Introduction: Infiltration, differentiation and function of immune cells are crucial for an effective anti-tumour immune response. The metabolic tumour microenvironment decisively shapes the function and polarisation of infiltrating immune cells and thus represents a potential therapeutic target structure. Valid ex vivo and in vitro models reflecting this complex interplay are essential to identify possible therapeutic strategies.

Material/Methods: We established a co-culture protocol of HNSCC spheroids with whole immune cell populations from peripheral blood for testing metabolic conditions or pharmacological modulators. For the transfer to the patient situation we developed an ex vivo model of freshly obtained tumour tissue cultivated in autologous serum to test various metabolic conditions and clinically applicable metabolic modulators. The tissue was processed to a single cell suspension and the immune infiltrate and function analysed.

Results: As observed in primary tumours, glutamine restriction diminished T cell function; accordingly, treatment with the glutaminase inhibitor BPTES increased IFNγ production in a portion of patients. In addition, a partial reduction in the tumour-promoting cytokine IL-6 was observed. In contrast, treatment with the glutamine analogue DON, shown to positively impact anti-tumor response of T cells in mice, had a negative effect on human intra-tumoral T cell function.

Conclusion: We were able to establish an in vitro tumour spheroid and ex vivo tumour fragment model for HNSCC in which effects of metabolic manipulation on tumour and immune cells can be tested. The ex vivo model is to be expanded by the addition of autologous immune cells in order to analyse effects on infiltration.

Einleitung: Infiltration, Differenzierung und Funktion sind von entscheidender Bedeutung für eine effektive antitumorale Immunantwort. Das metabolische Tumormikromilieu prägt Funktion und Polarisierung infiltrierender Immunzellen entscheidend und stellt eine mögliche therapeutische Zielstruktur dar. Um Angriffspunkte zu identifizieren, sind valide in vitro und ex vivo Modelle, die das komplexe Zusammenspiel reflektieren, von großer Bedeutung.

Material/Methoden: Für die Testung pharmakologischer Modulatoren bzw. metabolischer Bedingungen wurden Kokulturen aus HNSCC Sphäroiden mit allen Immunzellpopulationen aus peripherem Blut etabliert.

Für die Übertragung in die Patientensituation wurde ein ex vivo Modell aus frisch gewonnenem Tumorgewebe in autologem Serum unter verschiedenen metabolischen Konditionen und klinisch anwendbarer metabolischer Modulatoren etabliert. Nach Aufarbeitung des Gewebes zur Einzelzellsuspension wurden Immuninfiltrat und ‑funktion analysiert.

Ergebnisse: Wie in primären Tumoren beobachtet führte Glutaminrestriktion zur schlechteren T-Zellfunktion, dementsprechend erhöhte die Behandlung mit dem Glutaminaseinhibitor BPTES bei einem Teil der Patienten die IFNγ-Produktion und verminderte das tumorfördernde Zytokin IL-6. Dagegen wirkte sich die Behandlung mit dem Glutaminanalogon DON, welches im murinen System die T-Zell vermittelte Tumorimmunität positiv beeinflusste, negativ auf humane intratumorale T-Zellen aus.

Fazit: Wir konnten ein ex vivo Tumorfragment- sowie ein in vitro Tumorsphäroid-Modell etablieren, in welchen die Auswirkungen einer metabolischen Manipulation auf Tumor- und Immunzellen getestet werden können. Das ex vivo Modell soll um die Zugabe autologer Immunzellen erweitert werden, um Effekte auf die Immuninfiltration zu analysieren.

Die Autorinnen/Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.