In der vorliegenden Arbeit wird die Evaluation einer neuen, softwarebasierten Volumetrie auf Basis von CT Datensätzen vorgestellt. Die experimentelle Studie findet vor dem Hintergrund der Kopf-Hals-Onkologie statt und basiert auf der zunehmend in den Vordergrund tretenden Evidenz des Tumorvolumens als prognostischer Marker für Patienten mit Kopf-, Halsmalignomen. Als eine der Methoden zur Volumetrie pathologischer Strukturen gilt die diameterbasierte Schätzung. Dem gegenüber steht die perimeterbasierte bzw. softwarebasierte Volumetrie. Diese ist zwar aufwändiger, hat jedoch den Vorteil bei irregulär begrenzten Strukturen wie beispielsweise Tumoren genauere Ergebnisse zu liefern. Ziel der Studie war es, die Genauigkeit und Grenzen der Volumetrie mittels dieser Methode zu bestimmen. Hierzu wurden Patienten, die für eine chirurgische Resektion und Neck Dissection im Rahmen ihres Kopf-Hals- Karzinoms vorgesehen waren, rekrutiert. Mehrere Lymphknoten wurden selektiert und mittels Software volumetriert. Im Anschluss an die Resektion wurden diese Lymphknoten nach dem archimedischen Prinzips vermessen. Die so gewonnenen realen Volumina wurden der perimeterbasierten und softwarebasierten Volumetrie gegenüber gestellt. Hierbei zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung der softwarebasierten mit den realen Volumina, wie der Pearson Korrelationskoeffizient (r=0.96) sowie die Bland-Altman Analyse zeigten. Weiterhin konnte ein minimaler Diameter von 0.95cm definiert werden, bis zu dem die softwarebasierte Volumetrie mit der momentan verfügbaren CT Bildgebung als verlässlich gelten kann.

The study is designed as a prospective clinical trial. Patients with histologically proven head and neck cancer treated by curative radiotherapy were included. The aim of this study was to investigate the relationship between pretreatment or posttreatment nutritional status and overall surival or locoregional / distant control. Pretreatment and posttreatment nutritional status was evaluated by body weight, body mass index, total serum protein, albumin, prealbumin, transferin and cholinesterase. Univariete and multivariete regression analyses were applied for prognostic factors associated with survival or tumor control. In this study we demonstrated, that poorer nutritional status prior curative radiotherapy, has a negative impact on subsequent control of cancer. The most sensitive parameter was serum cholinesterase. Serum cholinesterase  108 kat/l was the independent negative prognostic factor for both locoregional and distant tumor control. Results of this study indicate the need for intensive nutritional support before starting of curative treatment.

In der vorliegenden Arbeit wird die Evaluation einer neuen, softwarebasierten Volumetrie auf Basis von CT Datensätzen vorgestellt. Die experimentelle Studie findet vor dem Hintergrund der Kopf-Hals-Onkologie statt und basiert auf der zunehmend in den Vordergrund tretenden Evidenz des Tumorvolumens als prognostischer Marker für Patienten mit Kopf-, Halsmalignomen. Als eine der Methoden zur Volumetrie pathologischer Strukturen gilt die diameterbasierte Schätzung. Dem gegenüber steht die perimeterbasierte bzw. softwarebasierte Volumetrie. Diese ist zwar aufwändiger, hat jedoch den Vorteil bei irregulär begrenzten Strukturen wie beispielsweise Tumoren genauere Ergebnisse zu liefern. Ziel der Studie war es, die Genauigkeit und Grenzen der Volumetrie mittels dieser Methode zu bestimmen. Hierzu wurden Patienten, die für eine chirurgische Resektion und Neck Dissection im Rahmen ihres Kopf-Hals- Karzinoms vorgesehen waren, rekrutiert. Mehrere Lymphknoten wurden selektiert und mittels Software volumetriert. Im Anschluss an die Resektion wurden diese Lymphknoten nach dem archimedischen Prinzips vermessen. Die so gewonnenen realen Volumina wurden der perimeterbasierten und softwarebasierten Volumetrie gegenüber gestellt. Hierbei zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung der softwarebasierten mit den realen Volumina, wie der Pearson Korrelationskoeffizient (r=0.96) sowie die Bland-Altman Analyse zeigten. Weiterhin konnte ein minimaler Diameter von 0.95cm definiert werden, bis zu dem die softwarebasierte Volumetrie mit der momentan verfügbaren CT Bildgebung als verlässlich gelten kann.:BIBLIOGRAPHISCHE BESCHREIBUNG .....................................................3 I. EINLEITUNG.....................................................................................4 1.1 EPIDEMIOLOGIE UND ÄTIOLOGIE .................................................. 5 1.2 DIAGNOSTIK UND STAGING .......................................................... 7 1.3 THERAPIESTRATEGIEN ..................................................................9 1.4 PANENDOSKOPIE UND DOKUMENTATION ...................................... 11 1.5 ERSTELLUNG DER 3D KOPF-, HALSDATENSÄTZE MITTELS SEGMENTIERSOFTWARE .................................................................... 12 II. PUBLIKATION .............................................................................. 14 2.1 ABSTRACT ................................................................................ 16 2.2 INTRODUCTION ......................................................................... 17 2.3 METHODS.................................................................................. 18 2.4 RESULTS................................................................................... 21 2.5 DISCUSSION ............................................................................. 23 III. NICHT VERÖFFENTLICHTE DATEN ................................................. 25 3.1 EINLEITUNG .............................................................................. 26 3.2 METHODEN ............................................................................... 26 3.3 RESULTATE ............................................................................... 27 3.4 DISKUSSION .............................................................................. 31 IV. ZUSAMMENFASSUNG.....................................................................34 V. ANLAGEN .................................................................................... 35 5.1 BIBLIOGRAPHIE......................................................................... 38 5.2 ERKLÄRUNG ÜBER DIE EIGENSTÄNDIGE ABFASSUNG DER ARBEIT ... 46 5.3LEBENSLAUF............................................................................... 47 5.4 DANKSAGUNG ............................................................................ 55

L’efficacité de la chimiothérapie contre la croissance tumourale repose sur l'induction d'une mort des cellules tumourales dite immunogène. Les cellules tumourales mourantes agissent alors comme un vaccin thérapeutique en stimulant une réponse immunitaire anti-tumourale capable de contrôler, voire d'éliminer, les cellules cancéreuses résiduel. Les trois marqueurs principales de la mort cellulaire immunogène (MCI), sont (i) l'exposition pré-apoptotique de la calréticuline (CRT) à la surface des cellules, (ii) la sécrétion de l'ATP pendant l'apoptose qui dépend du processus d'autophagie, et (iii) le relargage post-apoptotique de la protéine non-histone de fixation à la chromatine HMGB1 (High Mobility Group B1). CRT, ATP et HMGB1 se lient respectivement à CD91, au récepteur purinergique P2RX7 (Purinergic Receptor P2X, ligand-gated ion channel 7) et au récepteur TLR4 (Toll-like Receptor 4) situés à la surface des cellules dendritiques. En retour, ces interactions initient respectivement la phagocytose des cellules mourantes, la production de l'interleukine-1β et la cross-présentation des antigènes tumouraux aux lymphocytes T.Notre laboratoire a précédemment démontré que la chimiothérapie adjuvante présente une efficacité réduite chez des patients atteints de cancers colorectaux et du sein portant un polymorphisme d'un seul nucléotide ou SNP (Single-Nucleotide Polymorphism) compromettent la fonction des gènes P2RX7 et TLR4, notamment rs3751143 (496Glu>Ala) pour le gène P2RX7 et rs4986790 (299Asp>Gly) pour le gène TLR4.Compte tenu des ces résultats que mettent en évidence la relation étroite entre l’efficacité de la chimiothérapie anticancéreuse et un système immunitaire opérationnel, nous avons décidé d'étudier l'effet de ces SNPs, soit sur la survie globale soit sur la survie sans événement, chez des patients atteints de cancer pulmonaire non à petites cellules ou NSCLC (Non-Small Cell Lung Carcinoma) et de cancers de la tête et du cou ou HNSCC (Head and Neck Squamous Cell Carcinoma). De plus, nous avons porté notre attention sur un autre SNP affectant le gène ATG16L1 (Autophagy-related 16-Like 1), notamment rs2241880 (300Thr>Ala) qui compromet l’activité d’un gène fondamental dans le processus d’autophagie.Dans les cancers NSCLC, les allèles mutants "perte de fonction" des gènes ATG16L1, P2RX7 et TLR4 n'affectent pas la survie globale, indépendamment du type de chimiothérapie administrée. Au contraire, les patientes atteintes de HNSCC, portant au moins un allèle "perte de fonction" d’ATG16L1 et TLR4, présentent un taux de survie sans récidive inferieure par rapport aux patients qui présentent un genotype sauvage. Ce travail décrit pour la première fois un biomarqueur prognostique pour ce type de cancer.De plus, nous avons pu définir, par génotypage à haut débit, une signature de SNPs prédictive de la réponse à la chimiothérapie neoadjuvantes à base d'anthracyclines et des taxanes chez les patients atteints de cancer du sein. En particulier, la combinaison des deux paramètres clinicopathologiques classiques (âge lors du diagnostic et récepteur aux œstrogènes) avec les génotypes rs1076669 du gène ECE1 (Endothelin Converting Enzyme 1; 341Thr>Ile) et rs2277413 du gène PZP (Pregnancy-Zone Protein; 813Val>Ala) a permis de définir trois grandes catégories des patients et leur probabilité respective d'atteindre la réponse complète pathologique après traitement.L'identification de nouveaux biomarqueurs associés à une absence/diminution de réponse à la chimiothérapie apparaît critique pour choisir des alternatives thérapeutiques appropriées et éviter les effets secondaires indésirables chez les non-répondeurs. / Successful chemotherapeutics can induce a type of tumour cell death that is immunogenic, implying that patient’s dying cancer cells function as a therapeutic vaccine and elicit an anti-tumour immune response that controls the residual disease. The three main hallmarks of immunogenic cell death (ICD) are the pre-apoptotic exposure of calreticulin (CRT) on the cell surface, the autophagy-dependent secretion of ATP during the blebbing phase of apoptosis and the post-apoptotic release of the chromatin-binding non-histone protein high mobility group B1 (HMGB1). CRT, ATP and HMGB1 interact with CD91, purinergic receptor P2X, ligand-gated ion channel, 7 (P2RX7) and Toll-like receptor 4 (TLR4), respectively, on the surface of dendritic cells (DCs), thus promoting the engulfment of dying cells, the production of IL-1β and the cross-presentation of tumour-associated antigens to T cells, respectively.Our laboratory has demonstrated that adjuvant chemotherapy exhibits a reduced efficacy in breast and colorectal cancer patients bearing single-nucleotide polymorphisms (SNPs) that compromise the function of P2RX7 or TLR4, such as rs3751143 in P2RX7 (Glu496Ala) and rs4986790 in TLR4 (Asp299Gly).Driven by these results, underpinning the intimate relationship between the success of anti-cancer chemotherapy and an operational immune system, we decided to investigate the effect of these SNPs on disease outcome among non-small cell lung carcinoma (NSCLC) and head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) patients. Additionally, we focused our attention on a SNP in autophagy related 16-like 1 (ATG16L1), namely rs2241880 (Thr300Ala), which compromises the activity of one pivotal autophagic gene. In NSCLC patients, loss-of-function ATG16L1, P2RX7 and TLR4 alleles do not affect overall survival, irrespective of the administration and type of chemotherapy. Conversely, HNSCC patients bearing at least one loss-of-function ATG16L1 or TLR4 allele exhibit a reduced disease-free survival when compared to their wild-type counterparts. This is the first report highlighting a putative prognostic biomarker for this malignancy. Furthermore, taking advantage of a high throughput genotyping study, we delineated a SNP-based signature that predicts the response of breast cancer patients to anthracycline- and taxane-based neoadjuvant chemotherapy. Particularly, the combination of two classical clinicophatological parameters (age at diagnosis and estrogen receptor) and genotype at the ECE1 (rs1076669 Thr341Ile) and PZP (rs2277413 Val813Ala) loci allowed us to define three broad categories with a correspondent probability of achieving pathological complete response. The identification of new biomarkers associated with a reduced/absent response to chemotherapy appears critical for selecting appropriate therapeutic alternatives, and avoiding undesired side effects among non-responders.

Contexte. Les carcinomes des voies aérodigestives supérieures (VADS) arrivent en 6ème position parmi les cancers les plus fréquents au niveau mondial. La fonction du récepteur TLR3 dans les cellules de carcinomes des VADS est encore très mal comprise. Objectifs et méthodes. 1) Déterminer le niveau d’expression du récepteur TLR3 dans les lignées et les biopsies de carcinomes des VADS par western blot et par immunohistochimie. 2) Etudier le rôle de TLR3 dans la croissance tumorale de ces tumeurs, en utilisant notamment des lignées invalidées de façon conditionnelle pour TLR3. 3) Evaluer in vitro les effets cytotoxiques de ligands artificiels de TLR3 soit seuls, soit utilisés en combinaisons avec un inhibiteur d’IAP (inhibitor of apoptosis protein).Résultats. La protéine TLR3 est détectée à un niveau élevé en western blot dans les lignées de carcinomes des VADS étudiées, comparativement à un panel d’autres tumeurs épithéliales humaines. TLR3 est également constamment détecté en immunohistochimie dans les biopsies. TLR3 semble jouer un rôle dans la croissance tumorale des carcinomes des VADS : dans certaines conditions de culture (culture en hypoxie ou en milieu pauvre en SVF et en nutriments), la stimulation de TLR3 par un ligand exogène, le poly(A:U), favorise la croissance des cellules tumorales. Nous avons étudié l’effet de la stimulation de TLR3 sur le métabolisme glucidique dans ces mêmes cellules en utilisant un appareil de type Seahorse® qui mesure la consommation d’oxygène et la production de protons à partir de cellules cultivées en microplaques. Ces expériences montrent que la stimulation de TLR3 fait augmenter l’activité des voies du métabolisme cellulaire anaérobie (glycolyse extra-mitochondriale). Une étude métabolomique a mis en évidence des différences significatives dans le profil métabolique des cellules tumorales stimulées par le poly(A:U) comparativement aux cellules non traitées. Par ailleurs, nous avons montré que la stimulation de TLR3 permettait de détecter le facteur de transcription HIF1 en Western blot, même en conditions normoxiques. Sachant que des ARN libérés par des cellules en état de nécrose peuvent stimuler TLR3, il est tentant de penser que ce récepteur pourrait favoriser la survie des cellules malignes en zone hypoxique au voisinage de cellules nécrotiques. Néanmoins, l’expression de TLR3 représente aussi un facteur de vulnérabilité pour les cellules de carcinome des VADS : en effet les ligands artificiels de TLR3 utilisés en combinaison avec un inhibiteur d’IAP (Inhibitor of Apoptosis Protein) produisent des effets cytotoxiques sur les lignées de carcinomes des VADS étudiées. / Background. Head and Neck (HN) carcinomas are the 6th most frequent type of cancer worldwide. The role of the TLR3 receptor in HN carcinomas remains poorly understood.Objectives and Methods. 1) To assess the expression level of TLR3 in HN carcinoma cell lines and biopsies by Western blot and immunohistochemistry, respectively. 2) To study the role of TLR3 in tumour growth using specific cell lines with conditional knock-down of TLR3. 3). To assess in vitro the cytotoxic effects of artificial ligands of TLR3 used either alone or in combination with an IAP (inhibitor of apoptosis protein) inhibitor.Results. TLR3 protein was detected at a high level by Western blot analysis in HN carcinoma cell lines, by comparison with a panel of other human epithelial cancer cell lines. TLR3 was also consistently detected by immunohistochemistry in tumour biopsies. TLR3 seem to play a role in HN carcinoma cell growth: under certain culture conditions (hypoxic or low fetal calf serum/low nutrient culture conditions), TLR3 stimulation by a synthetic ligand, the poly(A:U), favours tumour cell growth. We investigated the effects of TLR3 stimulation on glucose metabolism using a Seahorse® analyzer, which measures the oxygen consumption and the proton production in living cells. Our results indicate that TLR3 stimulation induces an increase in anaerobic metabolism (extra-mitochondrial glycolysis). A metabolomic study revealed significant changes in the metabolic profile of cancer cells treated by poly(A:U) by comparison with untreated cells. We also showed that under TLR3 stimulation, HIF1 became detectable by Western blot analysis, even in normoxia. Given the fact that RNA fragments released by dying cells are able to trigger TLR3, one can assume that TLR3 might favour cancer cell survival in hypoxic areas located near the necrotic core of the tumour. However, TLR3 expression is also a factor of vulnerability for HN carcinoma cells: indeed, the combination of TLR3 artificial ligands with an IAP inhibitor has a strong cytotoxic effect on HN carcinoma cells in vitro.

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