Background: β-Glucans, naturally occurring polysaccharides in cereals, bacteria, and fungi cell walls, have been of great interest due to their antitumor and immunomodulatory effects. The therapeutic potential of yeast β-(1,3)(1,6)-glucan in breast cancer through its ability to stimulate primary Natural Killer (NK) cell activity and induce killing breast cancer cells in 2D and 3D models was investigated. This research aims to determine the impact of β-glucan on NK cell proliferation and cytotoxicity and its antiproliferative effect on breast cancer cells, providing insights into its potential as an adjuvant in cancer immunotherapy.
Methods: Primary NK cells were isolated from buffy coats and co-cultured with varying concentrations of β-glucan. The proliferation and cytotoxicity were quantified using the XTT assay and the CellTiter-Glo® 2.0 Assay, respectively. Human breast cancer cell lines were cultured in 2D and 3D multicellular tumor spheroid (MCTS) models to establish the antiproliferative activity of β-glucan. The 3D MCTS model, which more accurately recapitulates the TME, was used to ascertain the translational relevance of the findings.
Results: The results indicated that β-glucan caused significant growth stimulation of primary NK cells, particularly in the absence of IL-2, and exhibited synergistic interaction with IL-2 to enhance NK cell proliferation. In breast cancer cell lines, β-glucan inhibited the growth of tumor cells in 2D and 3D models at most concentrations. Most notably, β-glucan boosted NK cell cytotoxicity toward breast cancer cells, most strongly in MCF-7 and T47D cell lines. β-glucan was weaker against more invasive MDA-MB-231 cells and in 3D MCTS model, suggesting a limit to penetration and activity of β-glucan in complex tumor structures.
Summary: In conclusion, this thesis investigates the possible therapeutic benefits of yeast-derived β-glucan in breast cancer, focusing on its effects on NK cell activity and tumor cell proliferation. The results demonstrate its capacity to increase NK cell cytotoxicity and suppress tumor development, supporting its potential as a cancer immunotherapy adjunct. Further research is needed to evaluate its efficacy in complex tumor environments and clinical applications.
Hintergrund: β-Glucane, natürlich vorkommende Polysaccharide in den Zellwänden von Getreide, Bakterien und Pilzen, sind aufgrund ihrer antitumoralen und immunmodulatorischen Wirkung von großem Interesse. Die therapeutische Wirkung von β-(1,3)(1,6)-Glucan aus Hefe bei Brustkrebs wird hier anhand seiner Fähigkeit untersucht, die Aktivität der primären NK-Zellen zu stimulieren und die Zytotoxizität von Brustkrebszellen in 2D- und 3D-Modellen zu induzieren. Die Forschung zielt darauf ab, die Auswirkungen von β-Glucan auf die Proliferation und Zytotoxizität von NK-Zellen sowie seine antiproliferative Wirkung auf Brustkrebszellen zu bestimmen und Erkenntnisse über sein Potenzial als Ergänzungsmittel in der Krebsimmuntherapie zu gewinnen.
Methoden: Primäre NK-Zellen wurden aus Buffy Coats isoliert und zusammen mit unterschiedlichen Konzentrationen von β-Glucan kultiviert. Die Proliferation und Zytotoxizität wurden mit dem XTT-Assay bzw. dem CellTiter-Glo® 2.0 Assay quantifiziert. Humane Brustkrebszelllinien wurden in 2D- und 3D-Multizellulären Tumorsphäroid-Modellen (MCTS) kultiviert, um die antiproliferative Aktivität von β-Glucan zu ermitteln. Das 3D-MCTS-Modell, das die TME genauer rekapituliert, wurde verwendet, um die translationale Relevanz der Ergebnisse zu ermitteln.
Ergebnisse: β-Glucan verursachte eine signifikante Wachstumsstimulation der primären NK-Zellen, insbesondere in Abwesenheit von IL-2, und eine synergistische Interaktion mit IL-2 aufwies, um die Proliferation der NK-Zellen zu fördern. Bei Brustkrebszelllinien hemmte β-Glucan das Wachstum von Tumorzellen in 2D- und 3D-Modellen bei den meisten Konzentrationen. Dabei steigerte β-Glucan vor allem die Zytotoxizität von NK-Zellen gegenüber Brustkrebszellen, am stärksten bei den Zelllinien MCF-7 und T47D. Bei den invasiveren MDA-MB-231-Zellen und im 3D-MCTS-Modell war die Wirkung geringer, was auf eine begrenzte Durchdringung und Aktivität von β-Glucan in komplexen Tumorstrukturen hindeutet.
Zusammenfassung: Diese Arbeit untersucht die möglichen therapeutischen Vorteile von aus Hefe gewonnenem β-Glucan bei Brustkrebs, wobei der Fokus auf den Auswirkungen auf die NK-Zellaktivität und die Tumorzellproliferation liegt. Die Ergebnisse zeigen, dass β-Glucan die Zytotoxizität von NK-Zellen erhöhen und die Tumorentwicklung unterdrücken kann, was sein Potenzial als Ergänzungsmittel zur Krebsimmuntherapie unterstützt. Weitere Forschung ist erforderlich, um seine Wirksamkeit in komplexen Tumorumgebungen und klinischen Anwendungen zu bewerten.
