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’Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells’ Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

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Page 1: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

’Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells’

Barbara Wollenberg

Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus LübeckGermany

Page 2: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

Theories of Tumor Development

• Stochastic Model

• Hierarchic Model (Tumor stem cell-Hypothesis)

Stochastic Model Hierarchic Model

Tumor-initiating cell

Differentiated Tumor cell

TumorPrecursor cell

UK-SH - ENT Lübeck

Page 3: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

UK-SH - ENT Lübeck

… but how to identify tumor stem cells ?

The key to chemo-radioresistence and recurrence ?!

Chemo- radio-therapy

Cancer cells die

Cancer stem cells surviveNew Cancer arises from cancer stem cells

Page 4: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

Prince et.al 2007

CD44+Lin-Tumor stem cell

DiffentiationSelf-Renewal

Young et al.2007Wollenberg et al. 2007

Vascular endotheliumImmuno-Suppression

Inflammation

CD34+ Progenitor Fusion Stem cellTumor cell

???

Stem cells and Tumor: Tumorprogression and Metastases

www.regmed.uni-luebeck.de

Page 5: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

UK-SH - ENT Lübeck

Many open questions concerning stem cell functions...…

?

?

?

?Attraction/homing

Influence on the immune system

Formation of new vessels

Formation of metastases

Characterisation of the niche milieu?

Page 6: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

Protein Vorkommen Funktion Isoformen

CD31 Auf vielen Geweben, Blutzellen, Endothelzellen

Wundheilung, Angiogenese, transendotheliale Leukozyten-Migration

1 Isoformen

CD34 Haematopoetische Stammzellen und Vorläuferzellen, Endothelzellen

Zell-Zell-Adhäsion und Leukozyten-Migration

2 Isoformen

CD38 Haematopoetische Zellen (frühe Differenzierung und Aktivierung), Gehirn, Muskel, Niere und andere Gewebe

Zell-Adhäsion, Signaltransduktion (ADPR-transfer enzym), Kalzium-Signalling, Apoptose-Induktion, Aktivierung, Proliferation

1 Isoform

Potential Markers for ‚Tumor-Stem cells‘

UK-SH - ENT Lübeck

Page 7: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

Protein Vorkommen Funktion Isoformen

CD44 Haematopoetische und Nicht-Haematopoetische Zellen

Hyaluronsäure-Bindung, Lymphozyten-Homing und -Aktivierung,

Mindestens 20 Isoformen

CD59 Weite Verbreitung auf Zellen aller Gewebe

Inhibition der Zelllyse durch Membranangriffs-Komplex, T-Zell-Aktivierung

Mindestens 4 Isoformen

CD117 Haematopoetische Stammzellen und Vorläuferzellen

Wachstumsfaktor-Rezeptor; Zellerhalt, Proliferation, Differenzierung, Mobilisation

4 Isoformen

CD133 Haematopoetische Stammzellen und Vorläuferzellen, entwickelndes Epithel, neurale und endotheliale Stammzellen

Unbekannt 1 Isoform

UK-SH - ENT Lübeck

Potential Markers for ‚Tumor-Stem cells‘

Page 8: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

Identification of potential tumor stem cells in HNSCC

UK-SH - ENT Lübeck

Great individual Heterogeneity !

Page 9: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

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CD

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T524 T558 T559 T562 T564

Oberflächenmarker in den jeweiligen Gewebeproben

CD

*-p

os

itiv

[%

]

Expressions-ProfilingHNSCC Metastases and Recurrences

UK-SH - ENT Lübeck

Page 10: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

Chemo- and radioresistence of CD44+lin- cells

increased chemoresistence and radioresistance (not shown) of permanent cell lines derived from metastases versus primary tumor

16 A/B mit 5-FU nach 48h

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 6,35 µM 63,5 µM

Konzentration

pro

zen

tual

es W

ach

stu

m

(%) 16A i.p.

16B i.p.

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Page 11: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

Reconsideration of tumor therapeutics ?!

• Individual tumor profiling

• Individualized tumor stem cell therapeutics

• Targeting der ‚multidrug resistance‘ Mechanisms

• Targeting der DNA-Repair-Mechanisms

• Blocking of self renewal cascades (WNT,BMP Signaling)

• Acceleration of differentiation

• Blocking of homing (e.g.CXCR4)

• characterisation of the stem cell niche

•‚Tumor-Stem cells‘ as target for innovative Vaccine strategies

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Page 12: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

Faces behind Faces behind the projectsthe projects

Page 13: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany
Page 14: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

1. i.v. Injektion

2. direkte Injektion

Migration und Homing von StammzellenAusbildung der StammzellnischeQualität der Stammzelle : Chemoresistenz erhöht

Strahlensensitivität erniedrigt

Stammzellen und Tumor: Tumorprogression und Metastasierung

Innovationsfond Schleswig Holstein

In Vivo Imaging

Page 15: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

• Rades radio und chemo resitance sens der CD44 vs dem Rest ????

Page 16: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

HNSCC

B

NK

T

DC

CD34

IL-1

GM-CSF

VEGF

MP

IL-10

IL-4

PGE2

TGF-β

IL-10

TGF-β

IL- 8

Growth factors

IFNγIL-12

Mobilization and Attractionof CD34+ Progenitor Cells

Stimulation of Angiogenesisand Metastasis Formation

Immune Cell Alteration and Induction of Cytokine Secretion

Immune Cell Suppression

IL- 8

IL- 6

Immunsuppression durch CD34+ Progenitorzellen

Treg

UK-SH - ENT Lübeck

Page 17: Tumor, Stem cells and Tumor Stem Cells Barbara Wollenberg Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Lübeck Germany

UK-SH - ENT Lübeck

CD34+ Zellen infiltrieren solide HNSCC …

… und sind an der Biosynthese des HNSCC Mikroenvironments beteiligt!