The submitted thesis is devoted to the quantitative analysis of tyrosine kinase inhibitors, specifically imatinib and nilotinib, by liquid chromatography-mass spectrometry method. The main purpose of developing this new method of analysis at the Department of Clinical Biochemistry and Diagnostics at the University Hospital in Hradec Králové was measuring and monitoring serum or plasma concentration levels of these drugs in patients with chronic myeloid leukemia, less often in patients with gastrointestinal stromal tumour. The main task during the elaboration of the thesis was to fully optimize and validate the method. Previously, this method for the analysis of tyrosine kinase inhibitors was routinely performed here by high-performance liquid chromatography with spectrophotometric (UV) detection. As part of the modernization of laboratory technology, they started to use high-performance liquid chromatography with mass spectrometry at the workplace. The analytes with their internal standards were obtained by a liquid-liquid extraction process. Then, samples were separated on a C18 reverse phase column using isocratic elution. Subsequently, both analytes were detected by a triple quadrupole tandem mass spectrometer with ESI ion source in a positive mode. As a part of the method validation was to...

Over the past two decades, protein kinases have been intensively investigated as targets to treat neoplastic diseases. Many protein kinase inhibitors not only have therapeutic potential but are becoming invaluable reagents for the study of cell signaling. We aspired to use our Cyclin-Dependent Kinase 8 inhibitor, Q-12, as a probe for biomarker discovery for CDK8 inhibitor sensitive tumor types. Q-12 shows potent inhibition of cell viability and induction of apoptosis process in some triple-negative breast cancer and colorectal cancer cell lines in vitro. Western blot results indicate that the reduction of STAT1 phosphorylation could be a robust indicator of CDK8 target engagement in all three cancer cell lines used upon Q-12 treatment. Q-12 treatment of triple-negative breast cancer cell line (MDA-MB-468) decreases STAT1 phosphorylation but increases STAT3 phosphorylation. Q-12 activity in MDA-MB-468 cell is dependent on the activation of STAT3 phosphorylation. All results suggest that there may be a critical STAT1 to STAT3 ratio that may serve as a biomarker for CDK8 inhibitor sensitivity. In this precision medicine era, the discovery of biomarker is urgently needed to minimize the risks of severe side-effects by traditional chemotherapy and improve diagnosis and monitor therapy response across a wide spectrum of disease, especially heterogenous type of disease, like cancer.

Ruthenium-based complexes have received much interest as potential metallodrugs. In this work, four RuII complexes bearing a dicarbollide moiety, a carbonyl ligand, and a phenanthroline-based ligand were synthesized and characterized, including single crystal diffraction analysis of compounds 2, 4, and 5 and an observed side product SP1. Complexes 2–5 are air and moisture stable under ambient conditions. They show excellent solubility in organic solvents, but low solubility in water.

The epidermal growth factor receptor (EGFR)-K745_E746insIPVAIK and others with rare PVAI amino-acid insertions are exon 19 insertion mutations (<1% of all EGFR mutations), which, at the structural modeling level, resemble EGFR tyrosine kinase inhibitor (TKI)-sensitizing mutants. An important unmet clinical need is the characterization of therapeutic windows of rare exon 19 PVAI amino-acid insertions to available EGFR TKIs. A limited number of preclinical and clinical reports have studied the response of these mutants to all classes of approved EGFR TKIs. We used models of EGFR-K745_E746insIPVAIK and more typical EGFR mutations (exon 19 deletion, L858R, L861Q, G719S, A763_Y764insFQEA, other exon 20 insertion mutations) to probe representative 1st (erlotinib), 2nd (afatinib), 3rd generation (osimertinib), and EGFR exon 20 active (mobocertinib) TKIs. We used human lung-cancer derived cell lines and transduced Ba/F3 cells to measure the treatment efficacy. We also compiled outcomes of EGFR exon 19 insertion mutated lung cancers−from our institution plus the literature−treated with EGFR TKIs. Cells driven by EGFR-K745_E746insIPVAIK had sensitivity to all classes of EGFR TKIs when compared to cells driven by EGFR-wild type in proliferation assays and at the protein level. However, the therapeutic window (calculated in preclinical models as the logarithm of the 50% inhibitory concentration of EGFR mutation compared to wild-type EGFR) of EGFR-K745_E746insIPVAIK driven cells was most akin to those of cells driven by EGFR-L861Q, EGFR-G719S and EGFR- A763_Y764insFQEA than the more sensitive patterns seen with cells driven by an EGFR exon 19 deletion or EGFR-L858R. The majority of patients with lung cancers harboring EGFR- K745_E746insIPVAIK and other mutations with rare PVAI amino-acid insertions responded to clinically available EGFR TKIs (including icotinib, gefitinib, erlotinib, afatinib and osimertinib), with heterogeneous periods of progression-free survival. This is the largest preclinical/clinical report to highlight that EGFR- K745_E746insIPVAIK and other mutations with rare exon 19 PVAI amino-acid insertions are sensitive to clinically available TKIs; in a pattern that mostly resembles the outcomes of models with EGFR-L861Q, EGFR-G719S and EGFR-A763_Y764insFQEA mutations. These findings are consistent with the proposed mechanism of activation of mutant EGFR by alteration of the proposed hydrophobic core. These data may help with the off-label selection of EGFR TKIs and clinical expectations of outcomes when targeted therapy is deployed for these rare EGFR mutated lung cancers. / 2026-03-08T00:00:00Z

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<p dir="ltr">Cancer is the second leading cause of death worldwide, and there is a continued need for effective treatments to combat the disease. A key challenge in cancer therapy persists in the form of therapeutic resistance. While kinase inhibitors (KIs) have shown promise in treating cancer patients with dysregulated protein kinases, treatment failures are common, highlighting the urgent need to address this issue. Despite the approval of 80 protein kinase inhibitors by the United States Food and Drug Administration (FDA), and numerous others in clinical trials, the chemical space explored for protein kinase inhibitors remains limited. Most FDA-approved kinase inhibitors share common core moieties, such as indazole, quinoline, pyrazole, and pyrimidine, indicating a lack of diversification in drug development in this area.</p><p dir="ltr">Efforts to expand the chemical space have led to the identification of a novel 3<i>H</i>-pyrazolo-[4,3-<i>f</i>]quinoline core by the Sintim group. This scaffold can be efficiently synthesized through the Doebner–Povarov multicomponent reaction using readily available ketones, heteroaromatic aldehydes, and 5-aminoindazole. This multicomponent chemistry affords small molecules which inhibit disease-associated protein kinases with sub-nanomolar IC₅₀ values. Additionally, the scaffold presents a unique opportunity to tune for selectivity via judicious substitution patterns, allowing us to target numerous disease-driving kinases, such as FLT3, haspin, and CLK, with the use of simple multi-component chemistry.</p><p dir="ltr">From this work emerged lead amide-containing compound HSK205, which potently inhibits FLT3 and haspin and shows impressive potencies against FLT3-driven acute myeloid leukemia cell lines, with GI₅₀ values between 2 and 20 nM. Western blot analyses indicate that HSK205 inhibits the phosphorylation of FLT3 and histone H3 (substrate of haspin) in Molm-14 AML cells. Further exploration led to the discovery of lead CLK inhibitors, such as HSK1132 and HSK3110, which inhibit the growth of multiple myeloma cell lines <i>in vitro</i> with GI₅₀ values as low as 17 nM. Additionally, these compounds are orally bioavailable and reduce the growth of multiple myeloma RPMI-8226 xenograft model in mice by 69%.</p>

Mit einem medianen Überleben von 14 bis 16 Monaten und einer 5-Jahres-Überlebensrate von weniger als 5 % zählt das Glioblastoma multiforme (GBM) zu den aggressivsten Tumoren des zentralen Nervensystems (Cloughesy et al., 2014; Batash et al., 2017; Guberina et al., 2020). Das GBM, auch als WHO-Grad IV-Astrozytom bezeichnet, ist mit > 50 % aller glialen Tumoren der häufigste maligne hirneigene Tumor (Ohgaki und Kleihues, 2005). Aufgrund ihrer infausten Prognose ist eine Weiterentwicklung und Optimierung der aktuellen Leitlinientherapie sowie die Entwicklung neuartiger Therapiekonzepte für Primärtumore und Rezidive unentbehrlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige Therapieansätze, wie elektrische Wechselfelder (tumor treating fields, TTFields) und der Aurorakinaseinhibitor AZD1152 sowie die konventionelle, in der Leitlinie des Primärtumors verankerte Radiotherapie eingesetzt. Während eine Strahlentherapie in erster Linie durch die Induktion von DNA-Einzel- und Doppelstrangbrüchen wirkt, beruht der Wirkmechanismus der TTFields auf eine Störung der Dipol-gesteuerten Schritte während der Zellteilung. Dies führt folglich zu einer Arretierung des Zellzyklus in der G2/M- und G1/S-Phase. Sofern eine Reparatur an den checkpoints nicht möglich ist, erfolgt die Überleitung der Zelle in die Apoptose (Suzuki et al., 2003; Wilson et al., 2014; Fontana et al., 2015; Gerelchuluun et al., 2015). Die TTFields kamen mittels des InovitroTM-Systems zum Einsatz, die insbesondere inhibierend auf die M-Phase des Zellzyklus wirken (Gutin und Wong, 2012; Saria und Kesari, 2016). Für das Glioblastoma multiforme wurde dabei eine spezifische Frequenz von 200 kHz und eine Feldintensität von 1,7 V/cm bestimmt, welche das außerhalb des Zielgebiets liegende Gewebe schont (Kirson et al., 2009; Fabian et al., 2019). Für Primärtumore eines Glioblastoma multiforme konnte in der EF-14-Studie bereits ein signifikant verlängertes Überleben durch TTFields bestätigt werden, während für das Rezidiv in der EF-11-Studie lediglich eine Verbesserung der Lebensqualität erreicht wurde jedoch keine Verlängerung der Überlebenszeit (Stupp et al., 2012; Stupp et al., 2017). Ein vielversprechender Therapieansatz scheint außerdem der Einsatz des Aurora B-Kinase-Inhibitors AZD1152 zu sein. Als enzymatischer Teil des chromosomale passenger complex (CPC) liegt die Hauptaufgabe der Aurora B-Kinase in der Kontrolle der Mitose des Zellzyklus (Vader et al., 2006). Resultierend aus der Aufhebung des genannten Kontrollmechanismus mittels AZD1152 (Barasertib™) kommt es zum Anstieg polyploider Zellen, wodurch eine Überleitung in die Apoptose erfolgt (Zekri et al., 2016). Schlussfolgernd erscheint in Anbetracht der Einzeleffekte von Radiotherapie, TTFields und Aurora B-Kinase-Inhibierung deren kombinierter Einsatz wesentlich bedeutsam, wodurch der vorliegenden Arbeit die Hypothesen eines überwiegenden Effekts der Dreifachkombination im Vergleich zu der Einzeltherapie und den jeweiligen Zweifachkombinationsbehandlungen zugrunde liegen. Für die drei in dieser Arbeit eingesetzten Primärkulturen eines Glioblastoma multiforme Rezidivs konnte für die Dreifachkombinationstherapie gegenüber den Einzelbehandlungen ein hoch bis höchst signifikant additiv-zytotoxischer Effekt nachgewiesen werden. Im Mittel gelang eine Reduktion der Lebendzellzahl auf 20 – 34 % vitaler Zellen. Auch in Bezug auf die einzelnen Zweifachkombinationen wurden signifikante, hoch signifikante sowie ein höchst signifikantes Ergebnis für die Dreifachkombinationstherapie erzielt. Lediglich für die TTFields/AZD1152-Kombinationsbehandlung der Primärkultur HT18328-3 traf dies nicht zu. Mit Hilfe der konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie wurden ergänzend qualitative, zellmorphologische Änderungen visualisiert. Während sich in den Einzelbehandlungen sowie den Zweifachkombinationen Veränderungen der Zell- und Kerngröße sowie eine Kernfragmentierung andeuteten, waren diese Effekte in der Dreifachkombination deutlicher ausgeprägt. Die bereits quantitativ detektierten synergistisch zytotoxischen Effekte konnten durch lichtmikroskopische Bilder verifiziert werden. Langfristiges Ziel dieser Arbeit ist, die Kombinationstherapie im Rahmen von klinischen Studien zu testen. Jedoch sollte, aufgrund der insgesamt hohen inter- und intratumoralen Heterogenität des Glioblastoma multiforme im Vorfeld zur Etablierung des klinischen Einsatzes das Verhalten weiterer Primärkulturen untersucht werden. Ebenso erscheint die Berücksichtigung der vorausgehenden Behandlung der Patienten sowie des Ploidiegrades der Primärkultur als relevant, um ein unterschiedliches Therapieansprechen sowie mögliche Resistenzmechanismen nachzuvollziehen. Ferner sollte ein neoadjuvanter Einsatz des AZD1152 weiter verifiziert werden, denn eine Verbesserung der Radiosensibilität, resultierend in einem gesteigerten Therapieansprechen, konnte bereits aufgezeigt werden (Tao et al., 2009). Zur Minimierung der systemischen Nebenwirkungen des AZD1152 (Barasertib™) wäre die Etablierung einer gezielten, lokalen Anwendung im Sinne einer intraoperativen oder minimalinvasiven Applikation zielführend.:1 Einleitung 1.1 Glioblastoma multiforme: Definition, Ätiologie, Inzidenz 1.1.1 Symptome und Diagnostik 1.2 Molekulare Klassifizierung 1.2.1 Unterteilung in primäre und sekundäre Glioblastome mittels des IDH-Status 1.2.2 Molekulare Marker primärer Glioblastome 1.2.4 Die Methylguanin-Methyltransferase (MGMT) 1.3 Konventionelle Therapie 1.3.1 Leitlinie Primärtumor – Leitlinie Rezidiv 1.3.2 Radiotherapie 1.4 Neuartige Therapiekonzepte 1.4.1 Biologischer Hintergrund 1.4.2 Aurorakinase-Inhibitoren 1.4.3 Tumor Treating Fields (TTFields) 1.5 Zielstellung 2 Material und Methoden 2.1 Material 2.1.1 Antikörper 2.1.2 Chemikalien 2.1.3 Geräte 2.1.4 Lösungen 2.1.5 Medien 2.1.6 Kits 2.1.7 Primärkulturen 2.1.8 Software 2.1.9 Statistik 2.1.10 Verbrauchsmaterialien 2.2 Methoden 2.2.1 Zellkultivierung allgemein 2.2.2 Passagieren adhärenter Zellen . 2.2.3 Kultivierung von primärem Patientenmaterial 2.2.4 Kryokonservierung und Rekultivierung 2.2.5 Bestimmung der Lebendzellzahl – Neubauer-Zählkammer 2.2.6 Durchflusszytometrische Analyse 2.2.7 Bestimmung der Lebendzellzahl mittels PI 2.2.8 Bestimmung des DNA-Gehalt/Ploidiegrades mittels PI 2.2.9 Durchflusszytometrische Immunphänotypisierung von Glioblastomzellen 2.2.10 Beschichtung von Glascoverslips 2.2.11 Bestrahlung mittels Röntgensystem 2.2.12 Titration der Bestrahlungsdosis 2.2.13 Titration einer effektiven Aurora B-Kinase-Inhibitorkonzentration 2.2.14 In vitro-Applikation der TTFields 2.2.15 Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie 3 Ergebnisse 3.1 Wahl der Kontrollgruppe 3.2 Typisierung der verwendeten Primärkulturen 3.2.1 Befunde der Pathologie des UKD 3.2.2 Immunphänotypisierung 3.3 Titration der AZD1152-Konzentration 3.3.1 Titration der AZD1152-Konzentration an der Primärkultur HT16360-1 3.3.2 Titration der AZD1152-Konzentration an der Primärkultur HT18328-3 3.3.3 Titration der AZD1152-Konzentration an der Primärkultur HT18816 3.4 Dosistitration der Radiotherapie 3.4.1 Titration der Bestrahlungsdosis an HT16360-1 3.4.2 Titration der Bestrahlungsdosis an HT18328-3 3.4.3 Titration der Bestrahlungsdosis an HT18816 3.5 Kombinationstherapie mit Radiotherapie, TTFields und AZD1152 3.5.1 Quantitativer Effekt der Kombinationstherapie anhand der Lebendzellzahl 3.5.2 Zytoreduktiver Effekt der Kombinationstherapie 3.5.3 Quantitativer Effekt der Kombinationstherapie anhand des Ploidiegrades 3.5.4 Qualitativer Effekt der Kombinationstherapie 4 Diskussion 4.1 In vitro-Charakterisierung der Primärkulturen 4.2 Radiotherapie . 4.3 Neuartige Behandlungsoptionen 4.3.1 TTFields 4.3.2 Aurora B-Kinase-Inhibitor AZD1152 4.4 Kombinierte Behandlungsmethoden – Zwei- und Dreifachtherapie 5 Zusammenfassung Abstract Literaturverzeichnis Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Anhang / With a median survival of 14 to 16 months and a 5-year survival rate of less than 5 %, glioblastoma multiforme (GBM) is one of the most aggressive tumours of the central nervous system (Cloughesy et al., 2014; Batash et al., 2017; Guberina et al., 2020). GBM, also known as WHO grade IV astrocytoma, is the most common malignant brain tumor with > 50% of all glial tumors (Ohgaki und Kleihues, 2005). Due to its dismal prognosis, further development and optimisation of the current guideline therapy as well as the development of novel therapeutic concepts for primary tumours and recurrences is indispensable. Within the framework of this work, novel therapeutic approaches such as alternating electric fields (tumor treating fields, TTFields) and the aurorakinase inhibitor AZD1152 as well as conventional radiotherapy anchored in the guideline of the primary tumor were applied. While radiotherapy primarily works by the induction of DNA single and double strand breaks, the mechanism of action of TTFields is based on a disruption of the dipole-controlled steps during cell division. Consequently, this leads to a locking of the cell cycle in the G2/M and G1/S phase. If repair at the checkpoints is not possible, the cell is transferred to apoptosis (Suzuki et al., 2003; Wilson et al., 2014; Fontana et al., 2015; Gerelchuluun et al., 2015). The TTFields were used by means of the InovitroTM system, which has a particularly inhibitory effect on the M-phase of the cell cycle (Gutin und Wong, 2012; Saria und Kesari, 2016). For glioblastoma multiforme, a specific frequency of 200 kHz and a field intensity of 1.7 V/cm was determined, which spares the tissue outside the target area (Kirson et al., 2009; Fabian et al., 2019). For primary tumours of glioblastoma multiforme a significantly prolonged survival could already be confirmed by TTFields in the EF 14 study, whereas for recurrent tumours only an improvement in quality of life was achieved in the EF 11 study (Stupp et al., 2012; Stupp et al., 2017). The use of the Aurora B kinase inhibitor AZD1152 also appears to be a promising therapeutic approach. As an enzymatic part of the chromosomal passenger complex (CPC), the main task of the aurora B-kinase is to control cell cycle mitosis (Vader et al., 2006). As a result of the removal of the above-mentioned control mechanism by means of AZD1152 (BarasertibTM), there is an increase in polyploid cells, which leads to a transition to apoptosis (Zekri et al., 2016). In conclusion, considering the single effects of radiotherapy, TTFields and Aurora B-kinase inhibition, their combined use seems to be of considerable importance. Therefore, the present study is based on the hypotheses of a predominant effect of the triple combination compared to the single therapy and the respective dual combination treatments. For the three primary cultures of a glioblastoma multiforme recurrence used in this work, a high to highly significant additive cytotoxic effect could be demonstrated for the triple combination therapy compared to the single treatments. On average, a reduction in the number of living cells to 20 – 34 % vital cells was achieved. Significant, high significant and highly significant results were also achieved with regarding to the individual dual combination treatments. Only for the TTFields/AZD1152 combination treatment of the primary culture HT18328-3 this was not true. Confocal laser scanning microscopy was used to visualise qualitative, cell morphological changes. While changes in cell and core size as well as nucleus fragmentation were indicated in the single treatments as well as in the dual combination treatments, these effects were more pronounced in the triple combination. The already quantitatively detected synergistic cytotoxic effects could be verified by light microscopic images. The long-term goal of this work is to test the combination therapy in clinical trials. However, due to the overall high inter- and intratumoral heterogeneity of glioblastoma multiforme, the behaviour of further primary cultures should be investigated in advance of establishing clinical use. In addition, consideration of the previous treatment of the patients as well as the degree of ploidy of the primary culture seems to be relevant to understand a different response to therapy and possible resistance mechanisms. Furthermore, a neoadjuvant use of AZD1152 should be further verified, as an improvement in radiosensitivity resulting in an increased response to therapy has already been demonstrated (Tao et al., 2009). In order to minimize the systemic side effects of AZD1152 (BarasertibTM), the establishment of a targeted, local application in the sense of an intraoperative or minimally invasive application would be beneficial.:1 Einleitung 1.1 Glioblastoma multiforme: Definition, Ätiologie, Inzidenz 1.1.1 Symptome und Diagnostik 1.2 Molekulare Klassifizierung 1.2.1 Unterteilung in primäre und sekundäre Glioblastome mittels des IDH-Status 1.2.2 Molekulare Marker primärer Glioblastome 1.2.4 Die Methylguanin-Methyltransferase (MGMT) 1.3 Konventionelle Therapie 1.3.1 Leitlinie Primärtumor – Leitlinie Rezidiv 1.3.2 Radiotherapie 1.4 Neuartige Therapiekonzepte 1.4.1 Biologischer Hintergrund 1.4.2 Aurorakinase-Inhibitoren 1.4.3 Tumor Treating Fields (TTFields) 1.5 Zielstellung 2 Material und Methoden 2.1 Material 2.1.1 Antikörper 2.1.2 Chemikalien 2.1.3 Geräte 2.1.4 Lösungen 2.1.5 Medien 2.1.6 Kits 2.1.7 Primärkulturen 2.1.8 Software 2.1.9 Statistik 2.1.10 Verbrauchsmaterialien 2.2 Methoden 2.2.1 Zellkultivierung allgemein 2.2.2 Passagieren adhärenter Zellen . 2.2.3 Kultivierung von primärem Patientenmaterial 2.2.4 Kryokonservierung und Rekultivierung 2.2.5 Bestimmung der Lebendzellzahl – Neubauer-Zählkammer 2.2.6 Durchflusszytometrische Analyse 2.2.7 Bestimmung der Lebendzellzahl mittels PI 2.2.8 Bestimmung des DNA-Gehalt/Ploidiegrades mittels PI 2.2.9 Durchflusszytometrische Immunphänotypisierung von Glioblastomzellen 2.2.10 Beschichtung von Glascoverslips 2.2.11 Bestrahlung mittels Röntgensystem 2.2.12 Titration der Bestrahlungsdosis 2.2.13 Titration einer effektiven Aurora B-Kinase-Inhibitorkonzentration 2.2.14 In vitro-Applikation der TTFields 2.2.15 Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie 3 Ergebnisse 3.1 Wahl der Kontrollgruppe 3.2 Typisierung der verwendeten Primärkulturen 3.2.1 Befunde der Pathologie des UKD 3.2.2 Immunphänotypisierung 3.3 Titration der AZD1152-Konzentration 3.3.1 Titration der AZD1152-Konzentration an der Primärkultur HT16360-1 3.3.2 Titration der AZD1152-Konzentration an der Primärkultur HT18328-3 3.3.3 Titration der AZD1152-Konzentration an der Primärkultur HT18816 3.4 Dosistitration der Radiotherapie 3.4.1 Titration der Bestrahlungsdosis an HT16360-1 3.4.2 Titration der Bestrahlungsdosis an HT18328-3 3.4.3 Titration der Bestrahlungsdosis an HT18816 3.5 Kombinationstherapie mit Radiotherapie, TTFields und AZD1152 3.5.1 Quantitativer Effekt der Kombinationstherapie anhand der Lebendzellzahl 3.5.2 Zytoreduktiver Effekt der Kombinationstherapie 3.5.3 Quantitativer Effekt der Kombinationstherapie anhand des Ploidiegrades 3.5.4 Qualitativer Effekt der Kombinationstherapie 4 Diskussion 4.1 In vitro-Charakterisierung der Primärkulturen 4.2 Radiotherapie . 4.3 Neuartige Behandlungsoptionen 4.3.1 TTFields 4.3.2 Aurora B-Kinase-Inhibitor AZD1152 4.4 Kombinierte Behandlungsmethoden – Zwei- und Dreifachtherapie 5 Zusammenfassung Abstract Literaturverzeichnis Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Anhang

Das Glioblastom ist der häufigste hirneigene Tumor des Erwachsenen und mit einer 5-Jahres-Überlebensrate von weniger als 5 % eine der aggressivsten Hirntumorerkrankungen (Batash et al., 2017). Verbunden mit einer schlechten Prognose und geringen Remissionsraten ergibt sich die Notwendigkeit, bestehende Therapieoptionen zu optimieren und zu erweitern. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das vor einigen Jahren entwickelte und aktuell in klinischen Studien angewandte Konzept der Therapie von Malignomen mit elektrischen Wechselfeldern, den sog. Tumor Treating Fields (TTFields), aufgegriffen. Basis der anti-tumoralen Wirkung der im Rahmen von Glioblastom-Studien applizierten TTFields bildet eine Tumor-spezifische Frequenz von 200 kHz sowie geringe Intensitäten, die einen nebenwirkungsarmen anti-mitotischen Effekt erzielen (Kirson et al., 2004; Kirson et al., 2007; Clark et al., 2017; Porat et al., 2017). Dieser resultiert sowohl aus alternierenden elektrischen Feldern, die während der Metaphase über eine Irritation des Dipolmoments von Tubulin-Untereinheiten die Assemblierung des Spindelapparates inhibieren, als auch aus inhomogenen elektrischen Feldern, die während der Telophase die Trennung der Tochterzellen behindern. Mit dieser Behandlungsoption konnten schon einige gute Ergebnisse für die Behandlung von Glioblastomen in klinischen Studien erreicht werden (Stupp et al., 2017). Eine weitere anti-mitotische Therapieoption stellt die Inhibierung der Aurora B Kinase mittels AZD1152 dar. Die Aurora B Kinase ist Teil des Chromosomal Passenger Complex (CPC), der bei Inhibierung der Kinase seine Kontrollfunktionen während der Mitose und Zytokinese nicht wahrnehmen kann. Diese fehlende Kontrolle führt zu Polyploidie, die einen Zelltod verursachen kann (Wiedemuth et al., 2016). Aufgrund dieses ähnlichen biologischen Hintergrundes wurde zu Beginn dieser Arbeit die Hypothese aufgestellt, dass eine kombinierte Therapie mittels TTFields und AZD1152 einen additiven zytotoxischen Effekt im Vergleich zur Monotherapie mit TTFields erzielen kann. Es konnte zunächst für die etablierte Zelllinie U87-MG ein signifikanter additiver Effekt in der Kombinationstherapie der TTFields mit AZD1152 im Vergleich zur alleinigen Therapie mittels TTFields nachgewiesen werden. Die mediane Tumorzellzahl konnte hierbei in der Kombinationstherapie um 60 % reduziert werden. Dieser additive Effekt konnte ebenfalls an zwei Primärkulturen reproduziert werden. Hierbei konnte die relative mediane Tumorzellzahl der Primärkultur HT18584 ebenfalls um 60 % in der Kombinationstherapie gesenkt werden. Diese tetraploide Zellreihe zeigte außerdem einen außergewöhnlich großen zytotoxischen Effekt bei der Behandlung mit AZD1152. Signifikant zeigte ebenso die Primärkultur HT12347 einen medianen Verlust von 56 % der Tumorzellen nach einer kombinierten Behandlung. Qualitativ und zellmorphologisch konnte mittels konfokaler Laser-Scanning- sowie Lichtmikroskopie die Akkumulation von mitotischen Defekten detektiert werden, die auch in den Monotherapien aber vor allem in der Kombinationstherapie zu finden waren. Die in der quantitativen Analyse gezeigte additive Zytotoxizität der Kombinationstherapie konnte hier nochmals visualisiert und bestätigt werden. Für eine klinische Phase I-Studie zur Überprüfung der Effektivität sollten zunächst weitere zellkulturtechnische Daten erfasst werden, um die Universalität der kombinierten Behandlung zu überprüfen. Weiterhin wäre die Entwicklung einer selektiven/lokalen Therapie mittels AZD1152 wünschenswert, um die Nebenwirkungen des Medikamentes abzumildern. Es sollte außerdem das im Rahmen dieser Arbeit detektierte sensitivere Ansprechen der tetraploiden Zelllinie HT18584 genauer untersucht werden, um eine potentiell prognostisch günstige Verbindung zwischen der Behandlung mit AZD1152 und tetraploiden Zellen herstellen zu können.:1 EINLEITUNG 1 1.1 Glioblastoma multiforme – Definition, Inzidenz und Ätiologie 1 1.1.1 Symptomatik und Diagnostik des Glioblastoms 2 1.2 Molekulare Klassifizierung 3 1.2.1 Primäre und sekundäre Glioblastome und einige allgemeine Marker 3 1.2.2 Der MGMT-Status 5 1.3 Der eukaryotische Zellzyklus und sequentielle Kontrollpunkte 6 1.3.1 Der Chromosomal Passenger Complex (CPC) 8 1.3.2 Die Familie der Aurorakinasen 9 1.4 Therapie maligner Gliome 10 1.4.1 Standardtherapie eines Glioblastoms 10 1.4.2 Tumor Treating Fields (TTFields) – Biologischer Effekt und Studienlage 11 1.4.3 Aurora Kinase-Inhibitoren 14 1.5 Zielstellung der Arbeit 15 2 METHODEN UND MATERIALIEN 17 2.1 Methoden 17 2.1.1 Zellkultivierung allgemein 17 2.1.2 Passagieren adhärenter Zellen 17 2.1.3 Kultivierung von primärem Patientenmaterial 18 2.1.4 Kryokonservierung und Rekultivierung eukaryotischer Zelllinien 18 2.1.5 Bestimmung der Lebendzellzahl mittels Neubauer-Zählkammer 19 2.1.6 Durchflusszytometrische Analyse 19 2.1.7 Bestimmung der Lebendzellzahl mittels Propidiumiodid (PI) 20 2.1.8 Durchflusszytometrische Immunphänotypisierung von Glioblastomzellen 20 2.1.9 In vitro-Applikation der Tumor Treating Fields (TTFields) 21 2.1.10 Titration der effektiven Aurora B Kinase-Inhibitorkonzentrationen mittels PI 22 2.1.11 Titration inhibitorischer Temozolomidkonzen-trationen mittels AlamarBlue-Assay 23 2.1.12 Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie 23 2.2. Materialien 25 2.2.1 Geräte 25 2.2.2 Chemikalien und Reagenzien 25 2.2.3 Lösungen 26 2.2.4 Medien 27 2.2.5 Kommerzielle Kits 28 2.2.6 Antikörper 28 2.2.7 Software 28 2.2.8 Statistik 29 2.2.9 Zelllinien 29 3 ERGEBNISSE 30 3.1 Wahl des Designs der Kontrollgruppen 30 3.2 Typisierung der verwendeten Primärkulturen 32 3.2.1 Befunde der Pathologie des Universitätsklinikums Dresden 33 3.2.2 Immunphänotypisierung der Primärkultur HT18584 34 3.2.3 Immunphänotypisierung der Primärkultur HT12347 35 3.3 Titrationen mit AZD1152 36 3.3.1 Titration mit AZD1152 für die Primärkultur HT18584 36 3.3.2 Titration mit AZD1152 für die Primärkultur HT12347 37 3.4 Kombinationstherapie mittels AZD1152 und TTFields 38 3.4.1 Quantitativer Effekt der Kombinationstherapie an U87-MG 39 3.4.2 Quantitativer Effekt der Kombinationstherapie an HT18584 40 3.4.3 Quantitativer Effekt der Kombinationstherapie an HT12347 41 3.4.4 Qualitativer Effekt der Kombinationstherapien 42 3.4.4.1 Die Kombinationstherapie mit U87-MG 43 3.4.4.2 Die Kombinationstherapie mit HT18584 44 3.4.5 Zytotoxischer Effekt der Kombinationstherapie an HT12347 45 3.5 Titrationen mit Temozolomid 47 3.5.1 Therapie mit Temozolomid an U87-MG 48 3.5.2 Therapie mit Temozolomid an Primärkulturen 48 4 DISKUSSION 52 4.1 Vorversuche 52 4.1.1 Wachstumsanalyse der Kontrollgruppen 52 4.1.2 Charakterisierung der Primärkulturen 53 4.2 Die neuen Behandlungsoptionen 54 4.2.1 Applikation der TTFields 54 4.2.2 Die Behandlung mit AZD1152 55 4.2.3 Die Kombinationstherapie 57 4.3. Die Behandlung mit Temozolomid (TMZ) 59 5 ZUSAMMENFASSUNG 62 LITERATURVERZEICHNIS 64 TABELLENVERZEICHNIS 73 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 74 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 75 ANHANG 77 Anhang 1: Einverständniserklärung der Patienten 77 Anhang 2: Erlaubnis zur Nutzung der Patientendaten der Pathologie 78 Anhang 3: Erklärungen zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 79 Anhang 4: Erklärung über die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben 81

Hintergrund Die chronische myeloische Leukämie (CML) ist eine myeloproliferative Er- krankung, die aufgrund ihres Modellcharakters unter der Behandlung mit Tyrosin-Kinase- Inhibitoren (TKI) gut für eine Beschreibung mittels computerbasierter Modelle geeignet ist. Grundlage für die Entstehung einer CML ist die Bildung eines Philadelphia-Chromosoms durch eine Translokation der Chromosomen 9 und 22. Es resultiert das Onkogen BCR- ABL1, welches für eine konstitutiv aktive Tyrosinkinase codiert. Diese führt zu ungeregelter Proliferation der betroffen Zellen und zur Verdrängung der gesunden Blutbildung. Das überaktivierte Protein kann durch TKIs gezielt gehemmt werden. Damit ist es möglich, die Tumorlast erheblich zu senken und das Fortschreiten der Erkrankung aufzuhalten. Aktuell werden in der klinischen Anwendung außerhalb von Studien TKIs für die gesamte Lebensdauer der Patienten eingesetzt. Absetzstudien zeigten, dass circa 50% der Patienten nach einer über zwei Jahren nicht nachweisbaren BCR-ABL1-Last nach Behandlungsstopp kein erneutes Anwachsen der Tumorlast aufwiesen. Die Anwendung von computergestützten Modellsimulationen hilft, Zugriff auf die klinisch nur schwer zu messenden leukämischen Stammzellen zu bekommen und darüber Vorhersagen über den weiteren Therapieverlauf zu treffen. Aufgabenstellung Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollen Möglichkeiten der Übertragung von Patientendaten auf das etablierte Modell nach Roeder und Loeffler (2002) verbessert werden. Die vom Modell vorhergesagten Stammzellkinetiken sollen abschließend auf Praxistauglichkeit geprüft werden. Material und Methoden Aufgrund der Vergleichbarkeit zu früheren Untersuchungen erfolgte die Auswahl von 51 Patienten des deutsches Armes der IRIS-Studie. Deren Therapieverläufe wurden analysiert und können über eine biphasische exponentielle (biexponentielle) bzw. über eine stückweise lineare Funktion beschreiben werden. Als Erweiterung der Arbeiten von Horn et al. (2013) wurden alle Parameter der biexponentiellen Funktion in die Entwicklung neuer Methoden einbezogen. Zusätzlich wurde untersucht, ob die Einbeziehung von zensierten Messpunkte die Form der biexponentiellen Funktion verändert. Basierend auf den Therapiedaten der IRIS-Patienten erfolgte die Ermittlung eines Para meterraumes für Eingangsparameter der Modellsimulation (Modellparameter), welcher in 270.400 individuelle Paramterkombinationen unterteilt wurde. Es erfolgten anschließend die Simulation und Auswertung nach der biexponentiellen Beschreibung. Auf Basis dieser erheblich größeren Datengrundlage konnten zwei neue Verfahren der Modellparameteridentifikation für individuelle Patienten entwickelt werden. Einerseits wurde in Anlehnung an die Arbeit von Horn et al. (2013) ein Verfahren unter Nutzung der Regression vorgestellt. Andererseits konnte über den Vergleich der Abstände zwischen simulierten und realen Therapieverläufen eine Suche (lookup-table) etabliert werden. Die Berechnung des Abstandes zwischen Therapieverläufen ermöglicht gleichzeitig den Vergleich der verschiedenen Verfahren und damit eine Aussage über deren Anpassungsgüte. Zum Schluss wurde beispielhaft für einen Patienten das Verfahren der lookup-table angewendet und die resultierende Stammzellkinetik weiter analysiert. Ergebnisse Einführend erfolgte die Analyse der resultierenden biexponentiellen Funktion mit und ohne Einbeziehung von Messunsicherheiten. Es zeigte sich, dass der Verlauf dieser Funktion besonders in Bereichen, die von einbezogenen Messunsicherheiten betroffen sind, abweichend ist. Die Beschreibung des Langzeitverlaufs erfolgt jedoch annähernd gleich. Anschließend erfolgte die Validierung der Größe des vorsimulierten Datenpool anhand eines Vergleichs der statistischen Parameter von Patienten und Simulationen. Dieser zeigte sich dabei für die weiteren Untersuchungen geeignet. Die Nutzung der lookup-table zur Identifikation der am besten zu einem Patienten passenden Therapiesimulation ist überlegen sowohl gegenüber von der Horn et al. (2013) beschriebenen als auch in dieser Arbeit neu entwickelten Regressionsverfahren. Diese ergeben deutliche Abweichungen zwischen Patientendaten und Simulation. Eine Analyse des vorhergesagten Therapieverlaufes im Stammzellkompartiment ergibt jedoch, dass ähnliche Therapieverläufe im peripheren Blut durch stark unterschiedliche Stammzellkonfigurationen beschrieben werden können. Es resultiert eine starke Streuung der vorhergesagten Zeitpunkte eines möglichen Therapieendes. Schlussfolgerungen Die Nutzung der lookup-table zu Identifikation einer passenden Therapiesimulation ist hoch effektiv und anderen Verfahren, die auf Regression basieren, überlegen. Die etablierte Computersimulation nach Roeder und Loeffler (2002) bietet Zugriff auf die Therapie in der Ebene der Stammzellen. Die in weiteren Analysen gezeigten Streuungen der vorhergesagten Therapieverläufe im Stammzellkompartiment lassen den Schluss zu, dass Methoden zur Eingrenzung der Stammzellverläufe entwickelt werden müssen, um die Vorhersagen klinisch nutzbar zu machen. Weiterhin muss anhand von Messungen an Knochenmarkproben von realen Patienten geprüft werden, ob die von der Simulation postulierten Verläufe der Tumorlast im Stammzellkompartiment der realen Behandlung entsprechen. Ausblick Die in aktuellen Arbeiten beschriebene Rolle des Immunsystems im Therapieverlauf der CML (Saussele et al. 2016; Clapp et al. 2016) sollte in eine Verbesserung des Stammzellmodells nach Roeder und Loeffler (2002) einfließen. Weiterhin kann die Validierung der im Rahmen der Individualmedizin zu treffenden Absetzvorhersagen letztendlich nur über klinische Absetzuntersuchungen ermöglicht werden. / Background Chronic myeloic leukaemia (CML) is a myeloproliferative disease, which is well suited for modelling approaches. It is characterized by the oncogenic BCR-ABL1 fusion gene originating from an inverse translocation of the chromosomes 9 and 22 leading to the Philadelphia chromosome. The result is a constitutively activated tyrosine-kinase. This is followed by an extensive proliferation of leukaemic stem cells leading to a displacement of normal haematopoesis. The molecular specificity of CML forms the basis of a highly efficient, targeted therapy by tyrosine kinase inhibitors (TKIs). TKIs can decrease the tumour burden and slow down or eventually stop progressing of the disease. Currently, in clinical applications drugs are administered for the remaining life span. Interestingly, in recent treatment cessation trials patients were stopped after two years of non-detectable tumour burden and about 50% remained without relapse. The application of computer-based modelling helps to gain access to stem cell counts being difficult to measure clinically. This forms the basis for predictions of long-term therapy outcomes. Aim of this work This work aims on identifying a suitable algorithm to efficiently identify model simulations that optimally decribe individual patient kinetics. Furthermore, the clinical usability of the new methods was investigated. Material and methods The analysed group of patients was chosen out of the German cohort of the IRIS trial to ensure comparability to former investigations. It consists of 51 individuals. The course of leukaemic burden , i. e. leukaemic vs. non-leukaemic cells on a single patient level can be described as a biphasic exponential (bi-exponential) or a piecewise linear function. As an extension to former methods described by Horn et al. (2013) all parameters are included into further method development. Additionally, an investigation was conducted whether censored data points change the functional behaviour of a bi-exponential fit based on patients’ data. According to therapy data of all patients an input parameter space for the model simulation was delimited, such that all observed patient kinetics can be mimicked by the model. This parameter space was uniformly divided into 270.400 discrete parameter combinations. The therapy simulation of each combination was conducted and described by a bi-exponential function likewise to the patients’ fit. With the help of these huge variety of in silico therapies two new methods of model parameter identification for individual patients were developed. The first one is an advanced approach based on a regression model proposed by Horn et al. (2013). The second one by comparing distances between the patients’ and the models’ bi-exponential functions (lookup table). The comparison of the distances between different therapy courses (either simulated or patients’ data) was also used to compare the quality of different methods. As an example, for one patient the stem cell kinetics from the model were analysed in more detail and checked for robustness. Such a strategy, which might build the basis for clinical applications. Results A comparison between the different bi-exponential functions with and without censored data points revealed differences especially in the area in which censoring was performed. However, for the long-term tumour burden censored data had no influence. Secondly, an investigation was performed showing the sufficiency of the pre-simulated therapy courses for the new methods, i. e. lookup-table and regression models. The lookup- table turns out to be superior to identify a therapy simulation for a unique patient, since the complexity of linear regression models lead to increased deviations between patients’ therapy courses and the simulations. Unfortunately, distinct stem cell configurations lead to similar therapy descriptions in peripheral blood, assuming the correctness of the model. As a result, the prediction of a safe treatment cessation is often widely spread. Conclusions The new developed lookup-table to identify model simulations suitable for an individual patient is highly effective and superior to other methods using regression models. The simulation of the TKI treatment using the agent-based model of Roeder und Loeffler (2002) gives easy access to therapy courses on the level of leukaemic stem cells. Unfortunately, the finding of a well fitting simulation within the peripheral blood is not enough to provide a point of safe treatment cessation, since different stem cell configurations can lead to similar therapy courses. Additionally, it is necessary to check which of the assumed therapy courses on the stem cell level is appropriate. This could be done by gathering more information from bone-marrow punctures during the course of treatment. Outlook Investigations of new data showed the important role of the immune system in CML treatment (Saussele et al. 2016; Clapp et al. 2016). This should be taken into account by improving the model of Roeder und Loeffler (2002). Additionally, data from cessation trials can be used to validate the model assumptions.

Receptor tyrosine kinases (RTK) are key regulators of growth, differentiation and survival of epithelial cells and play a significant role in the development and progression of cancers derived from these tissues. In malignant cells, these receptors and their downstream signalling pathways are often deregulated, leading to cell hyper-proliferation, enhanced cell survival and increased metastatic potential. Furthermore, endothelial expressed RTKs regulate tumor angiogenesis allowing for tumor growth and maintenance by promoting their vascularization. Epithelial malignancies such as squamous cell carcinomas (SCC), non-small cell lung (NSCLC) and malignant mesotheliomas have very limited treatment options when presenting as metastatic disease. RTKs, particularly the epidermal growth factor (EGFR) and the vascular endothelial growth factor (VEGFR) receptors, have been shown to play significant roles in the pathogenesis of these tumor types. Statins are potent inhibitors of HMG-CoA reductase, the rate limiting enzyme of the mevalonate pathway, that are widely used as hypercholesterolemia treatments. The mevalonate pathway produces a variety of end products that are critical for many different cellular pathways, thus, targeting this pathway can affect multiple signalling pathways. Our laboratory has previously shown that lovastatin can induce tumor specific apoptosis especially in SCC and that 23% of recurrent SCC patients treated with lovastatin as a single agent showed disease stabilization in our Phase I clinical trial. Subsequently, our lab was able to demonstrate that lovastatin in combination with gefitinib, a potent inhibitor of the EGFR showed co-operative cytotoxicity when combined (Chapter 2). Furthermore, the pro-apoptotic and cytotoxic effects of these agents were found to be synergistic and to be manifested in several types of tumor cell lines including SCC, NSCLC and glioblastoma. I was able to expand upon these important findings and demonstrated that lovastatin, through its ability to disrupt the actin cytoskeleton, inhibited EGFR dimerization and activation (Chapter 3). This novel mechanism targeting this receptor has clinical implications as lovastatin treatment combined with gefitinib showed co-operative inhibitory effects on EGFR activation and downstream signalling. The RTK family of proteins share similar features with respect to activation, internalization and downstream signalling effectors. I further demonstrated that lovastatin can inhibit the VEGFR-2 in endothelial cells and mesotheliomas, where VEGF and its receptor are co-expressed driving their proliferation, and induces synergistic cytotoxicity in mesothelioma cells in combination with VEGFR-2 tyrosine kinase inhibitors (Chapter 4). These findings suggest that statins may augment the effects of a variety of RTK inhibitors in a similar fashion representing a novel combinational therapeutic approach in a wide repertoire of human cancers. More importantly, based on this work, we initiated a Phase I/II study evaluating high dose rosuvastatin and the EGFR inhibitor tarceva in SCC and NSCLC patients at our institute. This clinical evaluation will provide invaluable data that will play a role in developing this novel therapeutic strategy. Together, the work embodied in this thesis provides a model for the regulation of EGFR/VEGFR-2 activation and signalling by targeting the rho family of proteins that demonstrates a novel mechanism that can be exploited to refine current therapeutic paradigms.