Einleitung: Organotypische Kulturen der Haut und des Plattenepithelkarzinoms (PEK) eröffnen neue Möglichkeiten, spezifische Fragestellungen unter in-vivo-ähnlichen Bedingungen zu analysieren. In der vorliegenden Arbeit wurde das Potenzial der organotypischen Kultur als Untersuchungsinstrument für die Haut und für Hauttumoren evaluiert, indem der Einfluss von Mastzellen, Histamin und des Angiotensin-II-Rezeptor-Typ-2-Agonisten Compound 21 (C21) auf Keratinozyten und PEK-Zellen in der organotypischen Kultur analysiert wurden. Methode: Für die Untersuchung wurden Keratinozyten, Fibroblasten und Mastzellen aus Hautgewebe isoliert. Als PEK-Zellen wurden die Zelllinien SCC12 und SCC13 analysiert. Die organotypische Kultur bestand aus drei Komponenten: einer azellulären Schicht aus Kollagen, einem Dermisäquivalent, das Fibroblasten und Mastzellen beinhaltete, und einer epithelisierten Schicht mit Keratinozyten bzw. SCC12- oder SCC13-Zellen. 6–8 Tage nach dem Air-Lifting wurde die Kultur histologisch bearbeitet. Ergebnisse: Die organotypischen Kulturen der Haut wurden sowohl mit Keratinozyten als auch mit PEK-Zellen mit und ohne Integration von Mastzellen erfolgreich etabliert. Dabei zeigten die Keratinozyten und PEK-Zellen in der organotypischen Kultur Wachstumsmuster, welche in der Monokultur nicht zu erkennen waren. Durch die Anwesenheit oder Aktivierung der Mastzellen ergaben sich keine Veränderungen bei den PEK-Zellen. Allerdings kam es nach Histamin-Gabe zu einer signifikant reduzierten Proliferation von SCC12- und SCC13-Zellen mit einer verminderten Expression des Vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2). C21 führte in beiden Zelllinien zu einer Reduktion der Proliferation sowie zu einer Induktion der Apoptose. Diese anti-proliferativen Effekte von Histamin und C21 traten in der Monokultur nicht auf. C21 wirkte auch anti-proliferativ und pro-apoptotisch auf Keratinozyten in der organotypischen Kultur. Diskussion: In der vorliegenden Arbeit gelang es erstmals, erfolgreich eine organotypische Kultur der Haut mit PEK- und Mastzellen zu etablieren. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten dieser organotypischen Kultur konnten repräsentativ durch die Analyse des Effekts von Mastzellen, Histamin und C21 demonstriert werden. PEK-Zellen verhielten sich in der organotypischen Kultur ‚in-vivo-ähnlicher’ als in einer Monokultur, was die Überlegenheit der organotypischen Kultur belegt. Die proliferationshemmende Wirkung von Histamin mit einer verminderten Expression von VEGFR2 erklärt die tumorprotektive Rolle von Mastzellen. Daher sollten VEGFR2-Antagonisten zur therapeutischen Anwendung weiterhin getestet werden. Die anti-proliferative und pro-apoptotische Wirkung von C21 auf PEK-Zellen und Keratinozyten in der organotypischen Kultur deutet auf ein therapeutisches Potenzial dieser Substanz bei Erkrankungen wie PEK oder Psoriasis hin.
Introduction: The organotypic culture of skin and squamous cell carcinoma (SCC) opens up a new opportunity to analyze specific questions under in vivo-like conditions. In the present work, the potential of organotypic culture as an investigational tool for the skin and cutaneous tumors was evaluated by analyzing the effects of mast cells and histamine as well as angiotensin II type 2 receptor agonist Compound 21 (C21) on keratinocytes and SCC cells in the organotypic culture. Method: Keratinocytes, fibroblasts and mast cells were isolated from the skin tissue for investigation. Two cell lines SCC12 and SCC13 were analyzed as cells of SCC. The organotypic culture consists of three components: an acellular layer of collagen, a dermal equivalent containing fibroblasts and mast cells, and an epithelialized layer of keratinocytes and SCC12 or SCC13, respectively. In 6 to 8 days after the air-lifting, the culture was histologically processed. Results: The organotypic cultures of the skin with keratinocytes as well as with SCC cells with and without integration of the mast cells were successfully established. The keratinocytes and SCC cells showed growth patterns in the organotypic culture, which were not detected in the monoculture. The presence or activation of the mast cells did not result in any changes in the SCC cells. However, after administration of histamine, there was a significantly reduced proliferation of SCC12 and SCC13 with an underexpression of vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2). C21 led to a reduction in proliferation and an induction of apoptosis in the two cell lines. These antiproliferative effects of histamine and C21 were not demonstrated in the monoculture. C21 also had an antiproliferative and apoptotic effect on keratinocytes in the organotypic culture. Discussion: It was possible for the first time to successfully establish an organotypic culture of the skin with SCC cells and mast cells. The diverse uses of this organotypical culture could be representatively demonstrated by analyzing the effect of mast cells, histamine and C21. SCC cells behaved more "in vivo-like" in the organotypic culture than in a monoculture, which demonstrates the superiority of the organotypic culture. The proliferation-inhibiting effect of histamine with a reduced expression of VEGFR2 explains the tumor-protective role of mast cells. Therefore, VEGFR2 antagonists should be tested for therapeutic use. The anti-proliferative and pro-apoptotic effects of C21 on SCC cells and keratinocytes in organotypic culture indicate a therapeutic potential of this substance in diseases such as SCC or psoriasis.
