Das Immunsystem zu aktivieren, um eine körpereigene Immunantwort gegen Tumorzellen hervorzurufen, ist ein innovativer Therapieansatz. Eine vielversprechende Zielstruktur hierfür ist CD40, ein Mitglied der TNFRSF- Familie und starker Stimulator Antigen-präsentierender Zellen. Die TNFRSF-Rezeptor Aktivierung ist abhängig von der Bildung oligomerer (TNFSF3-TNFRSF3)2 Komplexe, was insbesondere durch entsprechende räumliche Ausrichtung membranständiger Liganden und deren hohe lokale Konzentration im Zell-Zell-Kontakt gewährleistet wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die (TNFSF3-TNFRSF3)2 Komplexbildung mittels membranständiger Liganden durch die Generierung von CD40-spezifischen Antikörper-Fusions- proteinen imitiert, die über zusätzliche Bindedomänen, single chain fragment variable (scFvs), für zellständige Zielstrukturen (CD70, BCMA, PDL1) verfügen. Dazu wurden die schweren und/oder leichten anti-CD40 Antikörperketten C-terminal mit einem scFv-Fragment verknüpft und dadurch verschiedene CD40-spezifische Antikörper-Fusionsproteine mit scFv-Fragmenten generiert. Die Funktionalität dieser besonderen Antikörper-Fusionsproteine wurde hinsichtlich ihrer Bindungsfähigkeit mittels Gaussia princeps Luciferaseassay und hinsichtlich ihres Agonismus über den Nachweis der Interleukin-8 Induktion per ELISA analysiert. Dabei zeigte sich, dass die CD40-Aktivierung durch die an den Antikörper-Fusionsproteinen verankerten scFv-Domänen bei einem Großteil potenziert werden konnte, wenn diese die entsprechenden Zielantigene CD70, BCMA, PDL1 binden. Des Weiteren waren hinsichtlich ihres Agonimsus die Antikörper-Fusionsproteine mit einer scFv-Domäne an der schweren oder an der leichten Antikörperkette den Antikörper-Fusionsproteinen überlegen, die scFv-Domänen an beiden Antikörperketten aufwiesen. Dennoch stellen auch letztere eine vielversprechende Therapievariante dar, da sie aufgrund ihrer breiteren Spezifität verschiedene Tumorantigene binden können. Die in dieser Arbeit produzierten und charakterisierten CD40-spezifischen Antikörper-Fusionsproteine aktivieren das Immunsystem gezielter in dem Gewebe, in dem vermehrt spezifische Tumorantigene exprimiert werden. Dadurch eröffnen sie neue Möglichkeiten in der Tumortherapie. / Activating the immune system to induce an endogenous immune response against tumor cells is an innovative therapeutic approach. A promising target structure for this is CD40, a member of the TNFRSF family and potent stimulator of antigen-presenting cells. TNFRSF receptor activation is dependent on the formation of oligomeric (TNFSF3-TNFRSF3)2 complexes, which is particularly ensured by appropriate spatial targeting of membrane-bound ligands and their high local concentration in cell-cell interaction. In this work, (TNFSF3-TNFRSF3)2 complex formation using membrane-bound ligands was mimicked by the generation of CD40-specific antibody fusion proteins possessing additional binding domains, single chain fragment variables (scFvs), for cell-bound targets (CD70, BCMA, PDL1). For this purpose, anti-CD40 antibody heavy and/or light chains were C-terminally linked to a scFv fragment, thereby generating different CD40-specific antibody fusion proteins with scFv fragments. The functionality of these particular antibody fusion proteins was analyzed with respect to their binding ability by Gaussia princeps luciferase assay and to their agonism via detection of interleukin-8 induction by ELISA. This showed that CD40 activation could be potentiated by the scFv domains anchored to the antibody fusion proteins in a large proportion when these bind the corresponding target antigens CD70, BCMA, PDL1. Furthermore, in terms of agonimus, antibody fusion proteins with an scFv domain on the heavy or on the light antibody chain were superior to antibody fusion proteins that had scFv domains on both antibody chains. Nevertheless, the latter also represent a promising therapeutic option, as they can bind various tumor antigens due to their broader specificity. The CD40-specific antibody fusion proteins produced and characterized in this work activate the immune system in a more targeted manner in the tissue where specific tumor antigens are increasingly expressed. Thus, they open up new possibilities in tumor therapy.

Trotz zahlreicher Fortschritte im Verständnis der Funktionsweise des kostimulatorischen Rezeptors CD28 in Mensch, Maus, Ratte und Makake ist nach wie vor wenig hierüber in Bezug auf das Tiermodell Schwein bekannt. Die vorliegende Arbeit untersucht die Funktion und Expression von CD28 in Schweine-T-Zellen sowie die Regulierbarkeit der T-Zellaktivierung durch anti-pCD28 mAb. Die Ergebnisse zeigen, dass hierbei vor allem CD4+ und CD8+ T-Zellen differenziert betrachtet werden müssen. Grundsätzlich unterscheiden sich die beiden T-Zellpopulationen in der CD28 mRNA Expression, im Expressionsverhältnis zwischen CD28 mRNA und Protein, sowie im proliferativen Ansprechen auf anti-pCD28mAb. So reagierten CD4+ im Vergleich zu CD8+ T-Zellen auf die kostimulatorische Inkubation mit anti-pCD28 mAb des Klons 3D11 sensibler. In direkt stimulatorischen Ansätzen zeigte sich, dass CD4+ und CD8+ T-Zellen durch unterschiedliche anti-pCD28 mAb differentiell angesprochen werden können. Eine superagonistische Funktion konnte für CD4+ T-Zell aktivierende anti-pCD28 mAb in den bisherigen Versuchen noch nicht beobachtet werden. Letzteres ist hierbei vor allem für den Transfer von vielversprechenden Therapiestrategien vom Kleintier- zum Großtiermodell auf dem Weg zur Entwicklung neuer Therapieoptionen für Autoimmunerkrankungen, Erkrankungen mit starker proinflammatorischer Aktivität und dem Myokardinfarkt von Bedeutung. / Even though tremendous progress has been made in clarifying the function of the costimulatory receptor CD28 in human, mouse, rat, and macaques, concerning pigs, an important large animal model, only little is still known about CD28 expression and function. Therefore, our work aimed at investigating the function and expression of CD28 in porcine T cells as well as the applicability of anti-pCD28 mAb as a tool to regulate T cell activation, specifically. Our results indicate that the two major T cell groups, CD4+ and CD8+, have to be considered separately. These cell populations differ in their level of pCD28 mRNA expression, their ratio of CD28 mRNA and protein expression as well as their proliferative responsiveness towards anti-pCD28 mAb. In costimulatory assays, CD4+ compared to CD8+ T cells showed higher sensitivity toward low concentrations of the anti-pCD28 mAb 3D11. Additionally, in direct stimulatory assays, CD4+ and CD8+ T cells can be specifically targeted by different anti-pCD28 mAb. With these assays, a superagonistic anti-pCD28 mAb could not been detected so far. With anti-pCD28 superagonist, promising therapeutic strategies developed in rodents could be tested in pigs as a large animal model, representing the next step on the way towards new therapeutic options for autoim-mune diseases, diseases with strong proinflammatory activity and myocardial infarction.

Humane oder humanisierte monoklonale Antikörper haben sich in den letzten zehn Jahren als Arzneimittel etabliert. Sie sind hochspezifisch und zeigen in ihrer Anwendung im Vergleich zu konventionellen Therapeutika viel weniger Nebenwirkungen. In den 80er Jahren gelang es am Pathologischen Institut der Universität Würzburg eine Reihe von humanen Antikörpern aus Patienten zu isolieren, die hochspezifisch mit malignen Zellen reagieren und diese sowohl in vitro als auch im experimentellen Tiermodel selektiv durch Induktion von Apoptose töten. Um die Wirkungsweise von monoklonalen Antikörpern in der Krebstherapie zu erhöhen, werden die meisten in Kombination mit herkömmlichen Methoden, wie Chemotherapie, eingesetzt. Die ideale Therapieform sind hinsichtlich der Nebenwirkungen sog. Cocktails aus verschiedenen monoklonalen Antikörpern. Allerdings sind die Studien hierzu noch wenig fortgeschritten. Das Ziel dieser Arbeit war es, in präklinischen Versuchsreihen den Einsatz verschiedener tumorspezifischer humaner monoklonaler Antikörper als Cocktail und in Kombination mit Chemotherapie zu evaluieren. Hierzu wurden neun Antikörper in 32 verschiedenen Antikörperkombinationen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die in vitro Proliferation einer Pankreaskarzinom-Zellinie untersucht. In Immunfluoreszenz-Aufnahmen ließ sich zeigen, dass kombinierte Antikörper an unterschiedlichen Stellen an der Zelle binden, was eindeutig auf verschiedene Zielstrukturen hinweist. Einige werden dabei endozytiert, während andere auf der Zellmembran bleiben. Interessanterweise ließen sich Kombinationen identifizieren, deren antiproliferative Wirkung sowohl additiv als auch synergistisch ist, das heißt größer als die Summe ihrer Einzelaktivitäten. Wurden Antikörper mit Zytostatika (5-Flurouracil) kombiniert, so ließen sich ebenfalls synergistische Effekte beobachten. In FACS-Analysen zeigt sich ein gesteigertes Bindungsverhalten der Antikörper, wenn die Zellen mit 5-FU vorinkubiert wurden. Zusammenfassend bestätigen die Ergebnisse dieser Arbeit die Beobachtung, dass die Wirkung humaner monoklonaler Antikörper in Kombination mit Chemotherapie erhöht werden kann. Für die Zukunft humaner Antikörper als Therapiemittel gegen maligne Erkrankungen mag allerdings noch wichtiger sein, dass Antiköper in Cocktails tatsächlich synergistische Wirkung zeigen können. / Cancer patients receiving antibodies as mono-therapy have benefited from these treatments. However, significant improvements could be made if the antibodies were used in combination with conventional chemotherapy. Having learned from the natural oligoclonal antibody response that cancer patients mount to their own tumours, we suppose that cocktails of monoclonal antibodies could be even more active in treating cancer. We have isolated a series of human monoclonal IgM antibodies from cancer patients, which bind to different tumor-specific surface receptors and induce apoptosis in vitro and in vivo. To study the antibody-mediated effects in cocktails, the antibodies were applied in different combinations to pancreas carcinoma cells and analyzed in cytotoxic assays. Depending on their target, it was found that some combinations showed a significant additive or synergistic killing effect, when compared to mono-therapy. We also investigated a combinatorial treatment with chemotherapy on pancreas and colon cancer cells and found that a pretreatment with 5-FU sensitizes the cancer cells to antibody treatment. Based on our own results and data from other laboratories, it is likely that the next phase of antibody immunotherapy will include cocktails of monoclonal antibodies.

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Angiogenese ist an physiologischen Vorgängen wie der Embryogenese und der Wundheilung, aber auch bei pathologischen Abläufen wie bei Neoplasien und der Makula Degeneration beteiligt. Im Bereich des Tissue Engineering ist sie ebenfalls unersetzlich und ausschlaggebend für den Erfolg einer Gewebetransplantation. In dieser Studie wurde an 40 männliche Charles Lewis-Ratten das arteriovenöse (AV-) Loop-Modell angewandt, um spontane Angiogenese unter Einfluss wachstumshemmender Faktoren in vivo zu untersuchen. Der AV-Loop wurde in einer mit Fibrin gefüllten Teflonkammer gebettet. Für die statistische Auswertung wurde der Student t-Test mit ungepaarten Stichproben angewandt und das Signifkanzniveau betrug α=0,05. Multiple Testungen wurden nach der Bonferroni-Holm-Methode angepasst. In der Anfangsphase der Studie wurde der zeitliche Verlauf der AV-Loop assoziierten Angiogenese an 16 Tieren untersucht. Es wurde ein signifikanter Anstieg der Gefäßfläche über einen Zeitraum von 5 (n=2), 10 (n=3) und 15 Tagen (n=3) beobachtet und ebenfalls eine signifikant höhere Gefäßanzahl an Tag 15 im Vergleich zu Tag 5. Acht Tiere konnten nicht in die Studie miteingeschlossen werden infolge von Thrombosierungen des Loops. Diese erwartete Verlustrate trat aufgrund Lernkurve dieses komplexen mikrochirurgischen Modells, insbesondere zu Beginn des Projektes, auf. In der zweiten Phase der Studie wurde die Neoangiogenese auf drei unterschiedliche Verfahren gehemmt. Die Implantationszeit betrug bei allen Gruppen 15 Tage. In der ersten Gruppe (n = 6) wurde ein Inhibitor des Wachstumfaktors VEGF (vascular endothelial growth factor) intravenös appliziert, nämlich der monoklonale Antikörper Bevacizumab. Hier konnte ein signifikanter Unterschied zur Kontrollgruppe (n = 6) bei der Gefäßfläche (94 432 ± 17 903 μm2 gegenüber 268 682 ± 63 575 μm2) und ebenfalls bei der Gefäßdichte (18 ± 5 Gefäße pro mm2 versus 40 ± 9 Gefäße pro mm2 in der Kontrollgruppe) gemessen werden. Dieser Befund ließ darauf schließen, dass die Neovaskularisation durch VEGF vermittelt wurde. Die direkte Bestrahlung von 2 Gy auf den venösen Graft in der zweiten Versuchsgruppe (n = 7) löste eine signifikante Verringerung von Gefäßanzahl (311 ± 73), -fläche (43 137 ± 10 225 μm2) und –dichte (15 ± 7 Gefäße pro mm2) im Vergleich zur Kontrollgruppe (776 ± 123, 268 682 ± 63 575 μm2 und 40 ± 9 Gefäße pro mm2) aus. Dieses Verfahren hatte somit starken Einfluss auf den Reifeprozess der Neoangiogenese. Bei der Kombinationsgruppe (Bevacizumab und Bestrahlung, n = 5) konnte nur bei der Gefäßfläche ein signifikant geringerer Unterschied in der Angiogenese erhoben werden. Dies ließ vermuten, dass das hier zu findende physiologische und somit geordnete Gefäßwachstum nicht auf diese hemmende Methode anspricht, wie es bei chaotischen Tumorgefäßsystemen der Fall ist und der vermutete Synergismus ausbleibt. Zusätzlich wurde im Zuge dieser Studie ein standardisiertes Auswertungsprogramm etabliert. Dabei handelt es sich um ein selbstentwickeltes Computerprogramm, das nicht nur die hier gesammelten aber auch 2-D-Aufnahmen anderer Angiogenese-Modelle benutzerunabhängig und standardisiert evaluieren kann. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das AV-Loop-Modell sich ausgezeichnet für die Untersuchung der Angiogenese im gesunden Gewebe eignet. Es bietet die Möglichkeit verschiedene angiogene und anti-angiogene Faktoren zu applizieren sowie deren Einfluss auf eine physiologische Neovaskularisation zu beobachten.:1 EINLEITUNG 1 1.1 ZIELSETZUNG DIESER ARBEIT 3 2 LITERATURÜBERSICHT 5 2.1. ANGIOGENESE 5 2.1.1 PHYSIOLOGIE 5 2.1.1.1 Bildung von Blutgefäßen 5 2.1.1.2 Embryogenese 8 2.1.1.3 Angiogenese und Wundheilung 9 2.1.2 TUMOR-ASSOZIIERTE ANGIOGENESE 11 2.2 TISSUE ENGINEERING 22 2.3 DAS ARTERIOVENÖSE (AV) LOOP-MODELL 22 2.4 AUSWERTUNG VON ANGIOGENESEPROZESSEN 23 3 MATERIAL UND METHODEN 24 3.1 TIERE UND HALTUNG 24 3.2 OPERATIVE EINGRIFFE 24 3.2.1 KAMMER UND MATRIX 24 3.2.2 HERSTELLUNG DES AV-LOOPS 25 3.2.3 BESTRAHLUNG 29 3.3 EXPLANTATION 29 3.3.1 PERFUSION MIT INDIA INK 29 3.3.2 PERFUSION MIT MICROFIL® 31 3.4. HISTOLOGISCHE UND IMMUNHISTOLOGISCHE METHODEN 32 3.4.1 VORBEREITUNG DER SCHNITTE 32 3.4.2 HÄMATOXYLIN-EOSIN-FÄRBUNG 33 3.4.3 LEKTINFÄRBUNG 34 3.5 DATENVERARBEITUNG 36 3.5.1 MIKROSKOPISCHE AUFZEICHNUNGEN 36 3.5.2 AUSWERTUNG DER HISTOLOGISCHEN SCHNITTE 36 3.5.3 AUFNAHMEN DER MIKRO-CT-BILDER 41 3.5.4 AUSWERTUNG DER MIKRO-CT-BILDER 42 3.5.5 POWER ANALYSE 43 3.5.6 STATISTISCHE AUSWERTUNGEN 43 3.6 VERWENDETES MATERIAL 44 4 ERGEBNISSE 47 4.1 AV-LOOP-ASSOZIIERTE ANGIOGENESE 48 4.2 ZEITLICHER VERLAUF DER AV-LOOP-ASSOZIIERTEN ANGIOGENESE 50 4.3 HISTOMORPHOMETRISCHE ANGIOGENESE-CHARAKTERISIERUNG MITTELS HE- UND LEKTINFÄRBUNG 52 4.4 AUTOMATISCHE, COMPUTERGESTÜTZTE UND UNTERSUCHERUNABHÄNGIGE ANGIOGENESE- QUANTIFIZIERUNG 53 4.5 EINFLUSS VON VEGF AUF AV-LOOP-ANGIOGENESE 58 4.6 EINFLUSS VON BESTRAHLUNG AUF DIE NEOVASKULARISATION IM AV-LOOP-MODELL 62 4.7 WECHSELWIRKUNG VON VEGF UND IONISIERENDER BESTRAHLUNG AUF DIE ANGIOGENESE IM AV-LOOP-MODELL 65 5 DISKUSSION 71 6 ZUSAMMENFASSUNG 81 7 SUMMARY 83 8 LITERATURVERZEICHNIS 85 9 ANHANG 95 9.1 PROTOKOLL ZUR HERSTELLUNG DER PUFFER 95 9.1.1 CITRATPUFFER 95 9.1.2 TRISPUFFER 95 9.2 TABELLEN 95 9.3 ABBILDUNGEN 95 10 DANKSAGUNG 98 / Angiogenesis is evident in both physiological and pathological processes in the body. It is involved in events of embryogenesis and in wound healing as well as in neoplastic growth and macula degeneration. In the field of Tissue Engineering neovascularisation plays an irreplaceable role and determines the result of the transplantation. Here, an arterio-venous loop (AV-loop) model embedded in fibrin- filled teflon chambers in 40 Charles Lewis rats was applied to conduct in vivo investigations of the physiological processes of vessel growth in healthy tissue and to understand neovascularisation under the impact of anti-angiogenic factors such as monoclonal anti-bodies and ionizing radiation (IR). For statistical analysis the unpaired t-test was applied with a significance level of α = 0,05. Multiple testing was adapted according to the Bonferroni-Holm method. At the beginning of the study the AV-loop induced angiogenesis was examined on 16 animals and consecutively characterized. A significant increase in vessel area was observed over a time frame of 5 (n=2), 10 (n=3) and 15 days (n=3). Additionally the vessel count has increased significantly at day 15 in comparison to day 5. Eight of the animals had to be excluded due to thrombosis of the loop, which was expected due to the complex microsurgical model, especially at the onset of the project. In the second phase of the study three different anti-angiogenic procedures were investigated. Time of implantation was 15 days. In group one (n = 6) the monoclonal antibody of VEGF (vascular endothelial growth factor) named Bevacizumab was applied intravenously. As a result a significant lower vessel area (94 432 ± 17 903 μm2) and density (18 ± 5 vessels per mm2) could be measured in comparison to the control group (n = 6; 268 682 ± 63 575 μm2 respectively 40 ± 9 vessels per mm2). We concluded from these results that angiogenesis was mediated by VEGF. In comparison to the controlgroup direct IR of 2 Gy led in group two (n = 7) to a significant decrease in vessel number (311 ± 73 versus 776 ± 123), area (43137±10225μm2 versus 268682±63575μm2) and density (15±7 versus 40±9 vessels per mm2). Therefore this procedure has an obvious impact on the vessel maturation. In the combined group (n = 5) of both anti-angiogenic procedures (anti- VEGF and IR) a significant decrease was only evident in the vessel area. We assumed that this physiological and accordingly organized angiogenesis does not respond to the applied inhibiting methods, as it is observed in tumor vessel growth. Additionally, an evaluation program was established with the goal of designing a user-independent and standardized computer program to measure 2-D-images of both this and other angiogenesis models. In summary the AV-loop presents a proficient model to investigate angiogenesis in healthy tissue. It offers a variety of possibilities to apply pro- and anti-angiogenic factors and to examine their impact in vivo.:1 EINLEITUNG 1 1.1 ZIELSETZUNG DIESER ARBEIT 3 2 LITERATURÜBERSICHT 5 2.1. ANGIOGENESE 5 2.1.1 PHYSIOLOGIE 5 2.1.1.1 Bildung von Blutgefäßen 5 2.1.1.2 Embryogenese 8 2.1.1.3 Angiogenese und Wundheilung 9 2.1.2 TUMOR-ASSOZIIERTE ANGIOGENESE 11 2.2 TISSUE ENGINEERING 22 2.3 DAS ARTERIOVENÖSE (AV) LOOP-MODELL 22 2.4 AUSWERTUNG VON ANGIOGENESEPROZESSEN 23 3 MATERIAL UND METHODEN 24 3.1 TIERE UND HALTUNG 24 3.2 OPERATIVE EINGRIFFE 24 3.2.1 KAMMER UND MATRIX 24 3.2.2 HERSTELLUNG DES AV-LOOPS 25 3.2.3 BESTRAHLUNG 29 3.3 EXPLANTATION 29 3.3.1 PERFUSION MIT INDIA INK 29 3.3.2 PERFUSION MIT MICROFIL® 31 3.4. HISTOLOGISCHE UND IMMUNHISTOLOGISCHE METHODEN 32 3.4.1 VORBEREITUNG DER SCHNITTE 32 3.4.2 HÄMATOXYLIN-EOSIN-FÄRBUNG 33 3.4.3 LEKTINFÄRBUNG 34 3.5 DATENVERARBEITUNG 36 3.5.1 MIKROSKOPISCHE AUFZEICHNUNGEN 36 3.5.2 AUSWERTUNG DER HISTOLOGISCHEN SCHNITTE 36 3.5.3 AUFNAHMEN DER MIKRO-CT-BILDER 41 3.5.4 AUSWERTUNG DER MIKRO-CT-BILDER 42 3.5.5 POWER ANALYSE 43 3.5.6 STATISTISCHE AUSWERTUNGEN 43 3.6 VERWENDETES MATERIAL 44 4 ERGEBNISSE 47 4.1 AV-LOOP-ASSOZIIERTE ANGIOGENESE 48 4.2 ZEITLICHER VERLAUF DER AV-LOOP-ASSOZIIERTEN ANGIOGENESE 50 4.3 HISTOMORPHOMETRISCHE ANGIOGENESE-CHARAKTERISIERUNG MITTELS HE- UND LEKTINFÄRBUNG 52 4.4 AUTOMATISCHE, COMPUTERGESTÜTZTE UND UNTERSUCHERUNABHÄNGIGE ANGIOGENESE- QUANTIFIZIERUNG 53 4.5 EINFLUSS VON VEGF AUF AV-LOOP-ANGIOGENESE 58 4.6 EINFLUSS VON BESTRAHLUNG AUF DIE NEOVASKULARISATION IM AV-LOOP-MODELL 62 4.7 WECHSELWIRKUNG VON VEGF UND IONISIERENDER BESTRAHLUNG AUF DIE ANGIOGENESE IM AV-LOOP-MODELL 65 5 DISKUSSION 71 6 ZUSAMMENFASSUNG 81 7 SUMMARY 83 8 LITERATURVERZEICHNIS 85 9 ANHANG 95 9.1 PROTOKOLL ZUR HERSTELLUNG DER PUFFER 95 9.1.1 CITRATPUFFER 95 9.1.2 TRISPUFFER 95 9.2 TABELLEN 95 9.3 ABBILDUNGEN 95 10 DANKSAGUNG 98