schnellschnittuntersuchung an nativen Unterkieferproben von 15 Patienten ein. Für die Weiterentwicklung von laser-gestützten Verfahren werden tumorinduzierte Kleintiermodelle benötigt. Die Rekapitulation von knocheninfiltrierenden Kopf-Hals-Tumoren erfolgt hauptsächlich in Mäusen, deren Verwendung aufgrund des kleinen Gesichtsschädels einen Kompromiss darstellt. Ziel der Studie ist die Etablierung eines syngenen und orthotopen Transplantationsmodells zur Rekapitulation eines knocheninfiltrierenden Kopf-Hals-Tumormodells an immunkompetenten Fischer-344-Ratten. Zwecks Tumorinduktion sollen kultivierte Tumorzellen einmalig subperiostal in die Kaumuskelregion injiziert werden. Es soll das knocheninvasive Wachstum von drei Tumorzelllinien (FAT-7, SCC-131 oder SCC-158) in zwei unterschiedlichen Konzentrationen (niedrig oder hoch) und zu drei verschiedenen Zeitpunkten (nach einer, zwei oder drei Wochen) in jeweils 5 Tieren pro Gruppe untersucht und mit gesunden Kontrolltieren verglichen werden. Das knöcherne Invasionsverhalten soll bildmorphologisch im μCT und In Vivo Imaging System IVIS Lumina untersucht werden. Nach Euthanasie der Tiere werden die Unterkiefer nativ innerhalb weniger Minuten mit LIBS untersucht. Mithilfe der LIBS-Spektren erfolgt ein Training von Gewebedetektionsalgorithmen, die an LIBS-Spektren mit definierten Abständen zur Tumorgrenze überprüft werden. Die LIBS-Spektren und die gemessenen Elektrolyt-Verhältnisse werden histologisch und elektronenmikroskopisch validiert. Das Projekt soll die ideale Tumorzelllinie, die optimale Tumorzellkonzentration sowie die zweckmäßigsten Zeitpunkte für in-vivo Bildgebung, Operation und Euthanasie der Tiere definieren. Das Tumormodell soll die Grundlage für Folgeprojekte zur Weiterentwicklung laser-gestützter Verfahren in der Kopf-Hals-Onkologie schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Ali Modabber