Le récepteur de facteur de croissance épidermique (EGFR) est une cible commune de thérapie anticancéreuse. Aujourd'hui, la recherche de nouvelles molécules inhibitrices de ce récepteur se tourne vers des substances naturelles. Un des composés naturels les plus prometteurs qui ont montré une activité anti-EGFR est la curcumine, un polyphénol présent dans les rhizomes de Curcuma longa. Il y a de nombreux rapports décrivant son effet sur l'activité kinase du récepteur, le rendement d'autophosphorylation, le niveau d'expression et les processus liés à la fonction EGFR comme la prolifération cellulaire. Néanmoins, l'ensemble des mécanismes d’intercation de la curcumine avec l'de l'EGFR n’est pas entièrement élucidée. Nous avons démontré que le mode d'action de la curcumine est double. La curcumine est capable d'inhiber partiellement, mais directement l'activité enzymatique du domaine intracellulaire de l'EGFR. Mais le travail présenté attire l'attention sur le rôle de l'environnement de la membrane de l'EGFR au niveau d'action de la curcumine. Nous avons montré que l'insertion de curcumine dans la membrane plasmique aboutit à sa rigidification et par conséquent la limitation de la diffusion du récepteur. Le suivi de particules à l'unité analyses a confirmé que le coefficient de diffusion de l'EGFR dans la membrane des cellules cancéreuses diminué de manière significative en présence de la curcumine, susceptibles d'influencer la dimérisation du récepteur et l'activation tour à tour. / Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) is a common target of anticancer therapy. Nowadays the search for new molecules inhibiting this receptor is turning towards natural substances. One of the most promising natural compounds that have shown an anti-EGFR activity is curcumin, the polyphenol found in the rhizomes of Curcuma longa. There are numerous reports describing its effect on the receptor kinase activity, the autophosphorylation yield, the expression level and the processes related to EGFR function like cell proliferation. Nevertheless, the entire mechanism of how curcumin interact with the EGFR is not fully elucidated. We demonstrated that the mode of action of curcumin is dual. Curcumin is able to inhibit directly but partially the enzymatic activity of the EGFR intracellular domain. But the presented work brings attention to the role of the EGFR membrane environment at the curcumin action level. We showed that the curcumin insertion in plasma membrane leads to its rigidification and as a consequence to limitation of the receptor diffusion. Single particle tracking analyses confirmed that the diffusion coefficient of EGFR in the cancer cell membrane significantly decreased in the presence of the curcumin, which might influence the receptor dimerization and in turns its activation.

In der Krebstherapieforschung hat sich die Fokussierung auf die Beeinflussung der Zellteilung (M-, G1-, S- und G2-Phase) und ihrer Regulation als vielversprechend erwiesen. Ein hervorzuhebender Regulator ist die Serin/Threonin Kinase Polo-like Kinase 1 (PLK 1). Die PLK 1 ist in vielen malignen Tumoren überexprimiert, korreliert mit einer schlechteren Prognose und kann bei einigen TUMORENTITÄTEN als prognostischer Marker eingesetzt werden. Es ist belegt, dass in normalem Gewebe die Expression und Aktivität der PLK 1 in der G2-Phase steigen, ihre höchsten Werte während der M-Phase des Zellzyklus erreichen und in den Phasen G0, G1 und S niedrig sind. Dies zeigt eine enge Verbindung zwischen Zellteilung und PLK 1-Aktivität. Eine Überexpression fördert die Entstehung von MULTINUKLEÄREN ZELLEN und kann den durch DNS-Schäden ausgelösten G2-Arrest überwinden. Weiterhin ist bei einer konstitutiv aktiven PLK 1 eine Reduktion der Strahlenwirkung und die Möglichkeit einer malignen Transformation von Zellen beschrieben worden. Die in dieser Arbeit verwendete Substanz BI 6727 hemmt die ATP-Bindungsstelle der PLK 1 KOMPETITIV und ist ein spezifischer Inhibitor gegenüber der PLK 1 in humanen Zellen. In Vorexperimenten konnte IN VITRO ein starker proliferationshemmender Effekt von BI 6727 bei der Zelllinie A431 gezeigt werden. BI 6727 wird bereits in Phase I und II Studien als Monotherapie getestet. Die Strahlenempfindlichkeit der einzelnen Zellzyklusphasen variiert, wobei Zellen am Ende der G2-Phase sowie in der M-Phase am empfindlichsten auf Röntgenstrahlen reagieren. Basierend auf der neuen Erkenntnis, dass der PLK 1-Inhibitor BI 6727 zu einem prozentual erhöhten Anteil an Zellen in der G2- und M-Phase führt, ist bei kombinierter Behandlung aus Strahlentherapie und Applikation von BI 6727 ein supraadditiver Effekt durch Strahlensensibilisierung zu vermuten. In diesem Zusammenhang sind bisher keine Untersuchungen bekannt. Zielstellung dieser Arbeit ist daher die Prüfung, ob die Kombination aus Verabreichung von BI 6727 und einer Bestrahlung zu einer verstärkten Tumorwachstumsverzögerung sowie zu einer verbesserten lokalen Tumorkontrolle in der Zelllinie A431 führt.

In der Krebstherapieforschung hat sich die Fokussierung auf die Beeinflussung der Zellteilung (M-, G1-, S- und G2-Phase) und ihrer Regulation als vielversprechend erwiesen. Ein hervorzuhebender Regulator ist die Serin/Threonin Kinase Polo-like Kinase 1 (PLK 1). Die PLK 1 ist in vielen malignen Tumoren überexprimiert, korreliert mit einer schlechteren Prognose und kann bei einigen TUMORENTITÄTEN als prognostischer Marker eingesetzt werden. Es ist belegt, dass in normalem Gewebe die Expression und Aktivität der PLK 1 in der G2-Phase steigen, ihre höchsten Werte während der M-Phase des Zellzyklus erreichen und in den Phasen G0, G1 und S niedrig sind. Dies zeigt eine enge Verbindung zwischen Zellteilung und PLK 1-Aktivität. Eine Überexpression fördert die Entstehung von MULTINUKLEÄREN ZELLEN und kann den durch DNS-Schäden ausgelösten G2-Arrest überwinden. Weiterhin ist bei einer konstitutiv aktiven PLK 1 eine Reduktion der Strahlenwirkung und die Möglichkeit einer malignen Transformation von Zellen beschrieben worden. Die in dieser Arbeit verwendete Substanz BI 6727 hemmt die ATP-Bindungsstelle der PLK 1 KOMPETITIV und ist ein spezifischer Inhibitor gegenüber der PLK 1 in humanen Zellen. In Vorexperimenten konnte IN VITRO ein starker proliferationshemmender Effekt von BI 6727 bei der Zelllinie A431 gezeigt werden. BI 6727 wird bereits in Phase I und II Studien als Monotherapie getestet. Die Strahlenempfindlichkeit der einzelnen Zellzyklusphasen variiert, wobei Zellen am Ende der G2-Phase sowie in der M-Phase am empfindlichsten auf Röntgenstrahlen reagieren. Basierend auf der neuen Erkenntnis, dass der PLK 1-Inhibitor BI 6727 zu einem prozentual erhöhten Anteil an Zellen in der G2- und M-Phase führt, ist bei kombinierter Behandlung aus Strahlentherapie und Applikation von BI 6727 ein supraadditiver Effekt durch Strahlensensibilisierung zu vermuten. In diesem Zusammenhang sind bisher keine Untersuchungen bekannt. Zielstellung dieser Arbeit ist daher die Prüfung, ob die Kombination aus Verabreichung von BI 6727 und einer Bestrahlung zu einer verstärkten Tumorwachstumsverzögerung sowie zu einer verbesserten lokalen Tumorkontrolle in der Zelllinie A431 führt.:INHALTSVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 5 1 Einleitung 6 2 Grundlagen 9 2.1 Zellzyklus einer humanen Zelle 9 2.2 Röntgenstrahlen 11 2.3 Wirkung von Strahlen auf humanes Gewebe 11 2.4 Funktion der PLK 1 14 2.5 Wirkung der PLK 1-Inhibition 18 2.6 Wirkung des PLK 1-Inhibitors BI 6727 20 2.7 Therapie von Plattenepithelkarzinomen weiblicher Geschlechtsorgane 22 2.8 Fragestellung 23 3 Material und Methoden 24 3.1 Experimentaldesign 24 3.1.1 Versuchsaufbau und Behandlungsarme 24 3.1.2 Aufnahme der Versuchstiere in das Behandlungsschema 26 3.2 Experimentaltiere 27 3.2.1 Charakterisierung der Versuchstiere 27 3.2.2 Haltung der Versuchstiere 27 3.3 Implantiertes Tumorgewebe A431 28 3.3.1 Tumorzelllinie A431 28 3.3.2 Tumorkonstanz 29 3.3.3 Implantation 30 3.4 Polo-like Kinase 1-Inhibitor BI 6727 und Trägersubstanz 30 3.4.1 Substanz BI 6727 und Trägersubstanz 30 3.4.2 Intravenöse Applikation 31 3.5 Bestimmung der Tumorvolumina 31 3.5.1 Messmethode 31 3.5.2 Berechnung 32 3.6 Bestrahlung 32 3.6.1 Durchführung der lokalen Tumorbestrahlung 32 3.6.2 Geräte und Dosimetrie 33 3.6.3 Qualitätskontrolle der lokalen Tumorbestrahlung 34 3.7 Nachbeobachtung von Tieren und Tumoren 35 3.8 Experimentelle Endpunkte und Auswertungsmethoden 35 3.8.1 Tumorwachstumsverzögerung 35 3.8.2 Lokale Tumorkontrolle 36 4 Diskussion der angewandten Methoden 38 4.1 Tierexperiment 38 4.2 Einfluss des murinen Immunsystems 38 4.3 Einsatz des Tumors A431 und der Substanz BI 6727 39 4.4 Durchführung der lokalen Tumorbestrahlung 41 4.5 Applikationsschema 42 4.6 Experimentelle Endpunkte 43 4.7 Nachbeobachtung 45 4.8 Übertragbarkeit von Ergebnissen aus Tierversuchen auf den Menschen 46 5 Ergebnisse 48 5.1 Alleinige Applikation von BI 6727 48 5.2 Applikation von BI 6727 in Kombination mit Bestrahlung 50 5.2.1 Tumorwachstumsverzögerung 50 5.2.2 Lokale Tumorkontrolle 57 5.3 Verträglichkeit von BI 6727 58 6 Diskussion der Ergebnisse 59 6.1 Vorexperimente 59 6.2 Alleinige Verabreichung von BI 6727 60 6.3 Kombination von BI 6727 und Bestrahlung 61 6.3.1 Tumorwachstumsverzögerung 61 6.3.2 Lokale Tumorkontrolle 63 6.4 Verträglichkeit von BI 6727 65 6.5 BI 6727 in Kombination mit fraktionierter Bestrahlung 66 6.6 Klinische Relevanz 67 6.7 Ausblick 69 7 Zusammenfassung 72 8 Summary 76 ERKLÄRUNG zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 79 ERKLÄRUNG über die Einhaltung der aktuellen gesetzlichen Vorgaben 81 LITERATURVERZEICHNIS 82 GLOSSAR 89 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 92 TABELLENVERZEICHNIS 93 DANKSAGUNG 94

Novel biocompatible nanoprobes for optical imaging of Epidermal Growth Factor receptor (EGFR) were created. 5 and 18 nm gold nanoparticles (AuNPs) and 5 and 45 nm diameter silver nanoparticles (AgNPs) were conjugated to EGF protein via ?-lipoic acid. AgNPs were not previously attached to EGF. TOF-MS confirms EGF-linker formation. ELISA verifies the linked-EGF activity alone and with EGF-NPs. Core-shell silver-gold nanoparticles (AgAuNPs) gave similar results. TEM staining with uranyl acetate exhibits a bright ring, smaller than EGF, around nanoparticles. Dark field microscopy shows localized, intense cytoplasmic scattering, possibly lipid droplets, in cancer cells incubated with or without nanoprobes. Following injection, mice organs were harvested for EGF-NP immune response determination. Sterilization likely inactivated EGF before ICP-MS. Intense surface enhanced Raman scattering (SERS, 632.8 nm) follows MgSO4 induced EGF-AgNPs aggregation. Pelleted EGF-AgNP tagged cancer cells lack SERS indicative intensity contrast. AgAuNPs could provide increased stability, brighter SERS, and reduced silver biocompatibility concerns.