L’objectif principal de notre travail était d’évaluer deux nouvelles technologies, l’arcthérapie par la technique Rapid’Arc de chez Varian Medical System® et l’irradiation hélicoïdale avec Tomotherapy Hi-Art de chez Accuray® dans les tumeurs des Voies Aéro-Digestives Supérieures. Dans un premier temps, nous avons montré que ces 2 techniques étaient équivalentes du point de vue de la délivrance de la dose à partir de cas théoriques (30 cas) mais également in vivo à partir d’une population de patients analysée de façon prospective dans le cadre de l’étude nationale ARTORL (115 cas). Puis, nous avons cherché à augmenter le ratio thérapeutique en combinant l’une de ces 2 techniques avec des nouvelles techniques d’irradiation en conditions stéréotaxiques (Cyberknife d’Accuray® et Vero de Brainlab®). Nous avons étudié ensuite la toxicité radio-induite la plus fréquente dans notre population, à savoir la xérostomie. Aucun facteur prédictif de toxicités n’a pu être mis en évidence. Toutefois, nous avons pu créer un modèle prédictif de la fonction de récupération de la glande sous maxillaire, celles-ci étant souvent moins bien protégées. L’ensemble de ces résultats confirme les capacités « conformationnelles » de ces 2 nouvelles techniques innovantes et de leurs équivalences d’un point de vue dosimétrique et surtout clinique. Par ailleurs, cette équivalence dosimétrique de ces deux machines a également été retrouvée dans l’irradiation de tumeur pelvienne, dans le cadre de l’étude prospective ARTPELVIS. Le suivi ultérieur de ces populations permettra de confirmer l’équivalence clinique de ces 2 techniques d’un point de vue carcinologique. / The main objectif of our work was to assess two new technologies, arctherapy by Rapid'Arc technology from Varian Medical System® and helical irradiation with Tomotherapy Hi-Art, Accuray® in Head and Neck cancer. First, we showed that these 2 techniques were equivalent in terms of dose delivery from theoretical cases (30 cases), but also in vivo from a population of patients analyzed prospectively included in the national study ARTORL (115 cases). Then, we tried to increase the therapeutic ratio by combining one of these 2 techniques with new techniques for stereotactic irradiation (Cyberknife of Accuray® and Vero Brainlab®). We then studied the most common toxicity in our population, ie xerostomia. No predictif factor could be highlighted. However, we were able to create a predictive model of the recovery function of the sub-mandibular gland, they tend to be less well protected. All these results confirm the "conformational" capacity of these two new innovative techniques, their equivalences dosimetric and especially clinically. These results were confirmed in an another location in the prospective study ARTPELVIS. Subsequent monitoring of these populations will confirm the clinical equivalence of these new technologies.

Abstract The prognosis of patients with head and neck squamous cell carcinoma has improved only little during the last decades. Clinical markers for the biological aggressiveness of the cancer are few. The most reliable prognostic indicator is the stage of the disease. Research of the significance of the TP53 tumor suppressor gene as a predictive marker for prognosis and response to treatment in head and neck cancer has given discrepant results. One reason is probably the attempt to use p53 immunohistochemistry as a surrogate for TP53 mutations. However, in immunohistochemistry the protein is analyzed and thus the result does not usually correlate with TP53 mutations. The marker for prognosis of the response to treatment has to be reliable, and the analytical method needs to be both sensitive and specific. In addition to a sensitive method for TP53 mutation analysis the localization and quality of the mutations have to be analyzed to reveal the significance of the mutation on the function of the p53 protein. In this study, TP53 mutations were analyzed, using a sensitive PCR-SSCP method, in the tumors of patients with head and neck squamous cell carcinoma. The quality and localization of mutations were analyzed by sequencing. The frequency of the TP53 mutations and the effect on the function of the p53 protein were studied using IARC TP53 mutation database and literature. Correlation of TP53 mutations with chemical exposure and their significance on prognosis and response to radiation treatment was studied. In addition, the significance of cell cycle regulators cyclin D1, p16, p21 as potential markers of biological aggressiveness of tumors was studied. The results of this study showed that the patients carrying in their tumor TP53 mutations in the DNA binding region of the gene had been exposed to chemicals more than patients with no mutation or other types of mutations. These mutations also correlated with biological aggressiveness and prognosis and the response to radiation treatment. It was also shown that a combination of cyclin D1 and p16 analyzed by immunohistochemistry correlated with worse prognosis in head and neck cancer. / Tiivistelmä Pään ja kaulan alueen levyepiteelisyöpää sairastavien potilaiden ennuste ei ole juurikaan parantunut viime vuosikymmeninä. Syövän biologista aggressiivisuutta kuvaavia ennustetekijöitä on vähän, luotettavimpana niistä taudin levinneisyys. Tutkimustulokset TP53-kasvunrajoitegeenin merkityksestä prognostisena ja hoitovastetta kuvaavana, prediktiivisenä merkkiaineena pään ja kaulan alueen syövissä ovat ristiriitaisia. Tämä johtuu muun muassa siitä, että p53-immunohistokemiaa on yritetty käyttää TP53-mutaatioiden analysoimiseen. Immunohistokemiassa analysoidaan proteiinia, eikä tulos siksi yleensä korreloi TP53-mutaatioiden esiintymiseen. Prognostisen tai hoitovastetta ennustavan merkkiaineen tulee mitata haluttua asiaa luotettavasti, ja sen analysoimiseen tulee käyttää herkkää ja spesifistä menetelmää. Herkän mutaatioanalyysimenetelmän lisäksi mutaatioiden paikan ja laadun tarkempi analysoiminen on välttämätöntä, jotta saadaan selville mutaation merkitys p53 proteiinin toiminnalle. Tässä työssä tutkittiin pään ja kaulan alueen levyepiteelisyöpää sairastavien potilaiden kasvaimista TP53- mutaatioiden esiintymistä validoidulla, herkällä PCR-SSCP-menetelmällä. Mutaatioiden laatu ja sijainti geenissä analysoitiin sekvensoimalla. IARC:n TP53-mutaatiotietopankin ja kirjallisuuden tietojen avulla selvitettiin mutaatioiden yleisyys ja niiden vaikutus p53-proteiinin toimintaan. Tutkimuksessa selvitettiin TP53-mutaatioiden korrelaatiota kemialliseen altistumiseen ja niiden merkitystä potilaan ennusteeseen ja sädehoitovasteeseen. Lisäksi tutkittiin solusyklin säätelijöiden sykliini D1-, p16- ja p21-proteiinien merkitystä taudin biologiseen aggressiivisuuteen. Väitöskirjatutkimuksen tulokset osoittivat, että potilaat, joiden kasvaimessa oli TP53-mutaatio DNA-sitoutumisalueella, olivat altistuneet kemikaaleille enemmän kuin potilaat, joiden kasvaimissa oli toisenlaisia mutaatioita tai ei mutaatiota ollenkaan. Tutkimuksessa havaitut mutaatiot liittyivät taudin biologiseen aggressiivisuuteen ja huonoon ennusteeseen sekä heikompaan sädehoitovasteeseen. Lisäksi havaittiin, että sykliini D1- ja p16-proteiinin yhdistelmä immunohistokemiallisesti analysoituna korreloi huonoon ennusteeseen pään ja kaulan syövissä.

Der Hedgehog Signaltransduktionsweg (HhP) ist in der Embryologie und für die Tumor-entstehung bedeutsam und kann durch den spezifischen Antagonisten Cyclopamin (Cyc) inhibiert werden. Simvastatin (Sim) kann die für den HhP essentielle Cholesterolsynthese blockieren. Die therapeutische Unterdrückung des HhP in Kopf-Hals-Plattenepithel-karzinomen (HNSCC) zu untersuchen erschien nach verschiedenen Literaturhinweisen lohnend. In den Experimenten, deren Ergebnisse bereits in Artikeln publiziert wurden, konnten antineoplastische Effekte von Cyc bzw. Sim allein und in Kombination mit den Leitlinientherapeutika Cisplatin (Cis) oder Docetaxel (DTX) an der epithelialen Zelllinie KB, den Kopf-Hals-Zelllinien FaDu und HN-5, sowie an primären HNSCC ex vivo nachgewiesen werden. Biopsien von 49 HNSCC wurden im FLAVINO-Assay mit Cyc bzw. Sim in steigenden Konzentrationen allein und kombiniert mit Cis oder DTX untersucht. In die Auswertung konnten gemäß den Einschlusskriterien (histopathologisch bestätigtes HNSCC und suffiziente Koloniebildung im FLAVINO-Assay) 18 HNSCC einbezogen werden. Bei den Voruntersuchungen führten sowohl Cyc als auch Sim zu einer signifikanten Zeit- und Dosis-abhängigen Reduktion der Lebensfähigkeit von KB, FaDu und HN-5. Ebenso unterdrückten sowohl Cyc als auch Sim die Koloniebildung epithelialer Zellen im FLAVINO-Assay hochsignifikant. Auch tolerierbare Cis- und DTX-Konzentrationen zeigten eine signifikante Wachstumshemmung. In der Analyse des Interaktionsmodus wurde in den untersuchten Kombinationen (Sim+Cis, Sim+DTX, Cyc+Cis und Cyc+DTX) in allen Fällen Additivität als prädominanter Interaktionstyp ermittelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen den HhP als potentielles Target in HNSCC aus. Potentere und human besser verträgliche HhP-Blocker sollten unsere Ergebnisse bestätigen und in klinischen Studien getestet werden. Auch die Wirksamkeit von Sim auf HNSCC sollte in prospektiven klinischen Studien weiter analysiert und bestätigt werden. Möglicherweise vermag Sim bzw. die HhP-Blockade zukünftig einen Beitrag zur Therapie von HNSCC im Rahmen multimodaler Therapiekonzepte zu leisten.

Erst seit 2010 sind kombinierte Positronenemissionstomographie- Magnetresonanztomographie-Geräte (PET/MRT) zur hybriden Bildgebung verfügbar. Die mit der Entwicklung der Geräte verbundenen Hoffnungen bezüglich der onkologischen Diagnostik lagen zunächst auf einer verbesserten Genauigkeit in der Tumordetektion im Vergleich zur PET/CT. Rasch wurde jedoch deutlich, dass insbesondere die Möglichkeit der non-invasiven, multiparametrischen Charakterisierung von Tumorerkrankungen einen wesentlichen Vorteil der PET/MRT gegenüber der PET/CT darstellt. Der im Universitätsklinikum Leipzig AöR 2011 installierte PET/MRT-Scanner war einer der ersten weltweit und in dieser Habilitationsschrift sind die ersten Erfahrungen mit dieser Methode auf dem Gebiet der onkologischen Diagnostik zusammengefasst. Schwerpunkt ist dabei die Diagnostik von Kopf-Hals-Tumoren, da in diesem Bereich die CT aufgrund des im Vergleich zur MRT schlechteren Weichteilkontrastes Einschränkungen aufweist. In dieser Schrift werden zunächst die unterschiedlichen Konzepte im Gerätedesign der PET/MRT und die Besonderheiten der PET/MRT im Vergleich zur PET/CT erläutert. Auch die kritischen Punkte, die bei der Implementierung eines PET/MRT-Scanners zu beachten sind, werden detailliert dargestellt. Hierbei werden besonders die baulichen und organisatorischen Aspekte berücksichtigt, es werden aber auch Hinweise zur Qualitätskontrolle und zur Entwicklung von Untersuchungsprotokollen gegeben. In der ersten klinischen Studie zur Anwendung der PET/MRT mit 18F-Fluorodesoxyglucose (18F-FDG) bei Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren konnten wir hinsichtlich Sensitivität und Spezifität noch keine Unterschiede zur PET/CT nachweisen. Allerdings war hier die untersuchte Patientengruppe heterogen und enthielt sowohl Primär- als auch Rezidivtumore. Aktuell konzentriert sich die onkologische Forschung am PET/MRT auf die Möglichkeiten der multiparametrischen Bildgebung zur Detektion und vor allem Charakterisierung von Tumorerkrankungen. Hier konnten wir signifikante Korrelationen von Glukosestoffwechsel und verschiedenen Perfusionsparametern bei Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren nachweisen. Bei Patientinnen mit Zervixkarzinom konnte ein inverser Zusammenhang zwischen Glukosestoffwechsel und Diffusionsrestriktion nachgewiesen werden. Die letzte aufgeführte Arbeit zeigt die Korrelationen zwischen der bildgebenden Tumorcharakterisierung und histopathologischen Ergebnissen bei Kopf-Hals-Tumoren, wo wir Zusammenhänge von Kernfläche und dem Proliferationsmarker Ki-67 mit Diffusionseigenschaften bzw. Glukosestoffwechsel im Tumorgewebe nachweisen konnten.:Inhalt 1. Einführung in die Thematik 1.1. Entwicklung der hybriden Bildgebung 1.2. Technische Konzepte zur Kombination von PET und MRT 1.2.1. Separate Geräte – räumlich getrennt 1.2.2. Separate Geräte - in einem Raum kombiniert 1.2.3. Integrierte Geräte 1.3. Schwächungskorrektur 1.4. Einsatzgebiete 1.5. Untersuchungsprotokoll am PET/MRT 1.5.1. Allgemeine Überlegungen zum Untersuchungsablauf 1.5.2. MRT-Sequenzen 1.5.3. PET-Tracer 1.6. Eigene Studien 2. Originalarbeiten 2.1. Physikalische und organisatorische Maßnahmen für Installation, regulatorische Anforderungen und Implementierung eines simultanen hybriden PET/MR-Bildgebungssystems in Forschung und klinischer Versorgung 2.2. Ergebnisse der simultanen 18F-FDG PET/MRT im Vergleich zur 18F-FDG PET/CT bei Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren 2.3. In vivo Korrelation von Glukosemetabolismus, Zelldichte und mikrozirkulatorischen Parametern bei Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren: erste Ergebnisse von Untersuchungen mittels simultaner PET/MRT 2.4. Simultane 18F-FDG PET/MRT: Korrelation von scheinbarem Diffusionskoeffizient (ADC) und standardisiertem Aufnahmewert (SUV) beim primären und rezidivierten Zervixkarzinom 2.5. Simultane 18F-FDG PET/MRT: Assoziationen zwischen Diffusion, Glukosemetabolismus und histopathologischen Parametern bei Patienten mit Plattenepithelkarzinomen der Kopf-Hals- Region 3. Ausblick mit Übersichtsartikel „Molekulare Bildgebung bei Kopf-Hals-Tumoren“ 4. Literaturverzeichnis 5. Erklärung über die eigenständige Anfertigung der Arbeit und Kenntlichmachung der benutzten Hilfsmittel bzw. Hilfen 6. Lebenslauf 7. Danksagung

A studies carries for the last twenty years accumulated data that show two different etiology of head and neck squamous cell carcinoma. Tumors located in the oral cavity are often independent of the viral infection and is associated with tobacco and alcohol use. Approximately 26 % of all HNC and more than 50 % of tonsillar cancers are associated with the presence of high risk human papillomavirus (HR HPV). The purpose of this study was to determine whether changes in HPV DNA prevalence in oral rinses and/ or HPV - specific antibody levels in sera of patients with head and neck carcinoma (HNC) have prognostic significance. Patients with HNC were enrolled (N=142). The presence of HPV DNA was assayed in tumor tissue and oral rinses, and HPV-specific antibodies were assessed in sera. Sera were drawn one month and one year after the end of treatment. One year after treatment, oral rinses were collected. Altogether, 59.2 % tumors were HPV positive. Initially, the presence of HPV DNA in the tumors strongly correlated with HPV DNA positivity in oral rinses as well as with the presence of HPV- specific antibodies in sera. Out of 66 patients with HPV positive oral rinses at enrollment, 84.8 % became negative at one-year follow up. The mean titres of HPV 16 E6 and E7 antibodies at follow- up were lower in...

Die vorliegende retrospektive Studie zur postoperativen Radiochemothera-pie bei fortgeschrittenen Kopf-Hals-Tumoren sollte die eigenen Ergebnisse mit den prospektiv-randomisierten Studien vergleichend darlegen und dabei den Nutzen einer Radiochemotherapie überprüfen. Insgesamt wurden 155 Patienten in der retrospektiven Analyse eingeschlossen. Die Überlebens- und Rezidivraten des Patientengutes konnten anlehnend zu den publizier-ten Studien reproduziert werden. Ein Vorteil der Radiochemotherapie in Bezug nehmend auf den posttherapeutischen Verlauf konnte hierbei nicht festgestellt werden. Es traten signifikant vermehrt höhergradige Akutne-benwirkungen nach Applizierung der simultanen, systemischen Therapie auf. Die Arbeit konnte zeigen, dass sich durch die Reduzierung der Gesamt-behandungszeit als auch des Intervalls zwischen Operation und Beginn der adjuvanten Therapie das Gesamtüberleben sowie die lokoregionäre Rezidiv-rate signifikant verbessern ließen. Insgesamt scheinen die Fernmetastasie-rungen und die lokoregionären Rezidive maßgebend für die immer noch un-befriedigenden Überlebensraten zu sein. Gegenstand weiterer Untersu-chungen sollte daher die Optimierung der prätherapeutischen Diagnostik sowie der adjuvanten Therapie sein.

Magister Chirurgiae Dentium (MChD) / Oral Squamous Cell Carcinoma (OSCC) patients suffer from the terrible consequences of the disease and its treatment modalities, and as a result, their Quality of Life (QoL) and Oral Health-related Quality of Life (OHRQoL) is badly affected, especially due to functional limitation, physical disability and psychological disability that they encounter before, during and after treatment. There is a need for more research on OHRQoL of OSCC patients at various treatment intervals. The present study focused on investigating OHRQoL of OSCC patients at the post-treatment phase.

Only a few individual cells within less than 5% of all primary tumors form the cell lines commonly used in cancer research. These growth bottlenecks result in cell lines that are often poor models of primary tumors. Co-culture of primary tumor-derived cells with an irradiated mouse fibroblast feeder layer and ROCK inhibitor, known as the Georgetown Method, offers a way to culture over 80% of tumor-derived cells in vitro to create more representative tumor cell models. In our studies, we optimized the Georgetown Method to culture head and neck cancer cells, including oropharyngeal squamous cell carcinoma, and investigated its mechanism of conditionally immortalizing cells in culture. Differential trypsinization and regular feeder layer replacement were found to significantly improve the efficacy of immortalizing co-cultured cells at both atmospheric and physiological oxygen levels. Medium conditioned by irradiated fibroblasts can also substitute for direct co-culture with a feeder layer. The Georgetown Method was found to maintain low levels of p16 in co-cultured cells, suggesting a potential mechanism by which the Georgetown Method prevents differentiation and senescence. Our ability to culture over 80% of primary tumor-derived cells allows us to test the translational value of tumor-derived cell cultures and xenografts using BH3 profiling. Conditioned medium simplifies maintenance of cell cultures and will also allow us to perform high-throughput screens without the need to separate tumor-derived cells from the fibroblast feeder layer. The Georgetown Method provides opportunities to expand small tissue specimens for future diagnostics, therapeutics, and biobanking.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第20248号 / 医博第4207号 / 新制||医||1020(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 鈴木 実, 教授 別所 和久, 教授 大森 孝一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Medical imaging is a key tool used in healthcare to diagnose and prognose patients by aiding the detection of a variety of diseases and conditions. In practice, medical image screening must be performed by clinical practitioners who rely primarily on their expertise and experience for disease diagnosis. The ability of convolutional neural networks (CNNs) to extract hierarchical features and determine classifications directly from raw image data makes CNNs a potentially useful adjunct to the medical image analysis process. A common challenge in successfully implementing CNNs is optimizing hyperparameters for training. In this study, we propose a method which utilizes scheduled hyperparameters and Bayesian optimization to classify cancerous and noncancerous tissues (i.e., segmentation) from head and neck computed tomography (CT) and positron emission tomography (PET) scans. The results of this method are compared using CT imaging with and without PET imaging for 2D and 3D image segmentation models.