München, Techn. Univ., Diss., 2004.

Cardiovascular diseases (CVD), subsuming atherosclerosis of the coronary arteries and subsequent myocardial infarction, are the leading cause of death in the European Union (over 4 million deaths annually), with devastating individual and economic consequences. Recent studies revealed that T cells play a crucial role in post-MI inflammation, healing and remodelling processes. Nevertheless, the specificity profile of adaptive immune responses in the infarcted myocardium has not yet been differentiated. The experiments portrayed in this thesis sought to assess whether post-MI CD4+ T cell responses in mice are triggered by heart specific antigens, and eventually identify relevant epitopes. We were able to create a murine antigen atlas including a list of 206 epitopes for I-Ab and 193 epitopes for I-Ad presented on MHC-II in the context of MI. We sought to consecutively test this panel by in vitro T cell proliferation and antigen recall assays ex vivo. The elispot assay was used as a readout for antigen-specific stimulation by measurement of IL-2 and IFN-γ production, currently the most sensitive approach available to detect even small counts of antigen producing cells. Splenocytes as well as lymphocytes from mediastinal lymph nodes were purified from animals 7 days or 56 days after EMI conducted by ligation of the left anterior descending artery. We were able to provide evidence that post-MI T cell responses in Balb/c mice are triggered by heart-specific antigens and that MYHCA, especially MYHCA614-628, is relevant for that response. Moreover, a significant specific T cell response after MI in C57BL/6J mice was observed for α actin, cardiac muscle 1 [ACTC1], myosin-binding protein C3 [MYBPC3] and myosin heavy chain α [MYHCA] derived heart specific antigens. Generally, the epitopes of interest for Balb/c as well as C57BL/6J could be further investigated and may eventually be modulated in the future. / Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD) sowie der häufig folgende Myokardinfarkt sind die häufigsten Todesursachen in der Europäischen Union (über 4 Millionen Todesfälle pro Jahr) mit verheerenden individuellen und wirtschaftlichen Folgen. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass T-Zellen eine entscheidende Rolle bei Entzündungs-, Heilungs- und Umbauprozessen nach einem Myokardinfarkt spielen. Das Spezifitätsprofil adaptiver Immunantworten im infarzierten Myokard konnte bisher jedoch noch nicht differenziert werden. Die in dieser Arbeit dargestellten Experimente gingen der Frage nach, ob CD4+ T-Zellantworten nach einem Myokardinfarkt in Mäusen durch herzspezifische Antigene ausgelöst werden und ob hieraus relevante Epitope identifiziert werden können. Uns gelang es, einen Maus-Antigen-Atlas zu erstellen, der eine Zusammenstellung von 206 Epitopen für I-Ab und 193 Epitope für I-Ad enthält, welche auf MHC-II im Rahmen des Myokardinfarkts präsentiert werden. Dieses Panel wurde nacheinander durch In-vitro-T-Zell-Proliferations- und Antigen-Recall-Assays ex vivo getestet. Der Elispot-Assay wurde als sensitivster verfügbare Ansatz zur Quantifizierung der antigen-spezifischen Stimulation durch Messung der IL-2- und IFN-γ-Produktion verwendet. Splenozyten sowie Lymphozyten aus mediastinalen Lymphknoten der Mäuse wurden 7 Tage bzw. 56 Tage nach einem experimentellen Myokardinfarkt, welcher durch Ligation der RIVA Arterie durchgeführt wurde, aufgereinigt. Wir konnten nachweisen, dass Post-MI-T-Zellantworten in Balb/c Mäusen durch herzspezifische Antigene ausgelöst werden, und dass MYHCA, insbesondere MYHCA614-628, für diese Antwort relevant ist. Darüber hinaus konnte eine signifikante spezifische T-Zell-Antwort nach Myokardinfarkt in C57BL/6J Mäusen auf aus Alpha-Actin des Herzmuskels 1 [ACTC1], Myosin-bindendes Protein C vom Herztyp [MYBPC3] und der schweren Kette des Myosins α [MYHCA] generierten herzspezifischen Antigenen gezeigt werden.

Bereits in Vorstudien konnte dargelegt werden, dass eine signifikante Korrelation zwischen der T-Zell-Zytokin-Antwort und der berufs- bzw. umweltbedingten Schimmelpilzbelastung besteht. Ziel der vorliegenden Studie war, eine mögliche Kombination von Biomarkern ausfindig zu machen, die veränderte T-Zell-Antworten auf A. fumigatus- Antigene bei beruflich Exponierten im Vergleich zu Kontrollprobanden/-innen vorhersagen kann. Um geeignete Marker für das Bio-Monitoring zu finden, wurden zur T-Zell-Aktivierung ein myzeliales A. fumigatus - Lysat und 12 proteinogene Antigene in ELISpot-Versuchen für die Signaturzytokine IFN-γ (TH1), IL-5 (TH2) und IL-17A (TH17) der Haupt-TH-Subpopulationen getestet. Es zeigten sich bei den Biolandwirten/-innen erwartungsgemäß erhöhte TH1- und TH2-Antworten auf die Mehrzahl der verwendeten spezifischen A. fumigatus-Antigene, die möglicherweise eine Schimmelpilzbelastung serologisch nachweisbar machen. Insbesondere die spezifischen A. fumigatus-Antigene Aspf22, CatB und CipC konnten eine Trennschärfe zwischen den beiden Kohorten hinsichtlich ihrer IFN-γ- und IL-5-Zytokinantwort erzielen. Unterschiede in der TH17-Antwort aufgrund chronischer beruflicher Sporenbelastung ohne Krankheitskorrelat konnten nicht explizit festgestellt werden. Weiterhin ergab sich, dass erhöhte TH2-Immunreaktionen, sofern sie mit einer adäquaten TH1-gerichteten Immunantwort einhergehen und damit eine ausgeglichene TH2/TH1-Balance besteht, nicht zwangsläufig zu Hypersensitivitätserkrankungen führen. Im Vergleich zu Langzeitexponierten wurden teilweise überlappende TH-Zellfrequenzen bei beruflich exponierten Biolandwirten/-innen ermittelt. Welche entscheidende Rolle Treg-Zellen bei der Eindämmung überschießender Immunantworten einnehmen, kann hieraus erahnt werden. / Preliminary studies have already set out a significant correlation between T-cell-cytokine-responses and professional and/or environmental mold contaminations. This study aimed for a possible combination of biomarkers to predict altered T-cell-responses to A. fumigatus- antigens in a defined professionally exposed cohort in comparison with controls. To find out suitable markers for the biomonitoring, T-cell-activation was performed with a mycelial A. fumigatus- lysate and 12 proteinaceous antigens in ELISpot assays with look at the main signature cytokines of T-helper cell subsets IFN-γ (TH1), IL-5 (TH2) and IL-17A (TH17). As immunoglobulins play an important role in pathophysiology and diagnostic of allergies, sera of the subjects were examined regarding IgE-specific antibodies against mycelial A. fumigatus - lysate and 12 proteinaceous antigens in Western Blot-technique. As expected, increased levels of TH1- and TH2-cytokine responses were found for a majority of examined specific A. fumigatus-antigens, which may help to verify mold exposure in a serological way. Differences in TH17-immune response in agricultural workers without a hypersensitivity disease has not been found. Furthermore, increased TH2-immune responses don’t necessarily lead to a pathologic value since it is followed by an adequate TH1-answer for upholding the TH2/TH1-balance. TH-frequencies of not occupational exposed individuals partly show overlaps with those of agricultural workers. Therefore, the important role of Treg-cells in containing extensive immune responses is conceivable. The specific A. fumigatus-antigens Aspf22, CatB and CipC are (in contrast to Aspergillus-lysate) able to drag selectivity in-between the two cohorts regarding their IFN- - and IL-5-cytokine response. Even though further investigations must be made, specific antigens are more suitable for exposition-analysis and, eventually, for the depiction of associated hypersensitivity diseases. The discrimination based on B-cell-triggered IgE- immune responses remains difficult, conceivably by reason of the subclinical status of the subjects. Solely Aspf3, which is already established in the Immuno-CAP-analysis, shows differential power.

The cancer stem cell hypothesis is a cancer development model which elicited great interest in the last decades stating that cancer heterogeneity arises from a stem cell through asymmetrical division. The Cancer Stem Cell subset is described as the only population to be tumorigenic and having the potential to renew. Conventional therapy often fails to eradicate CSC resulting in tumor relapse. Consequently, it is of great inter-est to eliminate this subset of cells to provide the best patient outcome. In the last years several approaches to target CSC were developed, one of them being immunotherapeu-tic targeting with antibodies. Since markers associated with CSC are also expressed on normal stem cells or healthy adjacent tissue in colorectal cancer, dual targeting strate-gies are preferred over targeting only a single antigen. Subsequently, the idea of dual targeting two CSC markers in parallel by a newly developed split T cell-engaging anti-body format termed as Hemibodies emerged. In a preliminary single cell RNA sequenc-ing analysis of colorectal cancer cells CD133, CD24, CD166 and CEA were identified as suitable targets for the combinatorial targeting strategy. Therefore, this study focused on trispecific and trivalent Hemibodies comprising a split binding moiety against CD3 and a binding moiety against either CD133, CD24, CD166 or CEA to overcome the occurrence of resistance and to efficiently eradicate all tumor cells including the CSC compartment. The study showed that the Hemibody combinations CD133xCD24, CD133xCD166 and CD133xCEA are able to eliminate double positive CHO cells with high efficacy while having a high specificity indicated by no killing of single antigen positive cells. A thera-peutic window ranging between one to two log levels could be achieved for all combina-tions mentioned above. The combinations CD133xCD24 and CD133xCD166 further-more proved its efficacy and specificity on established colorectal cancer cell lines. Be-sides the evaluation of specificity and efficacy the already introduced 1st generation of Hemibodies could be improved into a 2nd generation Hemibody format with increased half-life, stability and production yield. In future experiments the applicability of above-mentioned Hemibodies will be proven on patient-derived micro tumors to also include variables like tumor microenvironment and infiltration. / In den letzten Jahrzenten wurde neben der klonalen Evolution ein weiteres Modell zur Krebsentstehung und dessen Heterogenität entwickelt: die Krebsstammzellhypothe-se. Diese Hypothese besagt, dass die Heterogenität eines Tumors durch asymmetri-sche Teilung von sogenannten Krebsstammzellen entsteht. Nur diese sind tumorigen und in der Lage Metastasen zu bilden. Außerdem werden Krebsstammzellen als re-sistent gegen konventionelle Therapien beschrieben, weshalb es nach einer anfängli-chen Tumorregression oft zu einem Rezidiv durch erneutes Auswachsen von zurück-bleibenden Krebsstammzellen kommt. Deshalb ist es von großem Interesse genau diese Population abzutöten, um eine erfolgreiche Therapie zu gewährleisten. In den letzten Jahren wurden zahlreiche Medikationen entwickelt, um Krebsstammzellen ge-zielt anzugreifen. Ein vielversprechender Ansatz ist hierbei die immuntherapeutische Adressierung mittels Antikörpern gegen Krebsstammzellmarkern. Einzelne Marker sind allerdings auch auf normalen Stammzellen und gesundem Gewebe exprimiert, weshalb Therapien, die auf mindestens zwei verschiedene Oberflächenproteine ab-zielen, erfolgsversprechender sind. In dieser Arbeit wurde ein neues T-Zell rekrutie-rendes Antikörperformat entwickelt, sogenannte Hemibodies. Hierbei handelt es sich um ein trispezifisches und trivalentes Format, bestehend aus jeweils zwei Fragmen-ten. Jedes Fragment besteht aus einer Bindedomäne gegen ein Krebsstammzellmar-ker und einer geteilten Bindedomäne gegen CD3. Durch Bindung beider Fragmente an einen Stammzellmarker kommt es zur Komplementierung der geteilten anti-CD3 Domäne und zur T-Zellrekrutierung. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der bioin-formatischen Analyse von Einzelzell-RNA-Daten des kolorektalen Karzinoms (KRK) zur Identifizierung von potentiellen Krebsstammzellmarkern. Dabei konnten die Ober-flächenproteine CD24, CD133, CD166 und CEA und besonders deren Kombination als geeignete Zielstrukturen identifiziert werden. Die gegen oben genannte Antigene gerichteten Hemibodies zeigten in den Kombinationen CD133xCD24, CD133xCD166 und CD133xCEA auf doppelt positiven CHO-Zellen eine hohe Effektivität. Außerdem konnte die Spezifität durch ein Ausbleiben von Zelltod auf einzel-positiven CHO Zellen bewiesen werden. Die Kombinationen CD133xCD24 und CD133xCD166 konnten Effektivität und Spezifität auch auf etablierten Krebszellen zeigen. Die oben genann-ten Kombinationen waren in einem therapeutischen Fenster von ein bis zwei Logstu-fen funktional. Neben der Testung verschiedener Hemibody-Kombinationen konnten die bereits publizierten Hemibodies der ersten Generation in ein neues Format der zweiten Generation weiterentwickelt werden. Das neue Format zeigte eine verbesser-te Halbwertszeit, Stabilität und Produzierbarkeit. In zukünftigen Experimenten werden die in der Thesis benutzten Hemibodies auf Mikrotumoren getestet, um weitere Vari-ablen, die die Effektivität und Spezifität beeinflussen zu ermitteln.

In dieser Arbeit wurde das PVM-Mausmodell verwendet, um die Bedeutung der Typ I und Typ III Interferonantwort für die Pathogenese einer pneumoviralen Infektion zu analysieren. Hierzu wurden zunächst mit Hilfe der reversen Genetik rekombinante PVM-Mutanten hergestellt, bei denen die Gene für die NS-Proteine, welche vermutlich als Interferonantagonisten fungieren, deletiert sind. Die Charakterisierung der Replikationsfähigkeit der rPVM dNS-Mutanten erfolgte in vitro in Interferon-kompetenten und Interferon-inkompetenten Zelllinien. Ein zentraler Schritt innerhalb dieser Charakterisierung war die Untersuchung der Induktion von Interferonen in vivo und in vitro nach Infektion mit den rPVM dNSMutanten, wobei nachgewiesen wurde, dass die NS-Proteine von PVM als Interferonantagonisten fungieren. In allen Interferon-kompetenten Zellkulturen wurde eine Attenuierung von rPVM dNS1, rPVM dNS2 und rPVM dNS1dNS2 bezogen auf rPVM beobachtet. In allen Interferon-inkompetenten Zellkulturen konnte die Attenuierung der rPVM dNS-Mutanten nahezu vollständig revertiert werden. Nach Infektion mit den rPVM dNS-Mutanten wurde in verschiedenen Zelllinien eine Induktion von Typ I und Typ III Interferonen betrachtet, wobei Unterschiede in der Stärke der Interferon-Induktion nach Infektion mit den rPVM dNS-Mutanten vorhanden waren. Zusammenfassend war es möglich, die NS1- und NS2-Proteine von PVM in Analogie zu RSV eindeutig als Antagonisten der Interferonantwort zu identifizieren. Die Untersuchung der protektiven Rolle von Typ I und Typ III Interferonen für die Replikation und Pathogenität von PVM bildete den zweiten Teil dieser Arbeit. Hierzu wurde die Replikationsfähigkeit und Pathogenität der rPVM dNS-Mutanten in verschiedenen Interferon-defizienten Mausstämmen getestet. Die Untersuchungen ergaben eine protektive Rolle von Typ I und Typ III Interferonen bei einer Infektion mit PVM, wobei den Typ I Interferonen ein effektiverer Einfluss zugeordnet werden konnte. Ein Vergleich von Replikation und Virulenz zwischen den verschiedenen Typ I oder Typ III oder Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mausstämmen belegte eine erhöhte Suszeptibilität der Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mäuse gegenüber einer Infektion mit den rPVM dNS-Mutanten. Eine vollständige Aufhebung der Attenuierung wurde auch in den Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mäusen nicht erlangt. Eine anti-apoptotische Funktion der NS-Proteine zusätzlich zu ihrer Wirkungsweise als Interferonantagonisten wurde aufgrund der unvollständigen Revertierung der Pathogenität der rPVM dNS-Mutanten in Typ I/Typ III Interferonrezeptor-defizienten Mäusen vermutet. Der abschließende Teil dieser Dissertation befasste sich mit der Frage, welche Zellen bei einer natürlichen pulmonalen Infektion Interferone in vivo produzieren. In vitro wurde beobachtet, dass überraschenderweise nur sehr wenige virusinfizierte oder uninfizierte Zellen Typ I Interferone bilden. Der Nachweis darüber, welche Zellen während einer pulmonalen Infektion hauptsächlich Interferone in vivo produzieren, war aufgrund der fehlenden Eignung der kommerziell erhältlichen Interferon-Antikörper für intrazelluläre Gewebefärbungen nicht möglich. Dennoch gelang es abschließend durch eine neue Nachweismethode erstmals Zellen mit rezeptorgebundenen Interferon zu identifizieren, wobei es sich um ziliierte Epithelzellen, Alveolarmakrophagen und vermutlich Clarazellen sowie Typ I und Typ II Pneumozyten handelte. / In this thesis the PVM mouse model was used to unveil the role of type I and type III interferone response for the pathogenesis of pneumoviral infection. First, recombinant PVM dNS-mutants with single or combined deletions of the NS-genes were generated and replication efficiency characterization was analyzed in interferon-competent cells as well as in interferon-incompetent cells. A major point was to elucidate the NS-proteins of PVM as interferon antagonists. In interferon-competent cells the replication of rPVM dNS-mutants were significantly attenuated. These attenuation of all three rPVM dNS-mutants was almost completely reversed when interferon-incompetent cells were infected. Induction of type I and type III interferons was determined in different cell types after infection with rPVM dNS-mutants with differences in intensity of interferon induction. Thus, NS1- and NS2-proteins were clearly identified as interferon antagonists. To analyze the protective capacity of type I and type III interferons with respect to replication and pathology of PVM, mice lacking functional receptors for either or both interferons were infected with rPVM or the respective dNS-mutants. The results indicated that both type I and type III interferons which one restricted replication and pathology of PVM, with the former playing the greater role. Interestingly, the replication and virulence of wild-type PVM were completely unaffected by the presence or absence of functional receptors to type I and type III interferon, indicating that both systems are strongly suppressed during infection. However, pretreatment of mice with type I interferon were protective against lethal rPVM challenge, whereas pretreatment with type III interferon delayed but did not prevent death. Finally, the PVM-NS-proteins appeared to delay apoptosis independently of its IFN-antagonistic activity that may contribute to the limited pathogenicity of the viruses in type I/type III receptor deficient mice. In the last part type I interferon producing cells in a pneumoviral infection in vivo should be identified. It was documented that type I interferon producing cells are virusinfected cells as well as uninfected cells. Surprisingly, in vitro only few cells produced type I interferon during rPVM-GFP7 dNS1dNS2 infection. Because the commercially available interferon antibodies are not qualified for intracellular tissue staining it was not possible to identify in vivo the interferon producing cells, but by inventing a new method it was possible to verify the binding of type I interferon to the cell surface receptor of ciliated epithelial cells, alveolar macrophages and presumably Clara cells and type I and type II pneumocytes.

Tübingen, Univ., Diss., 2006.

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

Antikörper, die gegen eine klinisch relevante Gruppe von Rezeptoren innerhalb der Tumornekrosefaktor-Rezeptor-Superfamilie (TNFRSF) gerichtet sind, darunter CD40 und CD95 (Fas/Apo-1), benötigen ebenfalls eine Bindung an Fc-Gamma-Rezeptoren (FcγRs), um eine starke agonistische Wirkung zu entfalten. Diese FcγR-Abhängigkeit beruht weitgehend auf der bloßen zellulären Verankerung durch die Fc-Domäne des Antikörpers und benötigt dabei kein FcγR-Signalling. Ziel dieser Doktorarbeit war es, das agonistische Potenzial von αCD40- und αCD95-Antikörpern unabhängig von der Bindung an FcγRs durch die Verankerung an Myelomzellen zu entfalten. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Antikörpervarianten (IgG1, IgG1-N297A, Fab2) gegen die TNFRSF-Mitglieder CD40 und CD95 genetisch mit einem einzelkettig kodierten B-Zell-aktivierenden Faktor (scBaff) Trimer als C-terminale myelom-spezifische Verankerungsdomäne fusioniert, welche die Fc-Domäne-vermittelte FcγR-Bindung ersetzt. Diese bispezifischen Antikörper-scBaff-Fusionsproteine wurden in Bindungsstudien und funktionellen Assays mit Tumorzelllinien untersucht, die einen oder mehrere der drei Baff-Rezeptoren exprimieren: BaffR, Transmembran-Aktivator und CAML-Interaktor (TACI) und B-Zell-Reifungsantigen (BCMA). Zelluläre Bindungsstudien zeigten, dass die Bindungseigenschaften der verschiedenen Domänen innerhalb der Antikörper-scBaff-Fusionen gegenüber der Zielantigene vollständig intakt blieben. In Ko-Kulturversuchen von CD40- und CD95-responsiven Zellen mit BaffR-, BCMA- oder TACI-exprimierenden Verankerungszellen zeigten die Antikörper-Fusionsproteine einen starken Agonismus, während in Ko-Kulturen mit Zellen ohne Expression von Baff-interagierenden Rezeptoren nur eine geringe Rezeptorstimulation beobachtet wurde. Die hier vorgestellten αCD40- und αCD95-Antikörper-scBaff-Fusionsproteine zeigen also Myelom-spezifische Aktivität und versprechen im Vergleich zu herkömmlichen CD40- und CD95-Agonisten geringere systemische Nebenwirkungen. / Antibodies that target a clinically relevant group of receptors within the tumor necrosis factor receptor superfamily (TNFRSF), including CD40 and CD95 (Fas/Apo-1), also require binding to Fc gamma receptors (FcγRs) to elicit a strong agonistic activity. This FcγR dependency largely relies on the mere cellular anchoring through the antibody's Fc domain and does not involve the engagement of FcγR signaling. The aim of this doctoral thesis was to elicit agonistic activity from αCD40 and αCD95 antibodies in a myeloma cell anchoring-controlled FcγR-independent manner. For this purpose, various antibody variants (IgG1, IgG1-N297A, Fab2) against the TNFRSF members CD40 and CD95 were genetically fused to a single-chain-encoded B-cell activating factor (scBaff) trimer as a C-terminal myeloma-specific anchoring domain substituting for Fc domain-mediated FcγR binding. These bispecific antibody-scBaff fusion proteins were evaluated in binding studies and functional assays using tumor cell lines expressing one or more of the three receptors of Baff: BaffR, transmembrane activator and CAML interactor (TACI) and B-cell maturation antigen (BCMA). Cellular binding studies showed that the binding properties of the different domains within the fusion proteins remained fully intact in the antibody-scBaff fusion proteins. In co-culture assays of CD40- and CD95-responsive cells with BaffR, BCMA or TACI expressing anchoring cells, the antibody fusion proteins displayed strong agonism while only minor receptor stimulation was observed in co-cultures with cells without expression of Baff-interacting receptors. Thus, the herein presented αCD40 and αCD95 antibody fusion proteins display myeloma cell-dependent activity and promise reduced systemic side effects compared to conventional CD40 and CD95 agonists.

Die photodynamische Therapie (PDT) ist eine minimalinvasive, zielgerichtete Therapie solider Tumore, die mit geringen Nebenwirkungen einhergeht. Unter dieser Behandlung zeigen sich ablative Effekte, Gefäßokklusionen und eine Immunstimulationen. Das Wirkprinzip besteht in der Photoaktivierung von nicht-toxischen, lichtreaktiven Photosensibilisatoren (PS), die durch Energieabgabe zur Bildung von Singulettsauerstoff führen, welcher reaktive Sauerstoffspezies bildet. Diese Produkte schädigen die Tumorzellen durch schnelle Inaktivierung lokal und lösen dadurch Apoptose- und Nekroseprozesse aus, wodurch Damage associated molecular patterns freigesetzt werden können. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Effekten der untersuchten PDT auf die Immunzellpopulationen im Harnblasenkarzinom. In der Therapie maligner Hanblasentumore ist kein Standardverfahren der PDT etabliert. Tetrahydroporphyrin-Tetratosylat (THPTS) als PS mit seinem Absorbtionsmaximum im nahen Infrarotbereich (760nm) ermöglicht eine Gewebepenetration von bis zu 15mm und damit die Therapie muskelinvasiver Tumore. Sicherheit und Effektivität durch eine signifikante Reduktion der Tumormasse sind an einem orthotopen Rattenharnblasenmodell, welches der vorliegenden Arbeit als Untersuchungsmaterial dient, nachgewiesen. Der Wirkpfeiler der Immunreaktion wurde im Vorfeld lichtmikroskopisch eruiert. Ziele der Arbeit Die vorgestellte Promotion soll eine Charakterisierung der primären lokalen adaptiven Immunreaktion durch die THPTS-PDT im Harnblasenkarzinom eines orthotopen Rattenmodells vornehmen. Methodik Die Harnblasengewebeschnitte stammen aus den Vorarbeiten der Forschungsgruppe. Als Versuchstiere wurden weibliche F344 Fischerratten verwendet, die einer Inzuchtlinie entstammen und sich als ein immunkompetentes orthotopes Harnblasenmodell eignen. Zur Bildung des Harnblasenkarzinoms wurden AY-27 Urothelkarzinomzellen verwendet. Zur Tumorinokulation wurden die Urothelkarzinomzellen transurethral in die Harnblase der Fischerratten instilliert. So bildeten sich innerhalb von zehn Tagen multifokale Harnblasenkarzinome unterschiedlicher Invasionstiefe. Am zehnten Tag erfolgte die THPTS-PDT. Die lokal behandelte Gruppe (LAG) erhielt den Wirkstoff transurethral. Bei der systemisch behandelten Gruppe (SAG) wurde der Wirkstoff i.v. verabreicht. Die Kontrollgruppe (COG) erhielt Phosphat-gepufferte Saline transurethral. Daraufhin wurden die Gruppen mithilfe einer Glasfaser mit einem 760nm-Laser bestrahlt. Nach 14d wurden die Tiere getötet und die Harnblasen entnommen. Es konnten Schnitte von insgesamt n=26 Ratten untersucht werden: nicht-bestrahlte Kontrollgruppe (COG, n=9), lokale Applikation von THPTS (LAG, n=8), systemische Applikation von THPTS (n=4). Das Gewebe wurde immunhistochemisch für die Fluoreszenzmikrokopie nach einem standardisierten Protokoll gefärbt. Dazu erfolgte das Entparaffinieren und die Antigendemaskierung mittels basischen Puffers im Dampfgarer und Dimethylsulfoxid-Triton X-100-Tris-buffered-Saline. Es wurde mit bovinem Serumalbumin und Ziegen-Normalserum für 2h geblockt und mit den Primärantikörpern zur Doppelmarkierung über Nacht inkubiert. Die genutzten Primärantikörperkombinationen sind CD45/CD3, CD3/CD8, CD3/CD4 und CD19. Danach wurden fluoreszierende oder biotinylierte Sekundärantikörper genutzt, wobei letztere wiederum mit fluoreszierendem Streptavidin gekoppelt wurden. Schließlich erfolgte die Kernmarkierung mittels Diamino-Phenylindol (DAPI). Zu jeder Färbung wurde eine Negativkontrolle angefertigt. Die Antikörper wurden in Gewebe mit erhöhter Expression der Zielepitope etabliert und daraufhin auf das Rattenharnblasengewebe übertragen sowie für die Doppelimmunfluoreszenz kombiniert. Die Bildaufnahmen erfolgten mithilfe des konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops mit einem Plan- Apochromat 40x/0.95 Luft-Objektiv. Jede Aufnahme besteht aus vier Kanälen entsprechend der genutzten Laser: 405nm für die Kerne, 488nm für die Mausantikörper, 561nm für die Kaninchenantikörper und eine Durchlichtaufnahme zur Strukturdarstellung. Jeweils neun Bilder bilden eine quadratische Feldaufnahme mit Ausnahme der Lymphzellcluster, bei denen sich die zusammengefügten Bilder nach der Größe richten. Pro Bereich wurden abhängig von der Ausdehnung maximal fünf Feldaufnahmen angerfertigt. Die Bereiche sind Tumorzentrum, Tumorrand, tumorfreier Bereich und Lymphzellcluster. Letztere sind als Lymphzellansammlungen im Harnblasengewebe unabhängig vom Tumor definiert. Zu analysierende Bereiche (ROI, regions of interest) wurden manuell definiert und mithilfe der Software Fiji (ImageJ2) und einem eigens programmierten Macro die Fläche und die positiv markierten Zellen ermittelt. Die statistische Analyse erfolgte mittels der Software Graph Pad Prism 9.3.1 mit einem Signifikanzniveau von p<0,05%. Ergebnisse Der Datensatz besteht aus insgesamt 1732 Feldaufnahmen, die sich wiederum aus über 14500 High- Powerfield-Bildern zusammensetzen und analysiert wurden. Für die Färbungen ergeben sich pro Tumorareal aufgeschlüsselt auf die Harnblasenbereiche folgende Anzahl an Mittelwerten zur statistischen Analyse: Tumorzentrum COG 24, LAG 15-17, SAG 9-10; Tumorrand COG 23-24, LAG 16-17, SAG 9-10; Tumorfreier Bereich COG 18-19, LAG 12-14, SAG 8; Lymphzellcluster COG 10-15, LAG 16-21, SAG 3-5 Folgende Immunfluoreszenzmarkierungen konnten etabliert werden: CD45-Antikörper zur Darstellung der gesamten Leukozytenpopulation, CD3-Antikörper für die T-Zellen, CD8-Antikörper für den Subtyp der zytotoxischen T-Zellen (CTL), der CD4-Antikörper für den Subtyp der T-Helferzellen (TH) und der CD19-Antikörper für die B-Zellen. Kreuzreaktionen bzw. Hintergrundfluoreszenz traten vor allem im Tumorstroma und dem Endothel bei CD45-, CD19- und CD4-Antikörper auf. Das Signal-Rausch- Verhältnis war jedoch in den meisten Fällen aufgrund der intensiveren Markierung der Lymphozyten- Zellmembranen für die quantitative Analyse ausreichend. Lediglich die Markierung der T-Helferzellen mit dem CD4-Antikörper bereitete durch stärkere Kreuzreaktivitäten Probleme. In der quantitativen Analyse zeigen sich folgende signifikante Ergebnisse: - Reduzierte T-Zelldichte (CD3) der SAG gegenüber der COG im tumorfreien Bereich - Erhöhte T-Zelldichte (CD45/CD3) der SAG gegenüber der LAG im Tumorrand - Reduzierte cytotoxische T-Zelldichte (CD3/CD8) der SAG gegenüber der COG im tumorfreien Bereich - Reduzierte T-Helferzellen (CD3/CD4) der LAG gegenüber der COG im Tumorrand Zieht man die nicht signifikanten Tendenzen der einzelnen Gruppen mit in Betracht, besteht eine verstärkte Immunzelldichte im Tumorzentrum der LAG, wohingegen eine Abnahme dieser im Tumorrand auffällt. Die SAG weist punktuell Reduktionen in der Peripherie, nämlich den tumorfreien Bereichen und Lymphzellclustern auf. Veränderungen im gesamten Tumorbereich, zusammengefasst aus -center und -rand, sind in keiner Immunzellmarkierung vorhanden. Diskussion Die Auswahl der Antikörper erfolgte gemäß aktueller Literatur. Die Spezifität der Immunzellmarkierungen wurde durch die Verwendung von Doppelmarkierungen erhöht. Die Auswahl der untersuchten Bereiche (Tumorzentrum, Tumorrand, tumorfreie Region und Lymphzellcluster) ergeben ein Gesamtbild der Aktivierung des Immunsystems in der Harnblase und erreichen durch die Zahl von insgesamt 1272 Feldaufnahmen des Tumorbereichs eine hohe Repräsentativität. In der Literatur wird die zentrale Stellung der Immunreaktion durch verschiedene PDTs für die Metastasen- und Rezidivkontrolle beschrieben. Dieser Effekt konnte anhand der vorliegenden Ergebnisse nicht untersucht werden. Bei Betrachtung des gesamten Tumorbereichs zeigen sich in keiner Immunzellmarkierung signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen, was eine zusätzliche primäre Tumorkontrolle unwahrscheinlich werden lässt. Hinweise auf Einflüsse auf die Ausbildung einer differenzierten Anti-Tumor-Immunität lassen sich in einer Reduktion der Immunzelldichte im Tumorrand der LAG bei T- und T-Helferzellen und ebenfalls eine Verringerung bei T- und T-Killerzellen in der Peripherie der SAG sehen. Diese Ergebnisse könnten auf eine Migration bei der LAG ins Tumorzentrum und bei der SAG zum Tumorrand verweisen, die sich auch in der tendenziell erhöhten Immunzelldichte des Tumorzentrums der LAG widerspiegelt. Systemische Anti-Tumor-Effekte bleiben so weiterhin vorstellbar. In der vorliegenden Arbeit wurde das Hauptaugenmerk auf die Erfassung der Dichte von Immunzellen in den relevanten Bereichen gelegt. Eine Analyse der Aktivität z.B. der CTL erfolgte nicht. Der Einfluss von Immunzellen auf die Prognose des Harnblasenkarzinoms wird kontrovers diskutiert und ist nicht eindeutig einzuordnen. Kombinationstherapien mit ionisierender Strahlung, Checkpointinhibitoren oder Low-Dose Cyclophosphamid könnten verbesserte Resultate in zukünftigen Arbeiten ermöglichen. Weiterhin sollte ein Augenmerk auf den Zeitrahmen zur Detektion von immunogenen Effekten gelegt werden, vor allem, um akute (48 Stunden) und langfristige (bis zu 90 Tagen) zu detektieren. Subtypenanalyse von T-Helfer- und zytotoxischen T-Zellen sollten erfolgen, um die Anti-Tumor- Immunität differenzierter beurteilen zu können.:1 Abkürzungsverzeichnis 2 Einleitung 2.1 Urothelkarzinom 2.1.1 Epidemiologie und Ätiologie des Urothelkarzinoms 2.1.2 Aktuelle Therapieoptionen des muskelinvasiven Harnblasenkarzinoms 2.2 Anti-Tumor-Immunität 2.2.1 Ausgewählte Prozesse des Immunsystems zum Verständnis der Anti-Tumor-Immunität 2.2.2 Tumormicroenvironment 2.2.3 Übersicht über die Hauptformen des Zelltods und immunmodulatorische Effekte 2.2.4 Damage associated molecular patterns 2.2.5 Tumorantigene 2.3 Photodynamische Therapie 2.3.1Wirkprinzip 2.3.2 Photosensibilisatoren 2.3.3 Einfluss der PDT auf das Immunsystem 2.3.4 Die PDT des Harnblasenkarzinoms 2.3.5 Tetrahydroporphyrin-Tetratosylat: Ein neuer Photosensibilisator zur Therapie des MIBC 3 Ziele der Arbeit 4 Material und Methoden 4.1 Materialien 4.1.1 Asservierte Harnblasengewebeschnitte 4.1.2 Liste der Reagenzien, Verbrauchsmaterialien, Software und Geräte 4.2 Methoden 4.2.1 Vorarbeiten der Forschungsgruppe 4.2.2 Färbeprotokoll Immunfluoreszenz 4.2.3 Etablierung der Antikörper 4.2.4 Aufnahmetechnik 4.2.5 Datenerhebung 4.2.6 Statistik 5 Ergebnisse 5.1 Versuchstiere 5.2 Charakterisierung desDatensatzes 5.3 Qualitative Auswertung 5.4 Quantitative Auswertung 5.4.1 Vergleich der Immunzelldichte in Abhängigkeit von der Behandlung 5.4.1.1 CD45 5.4.1.2 CD3 5.4.1.3 CD8 5.4.1.4 CD4 5.4.1.5 CD19 5.4.1.6 CD45/CD3 5.4.1.7 CD3/CD8 5.4.1.8 CD3/CD4 5.4.1.9 Deskriptive und analytische Daten der Statistik 5.4.1.10 Zusammenfassung des Vergleichs der Immunzelldichten 6 Diskussion 6.1 Methodendiskussion 6.1.1 Auswahl der Antikörper 6.1.2 Beurteilung der CD3-Antikörper 6.1.3 ROI-Auswahl und Beurteilung des Datensatzes 6.2 Ergebnisdiskussion 6.2.1 Beurteilung der Immunreaktion der THPTS-PDT im Kontext anderer PDTs 6.3 Beurteilung der Immunreaktionen beim Harnblasenkarzinom 6.4 Aussichtsreiche Kombinationstherapien 6.5 Umgang mit Schwierigkeiten 7 Schlussbemerkung 8 Zusammenfassung 9 Darstellungsverzeichnis 9.1 Abbildungen 9.2 Tabellen 10 Literaturverzeichnis 11 Anlagen 11.1 Färbeprotokolle 11.1.1 Immunfluoreszenz Doppelmarkierung CD45/CD3 11.1.2 Immunfluoreszenz Doppelmarkierung CD3/CD4 11.1.3 Immunfluoreszenz Doppelmarkierung CD3/CD8 11.1.4 Immunfluoreszenz Einfachmarkierung CD19 11.1.5 Lichtmikroskopie Standardprotokoll in der Etablierungsphase 12 Selbstständigkeitserklärung 13 Lebenslauf 14 Publikationen 15 Danksagung

Das Kolonkarzinom besitzt aufgrund seiner hohen Inzidenz und der zahlreichen Möglichkeiten, mittels moderner Therapiestrategien auf den Krankheitsverlauf Einfluss zu nehmen, eine hohe Relevanz für den klinischen Alltag. Etwa die Hälfte der an einem kolorektalen Karzinom erkrankten Patienten weisen Lebermetastasen auf, welche entweder bereits bei der primären Diagnosestellung vorliegen oder sich im weiteren Krankheitsverlauf ausbilden. Bei der Mehrzahl der Patienten mit Lebermetastasen ist derzeit nur eine palliative Therapie möglich. Die genaue Analyse kolorektaler Lebermetastasen ist somit unerlässlich, um eine gezielte Entwicklung neuer, effizienter Therapiestrategien für dieses große Patientenkollektiv zu ermöglichen. Ziel dieser Arbeit war es, möglichst genau Zytokinprofil, lymphozytäres Infiltrationsmuster und Verhältnis von pro- zu antiangiogenetischen Faktoren im Lebermetastasengewebe über einen biologisch maßgeblichen Wachstumszeitraum zu charakterisieren, um zu einem besseren Verständnis von Tumorimmunologie und Wachstumsverhalten kolorektaler Lebermetastasen beizutragen. Zu diesem Zweck wurde in einem Mausmodell die Ausbildung kolorektaler Lebermetastasen nach intraportaler Injektion von Tumorzellen (CT26.WT) untersucht. / Because of its high incidence and the numerous therapeutic strategies which allow the clinician to influence the course of the disease colorectal carcinoma figures prominently in the clinical daily routine. About half the patients with colorectal carcinoma suffer from hepatic metastasis, which is either already present at the primary diagnosis or develops later in the course of the disease. At present the majority of patients with hepatic metastasis can only be offered palliative therapy. A detailed analysis of hepatic metastasis is therefore essential for the specific development of new and efficient therapeutic strategies for this group of patients. The objective of this work was to characterize the cytokine profile, the lymphocytic infiltration patterns and the ratio of angiogenic and antangiogenic factors in the tissue of colorectal hepatic metastases as precisely as possible over a biologically significant timespan, thus contributing to a better understanding of tumor immunology and tumor growth. With this aim in view we analyzed the development of colorectal hepatic metastases in a mouse model after the intraportal injection of tumor cells (CT26.WT).