Bei der Bestrahlung von Kopf-Hals-Tumoren tritt die orale Mukositis als wichtigste und dosislimitierende frühe Nebenwirkung auf. Verschiedene prophylaktische und therapeutische Maßnahmen wurden untersucht, jedoch konnte bisher keine Methode in der klinischen Routine etabliert werden. Ein neuer Ansatz ist die Verwendung des Cholesterinsynthese-hemmers Lovastatin. Für diesen Wirkstoff konnte in vorhergehenden Untersuchungen ein mukoprotektiver Effekt nachgewiesen werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Zusammenhang zwischen diesem schleimhaut-schützenden Effekt und der Expression von induzierbarer Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS), Nitrotyrosin (NT) und CD105 betrachtet. Das Enzym iNOS ist an Entzündungsreaktionen beteiligt; NT stellt ein Folgeprodukt des durch iNOS gebildeten Stickstoffmonoxids dar. CD105 wird von aktivierten Monozyten und Makrophagen exprimiert. Ausgangsmaterial für die vorliegende Studie waren 174 Präparate aus dem vorangegangenen Tierversuch. In diesem wurde bei Mäusen eine fraktionierte Schnauzenbestrahlung zum Teil mit einer Lovastatingabe kombiniert. Zusätzlich wurden Tiere alleinig mit Lovastatin behandelt. Für diesen Versuch wurden Mäuse des Stammes C3H/Neu verwendet. Die Bestrahlung erfolgte mit 5 x 3 Gy über zwei Wochen. Lovastatin wurde in einer Dosis von 16 mg/kg oral verabreicht. Gegenstand der aktuellen Untersuchung war - neben der allgemeinen histologischen Charakterisierung - die immunhistochemische Darstellung von iNOS, NT und CD105 im Epithel der Zungenunterseite sowie im subepithelialen Gewebe. Ausgewertet wurden die Gesamtzellzahl im Epithel, die Zahl iNOS- und NT-positiver Zellkerne in Germinativ- und funktioneller Schicht sowie jeweils die Farbintensität der positiven Epithelzellen. In der L. propria und L. muscularis wurden die CD105-, iNOS-, und NT-positiven Makrophagen sowie die weiteren iNOS- und NT-positiven Immunzellen erfasst und ihre Farbintensität bestimmt. Weiterhin wurde die Homogenität und Intensität der Expression von iNOS im Endothel bewertet. Die Auswertung umfasst die deskriptive Darstellung der Werteverläufe dieser Parameter. Aufgrund der geringen Anzahl von drei Versuchstieren je Tag und Gruppe wurde auf die Berechnung der statistischen Signifikanz der Ergebnisse verzichtet. Die Gesamtzellzahl im Zungenepithel zeigte bei Bestrahlung eine deutliche Reduktion auf 65 % des Ausgangswertes. Mit Beendigung der Behandlung war eine entsprechende Erholung zu sehen. Die alleinige Lovastatinbehandlung bewirkte dagegen eine Steigerung der Gesamtzell-zahl auf ca. 110 %. Während iNOS sowohl im unbehandelten als auch im behandelten Epithelgewebe nachweisbar war, war NT im unbehandelten Epithel kaum vorhanden. Die Ausgangswerte betrugen 22 % iNOS-positive Kerne in der Germinativschicht und 8 % in der funktionellen Schicht, sowie 2 % und 1 % für die NT-Färbung. In der Germinativschicht waren sowohl bei alleiniger Bestrahlung als auch bei alleiniger Lovastatintherapie 30 - 50 % der Zell-kerne iNOS-positiv. Bei zweiwöchiger Kombinationstherapie lagen die Werte teils darunter; bei Lovastatingabe ab Tag 7 lagen sie vornehmlich in dem oberen Bereich. In der funktionellen Schicht spiegelten sich diese Verteilungsmuster wider, allerdings lag die Anzahl positiver Kerne insgesamt überwiegend unter 30 %. Die Zahl NT-positiver Zellkerne stieg in beiden Schichten infolge der Bestrahlung auf ca. 50 - 60 %. Unter alleiniger Lovastatintherapie lag sie unter 30 %. Die zweiwöchige Kombination zeigte ebenfalls eine Tendenz zum niederen Bereich. Bei Lovastatingabe ab Tag 7 lagen die Werte geringgradig vermehrt im höheren Bereich. Die Anfärbung der Makrophagen gegen CD105 verdeutlichte bei allen Gruppen eine Reduktion der Makrophagenzahl auf ca. 50 % des Ausgangswertes. Auch die Zahl iNOS-positiver Makrophagen reduzierte sich in allen Behandlungsgruppen einheitlich auf unter 80 % der Norm. Die Zahl NT-positiver Makrophagen lag näher am Ausgangswert. Im Gegensatz dazu waren die restlichen Immunzellen unter Behandlung vermehrt iNOS-positiv. Die Werte lagen häufig weit oberhalb des Referenzbereichs. Dabei zeigte im Vergleich die alleinige Bestrahlung die niedrigsten Werte mit maximal 136 % der Norm. Bei der Färbung gegen NT konnten nur bei alleiniger Lovastatinverabreichung konstant Werte oberhalb des Ausgangswertes festgestellt werden. Innerhalb der Untersuchungen konnte das Endothel nur mit iNOS-AK auswertbar angefärbt werden. Es zeigte in allen Gruppen eine durchgängig homogene Färbung. Die Farbintensität war mittelmäßig und wurde in allen Behandlungsgruppen zum Ende des Untersuchungszeitraums kräftiger. Als Resultat dieser Arbeit ist festzuhalten, dass bei allen vier Behandlungsvarianten iNOS und NT in hohem Maße in der Germinativschicht des Epithels exprimiert wurden. In der funktionellen Schicht war die Expression von iNOS schwächer, während die NT-expression nahezu gleich blieb. Damit muss NT eine längere Halbwertszeit haben. Des Weiteren waren nicht alle aktivierten (CD105-positiven) Makrophagen iNOS-positiv und wiederum produzierte iNOS nicht in allen Zellen NT. Dies wurde auch durch die deutlich höhere Zahl iNOS-positiver Immunzellen in den Ll. propriae und musculares deutlich. Die biochemischen Abläufe, durch welche Lovastatin zur Reduktion der radiogenen Mucositis enoralis führt, bleiben daher weiterhin zu erforschen. In der durchgeführten Untersuchung zeigte sich kein eindeutiger Hinweis auf einen Zusammenhang mit dem iNOS-NT-Signaltransduktionsweg.:Abkürzungsverzeichnis VIII 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Bedeutung von Tumorerkrankungen bei Mensch und Tier 3 2.2 Kopf-Hals-Tumoren 4 2.2.1 Tumorvorkommen beim Menschen 4 2.2.2 Tumorvorkommen bei Hund und Katze 4 2.2.3 Symptome beim Kleintier 5 2.2.4 Behandlungsmethoden 5 2.2.4.1 Chirurgie 5 2.2.4.2 Chemotherapie 5 2.2.4.3 Radiotherapie 6 2.2.4.4 Radiochemotherapie 7 2.2.5 Nebenwirkungen der Tumorbehandlung 7 2.2.5.1 Nebenwirkungen der Chemotherapie 7 2.2.5.2 Nebenwirkungen der Radiotherapie 8 2.3 Mucositis enoralis 8 2.3.1 Aufbau von Zunge und Zungenepithel 8 2.3.2 Pathogenese und zeitlicher Verlauf der radiogenen oralen Mukositis 10 2.3.2.1 Stadien der Mukositis und klinisches Erscheinungsbild 10 2.3.2.2 Reaktionskette der Strahlenwirkung 11 2.3.3 Einteilung des Schweregrades der Mukositis 12 2.3.3.1 Einteilung für die Humanmedizin 12 2.3.3.2 Einteilung für die Veterinärmedizin 13 2.3.4 Aktuelle Herangehensweise an die radiogene orale Mukositis 13 2.4 Lovastatin 14 2.4.1 Struktur und Anwendung 14 2.4.2 Weitere Wirkmechanismen von Statinen 14 2.4.2.1 Die apoptotische Wirkung der Statine 15 2.4.3 Eigenschaften im Tiereinsatz 15 2.5 Induzierbare Stickstoffmonoxid-Synthase und Nitrotyrosin 16 2.5.1 Die NOS und Nitrotyrosinbildung 16 2.5.2 Vorkommen von iNOS und Nitrotyrosin 17 3 Zielstellung der Arbeit 19 4 Material und Methoden 20 4.1 Versuchstiere 20 4.2 Perkutane Schnauzenbestrahlung 20 4.3 Applikation von Lovastatin 22 4.4 Versuchsprotokoll 22 4.5 Histologische Aufbereitung 23 4.5.1 Antikörper 23 4.5.1.1 Induzierbare Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS) 23 4.5.1.2 Nitrotyrosin 23 4.5.1.3 CD105 ... 23 4.5.1.4 Kontroll-Antikörper 23 4.5.2 Färbeprotokolle 24 4.5.2.1 iNOS und CD105 24 4.5.2.2 Nitrotyrosin 26 4.5.2.3 Optimierung der Konzentration der primären Antikörper 27 4.5.3 Histologische Auswertung 29 4.5.3.1 Epithel .. 29 4.5.3.2 L. propria und L. muscularis 30 4.5.3.3 Endothel 31 4.6 Analyse 31 5 Ergebnisse 32 5.1 Zellzahlen im Epithel 32 5.1.1 Kontrollgruppe 32 5.1.2 Alleinige Bestrahlung 32 5.1.3 Alleinige Lovastatinbehandlung 33 5.1.4 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 0 bis 14 34 5.1.5 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 7 bis 14 34 5.2 Expression von iNOS 36 5.2.1 Kontrollgruppe 36 5.2.2 Alleinige Bestrahlung 36 5.2.3 Alleinige Lovastatingabe 38 5.2.4 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 0 bis 14 41 5.2.5 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 7 bis 14 43 5.3 Expression von Nitrotyrosin 45 5.3.1 Kontrollgruppe 45 5.3.2 Alleinige Bestrahlung 45 5.3.3 Alleinige Lovastatinbehandlung 47 5.3.4 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 0 bis 14 49 5.3.5 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 7 bis 14 51 5.4 Expression von CD105 54 5.4.1 Alleinige Bestrahlung 54 5.4.2 Alleinige Lovastatinbehandlung 54 5.4.3 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 0 bis 14 55 5.4.4 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 7 bis 14 55 6 Diskussion 57 6.1 Klinischer Hintergrund 57 6.2 Tiermodelle für die radiogene orale Mukositis 58 6.2.1 Maus 58 6.2.2 Ratte 58 6.2.3 Hamster 58 6.3 Eigenschaften des unbehandelten Zungengewebes 59 6.3.1 Epithel der Zungenunterseite 59 6.3.1.1 Zellzahl . .59 6.3.1.2 Nachweis von iNOS 59 6.3.1.3 Nachweis von Nitrotyrosin 60 6.3.2 Immunzellen in der L. propria und L. muscularis 60 6.3.2.1 Nachweis von iNOS 60 6.3.2.2 Nachweis von Nitrotyrosin 60 6.3.2.3 Nachweis von CD105 60 6.3.3 Endothelien der L. propria und L. muscularis 60 6.4 Veränderungen bei konventioneller fraktionierter Bestrahlung 61 6.4.1 Epithel der Zungenunterseite 61 6.4.1.1 Zellzahl . 61 6.4.1.2 Nachweis von iNOS 61 6.4.1.3 Nachweis von Nitrotyrosin 62 6.4.2 Immunzellen in der L. propria und L. muscularis 62 6.4.2.1 Nachweis von iNOS 62 6.4.2.2 Nachweis von Nitrotyrosin 62 6.4.2.3 Nachweis von CD105 63 6.4.3 Endothelien der L. propria und L. muscularis 63 6.5 Veränderungen bei alleiniger Lovastatinbehandlung 63 6.5.1 Epithel der Zungenunterseite 63 6.5.1.1 Zellzahl . 63 6.5.1.2 Nachweis von iNOS 63 6.5.1.3 Nachweis von Nitrotyrosin 64 6.5.2 Immunzellen in der L. propria und L. muscularis 64 6.5.2.1 Nachweis von iNOS 64 6.5.2.2 Nachweis von Nitrotyrosin 64 6.5.2.3 Nachweis von CD105 64 6.5.3 Endothelien der L. propria und L. muscularis 65 6.6 Veränderungen bei fraktionierter Bestrahlung mit zusätzlicher Lovastatinbehandlung über 2 Wochen 65 6.6.1 Epithel der Zungenunterseite 65 6.6.1.1 Zellzahl . 65 6.6.1.2 Nachweis von iNOS 65 6.6.1.3 Nachweis von Nitrotyrosin 66 6.6.2 Immunzellen in den L. propria und L. muscularis 66 6.6.2.1 Nachweis von iNOS 66 6.6.2.2 Nachweis von Nitrotyrosin 67 6.6.2.3 Nachweis von CD105 67 6.6.3 Endothelien der L. propria und L. muscularis 67 6.7 Veränderungen bei fraktionierter Bestrahlung mit zusätzlicher Lovastatinbehandlung ab Tag 7 68 6.7.1 Epithel der Zungenunterseite 68 6.7.1.1 Zellzahl . 68 6.7.1.2 Nachweis von iNOS 68 6.7.1.3 Nachweis von Nitrotyrosin 68 6.7.2 Immunzellen in der L. propria und L. muscularis 69 6.7.2.1 Nachweis von iNOS 69 6.7.2.2 Nachweis von Nitrotyrosin 69 6.7.2.3 Nachweis von CD105 69 6.7.3 Endothelien der L. propria und L. muscularis 70 6.8 Zusammenfassende Einschätzung der Ergebnisse 70 7 Ausblick 72 8 Zusammenfassung 73 9 Summary 75 10 Abbildungsverzeichnis 77 11 Tabellenverzeichnis 80 12 Literatur 81 13 Anhang 92 14 Danksagung 100 / During radiation of head-and-neck-cancer oral mucositis is the most important and dose-limiting early side effect. Different preventive and theoretical procedures were investigated, but so far there has been no method established in clinical routine. A new approach is the application of the cholesterol synthesis inhibitor lovastatin. Previous investigtions proved a mucoprotective effect of this agent. In this investigation the correlation between this mucoprotective effect and the expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS), nitrotyrosine (NT) and CD105 was observed. The enzyme iNOS takes part in inflammtory reactions; NT is a secondary product of the nitric oxide produced by iNOS. CD105 is expressed by activated monocytes and macrophages. The source material for this study were 174 preparations from previous animal examinations. In this investigation a daily fractionated radiation of the snout was partly combined with lovastatin applications. In addition some mice were treated with lovastatin only. For this research mice of the line C3H/Neu were used. Radiation was performed with 5 x 3Gy over two weeks. Lovastatin was used at an oral dose of 16mg/kg. The matter of the research was - next to general histological characterisation - the immunohistochemical exposure of iNOS, NT and CD105 in the epithelial layer of the undersurface of the tongue and in the subepithelial tissue. The total cell count in the epithelium, the number of iNOS- and NT-positive nuclei in the germinal and the functional layer, as well as the intensity of the staining were evaluated. In the l. propria and l. muscularis CD105-, iNOS-, and NT-positive macrophages and other iNOS- and NT-positive immune cells were identified and the intensity of their staining was determined. Furthermore the homogeneity and intensity of the expression of iNOS in the endothelium were rated. The analysis contains the descriptive presentation of the value patterns of these parameters. Because of the small number of three test animals per day and group the statistical significance of the results was not determined. In consequence of radiotherapy the total cell count in the epithelium decreased to 65% of origin. Recovery was visible after termination of the treatment. With lovastatin medication only, the cell count increased to approximately 110%. While iNOS was present in the untreated as well as in the treated tissue, NT was hardly visible in the untreated one. The basic values were 22% of iNOS-positive nuclei in the germinal layer and 8% in the functional layer, and 2% and 1% for the NT-staining. Both, sole radiation and sole lovastatin therapy, showed 30-50% iNOS-positive nuclei in the germinal layer. With combined therapy for two weeks the values were partially lower, with lovastatin treatment from day 7 they were in the upper range. This group distribution was reflected in the functional layer, although altogether the quantity of positive nuclei was mostly under 30%. Due to radiation the number of NT-positive nuclei increased to 50-60% in both layers. With sole lovastatin therapy it was under 30%. Combined therapy over two weeks showed a tendency to the lower range too. With lovastatin treatment from day 7 the values were situated a little bit more in the upper range. The macrophage staining against CD105 revealed a reduction of macrophage cell count to approximately 50% of origin in all groups. Likewise the number of iNOS-positive macrophages decreased in all groups consistently to less than 80% of normal. The number of NT-positive macrophages was closer to the origin. In contrast to this, the other immunocompetent cells were increasingly iNOS-positive under treatment. Often values were high above the reference range. In comparison sole radiation therapy showed the lowest values with a maximum of 136% of normal. Regarding the staining against NT only sole lovastatin treatment showed values constantly above origin. Within this study the only evaluable staining for the endothelium was with iNOS-antibody. It showed a constant homogeneous staining in all groups. The intensity of the staining was moderate and increased in all treatment groups towards the end of the examination. Therefore it can be concluded that under treatment iNOS and NT were both highly expressed in the germinal layer. In the functional layer the expression of iNOS was reduced whereas the expression of NT remained about the same. So NT must have a longer half-life. In addition not all activated (CD105-positive) macrophages were also iNOS-positive and again iNOS did not produce NT in all cells. This was also proven by the distinct higher number of iNOS-positive immunocompetent cells in the ll. propriae and musculares. Therefore the biochemical processes, because of which lovastatin leads to the reduction of the radiogenic mucositis enoralis, remain to be investigated. During the present investigation there was no distinct hint for a correlation with the iNOS-NT-pathway.:Abkürzungsverzeichnis VIII 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Bedeutung von Tumorerkrankungen bei Mensch und Tier 3 2.2 Kopf-Hals-Tumoren 4 2.2.1 Tumorvorkommen beim Menschen 4 2.2.2 Tumorvorkommen bei Hund und Katze 4 2.2.3 Symptome beim Kleintier 5 2.2.4 Behandlungsmethoden 5 2.2.4.1 Chirurgie 5 2.2.4.2 Chemotherapie 5 2.2.4.3 Radiotherapie 6 2.2.4.4 Radiochemotherapie 7 2.2.5 Nebenwirkungen der Tumorbehandlung 7 2.2.5.1 Nebenwirkungen der Chemotherapie 7 2.2.5.2 Nebenwirkungen der Radiotherapie 8 2.3 Mucositis enoralis 8 2.3.1 Aufbau von Zunge und Zungenepithel 8 2.3.2 Pathogenese und zeitlicher Verlauf der radiogenen oralen Mukositis 10 2.3.2.1 Stadien der Mukositis und klinisches Erscheinungsbild 10 2.3.2.2 Reaktionskette der Strahlenwirkung 11 2.3.3 Einteilung des Schweregrades der Mukositis 12 2.3.3.1 Einteilung für die Humanmedizin 12 2.3.3.2 Einteilung für die Veterinärmedizin 13 2.3.4 Aktuelle Herangehensweise an die radiogene orale Mukositis 13 2.4 Lovastatin 14 2.4.1 Struktur und Anwendung 14 2.4.2 Weitere Wirkmechanismen von Statinen 14 2.4.2.1 Die apoptotische Wirkung der Statine 15 2.4.3 Eigenschaften im Tiereinsatz 15 2.5 Induzierbare Stickstoffmonoxid-Synthase und Nitrotyrosin 16 2.5.1 Die NOS und Nitrotyrosinbildung 16 2.5.2 Vorkommen von iNOS und Nitrotyrosin 17 3 Zielstellung der Arbeit 19 4 Material und Methoden 20 4.1 Versuchstiere 20 4.2 Perkutane Schnauzenbestrahlung 20 4.3 Applikation von Lovastatin 22 4.4 Versuchsprotokoll 22 4.5 Histologische Aufbereitung 23 4.5.1 Antikörper 23 4.5.1.1 Induzierbare Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS) 23 4.5.1.2 Nitrotyrosin 23 4.5.1.3 CD105 ... 23 4.5.1.4 Kontroll-Antikörper 23 4.5.2 Färbeprotokolle 24 4.5.2.1 iNOS und CD105 24 4.5.2.2 Nitrotyrosin 26 4.5.2.3 Optimierung der Konzentration der primären Antikörper 27 4.5.3 Histologische Auswertung 29 4.5.3.1 Epithel .. 29 4.5.3.2 L. propria und L. muscularis 30 4.5.3.3 Endothel 31 4.6 Analyse 31 5 Ergebnisse 32 5.1 Zellzahlen im Epithel 32 5.1.1 Kontrollgruppe 32 5.1.2 Alleinige Bestrahlung 32 5.1.3 Alleinige Lovastatinbehandlung 33 5.1.4 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 0 bis 14 34 5.1.5 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 7 bis 14 34 5.2 Expression von iNOS 36 5.2.1 Kontrollgruppe 36 5.2.2 Alleinige Bestrahlung 36 5.2.3 Alleinige Lovastatingabe 38 5.2.4 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 0 bis 14 41 5.2.5 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 7 bis 14 43 5.3 Expression von Nitrotyrosin 45 5.3.1 Kontrollgruppe 45 5.3.2 Alleinige Bestrahlung 45 5.3.3 Alleinige Lovastatinbehandlung 47 5.3.4 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 0 bis 14 49 5.3.5 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 7 bis 14 51 5.4 Expression von CD105 54 5.4.1 Alleinige Bestrahlung 54 5.4.2 Alleinige Lovastatinbehandlung 54 5.4.3 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 0 bis 14 55 5.4.4 Bestrahlung und Lovastatingabe von Tag 7 bis 14 55 6 Diskussion 57 6.1 Klinischer Hintergrund 57 6.2 Tiermodelle für die radiogene orale Mukositis 58 6.2.1 Maus 58 6.2.2 Ratte 58 6.2.3 Hamster 58 6.3 Eigenschaften des unbehandelten Zungengewebes 59 6.3.1 Epithel der Zungenunterseite 59 6.3.1.1 Zellzahl . .59 6.3.1.2 Nachweis von iNOS 59 6.3.1.3 Nachweis von Nitrotyrosin 60 6.3.2 Immunzellen in der L. propria und L. muscularis 60 6.3.2.1 Nachweis von iNOS 60 6.3.2.2 Nachweis von Nitrotyrosin 60 6.3.2.3 Nachweis von CD105 60 6.3.3 Endothelien der L. propria und L. muscularis 60 6.4 Veränderungen bei konventioneller fraktionierter Bestrahlung 61 6.4.1 Epithel der Zungenunterseite 61 6.4.1.1 Zellzahl . 61 6.4.1.2 Nachweis von iNOS 61 6.4.1.3 Nachweis von Nitrotyrosin 62 6.4.2 Immunzellen in der L. propria und L. muscularis 62 6.4.2.1 Nachweis von iNOS 62 6.4.2.2 Nachweis von Nitrotyrosin 62 6.4.2.3 Nachweis von CD105 63 6.4.3 Endothelien der L. propria und L. muscularis 63 6.5 Veränderungen bei alleiniger Lovastatinbehandlung 63 6.5.1 Epithel der Zungenunterseite 63 6.5.1.1 Zellzahl . 63 6.5.1.2 Nachweis von iNOS 63 6.5.1.3 Nachweis von Nitrotyrosin 64 6.5.2 Immunzellen in der L. propria und L. muscularis 64 6.5.2.1 Nachweis von iNOS 64 6.5.2.2 Nachweis von Nitrotyrosin 64 6.5.2.3 Nachweis von CD105 64 6.5.3 Endothelien der L. propria und L. muscularis 65 6.6 Veränderungen bei fraktionierter Bestrahlung mit zusätzlicher Lovastatinbehandlung über 2 Wochen 65 6.6.1 Epithel der Zungenunterseite 65 6.6.1.1 Zellzahl . 65 6.6.1.2 Nachweis von iNOS 65 6.6.1.3 Nachweis von Nitrotyrosin 66 6.6.2 Immunzellen in den L. propria und L. muscularis 66 6.6.2.1 Nachweis von iNOS 66 6.6.2.2 Nachweis von Nitrotyrosin 67 6.6.2.3 Nachweis von CD105 67 6.6.3 Endothelien der L. propria und L. muscularis 67 6.7 Veränderungen bei fraktionierter Bestrahlung mit zusätzlicher Lovastatinbehandlung ab Tag 7 68 6.7.1 Epithel der Zungenunterseite 68 6.7.1.1 Zellzahl . 68 6.7.1.2 Nachweis von iNOS 68 6.7.1.3 Nachweis von Nitrotyrosin 68 6.7.2 Immunzellen in der L. propria und L. muscularis 69 6.7.2.1 Nachweis von iNOS 69 6.7.2.2 Nachweis von Nitrotyrosin 69 6.7.2.3 Nachweis von CD105 69 6.7.3 Endothelien der L. propria und L. muscularis 70 6.8 Zusammenfassende Einschätzung der Ergebnisse 70 7 Ausblick 72 8 Zusammenfassung 73 9 Summary 75 10 Abbildungsverzeichnis 77 11 Tabellenverzeichnis 80 12 Literatur 81 13 Anhang 92 14 Danksagung 100

Bei der Strahlentherapie fortgeschrittener Tumoren im Kopf-Hals-Bereich gilt die radiogene Mucositis enoralis als schwerwiegende und dosislimitierende frühe Nebenwirkung. Sehr häufig führt sie zu einer Unterbrechung der Behandlung, mit der Folge einer Reduktion der Tumorheilungschancen. Während einer fraktionierten Strahlenexposition kommt es in der Mundschleimhaut zu einer erhöhten Expression des Epidermalen Wachstumsfaktors (Epidermal Growth Factor, EGF) und dessen Rezeptors (EGFR). Durch eine Blockade des EGFR, als anerkannte Strategie zur Verbesserung der Tumorheilung, besteht deshalb die Gefahr, dass es zu einer Verschlimmerung der Schleimhaut-Nebenwirkungen kommt. Der Einsatz von Keratinozyten-Wachstumsfaktor (KGF) zeigt positive Ergebnisse bezüglich einer Reduktion der Schleimhautveränderungen. In dieser Arbeit wird deshalb im Tiermodell einerseits die Auswirkung einer Blockade des EGFR auf die Schleimhautreaktion, und andererseits eine mögliche Interaktion der Blockade mit der schleimhautschützenden Wirkung von KGF untersucht. Insgesamt kann keine signifikante Veränderung der Schleimhauttoleranz durch die EGFR-Inhibition mittels BIBX1382BF innerhalb der ersten beiden Wochen einer fraktionierten Bestrahlung festgestellt werden; lediglich das Auftreten ulzerativer Läsionen nach der zweiten Woche ist vorverlagert

Bei der Strahlentherapie fortgeschrittener Tumoren im Kopf-Hals-Bereich gilt die radiogene Mucositis enoralis als schwerwiegende und dosislimitierende frühe Nebenwirkung. Sehr häufig führt sie zu einer Unterbrechung der Behandlung, mit der Folge einer Reduktion der Tumorheilungschancen. Während einer fraktionierten Strahlenexposition kommt es in der Mundschleimhaut zu einer erhöhten Expression des Epidermalen Wachstumsfaktors (Epidermal Growth Factor, EGF) und dessen Rezeptors (EGFR). Durch eine Blockade des EGFR, als anerkannte Strategie zur Verbesserung der Tumorheilung, besteht deshalb die Gefahr, dass es zu einer Verschlimmerung der Schleimhaut-Nebenwirkungen kommt. Der Einsatz von Keratinozyten-Wachstumsfaktor (KGF) zeigt positive Ergebnisse bezüglich einer Reduktion der Schleimhautveränderungen. In dieser Arbeit wird deshalb im Tiermodell einerseits die Auswirkung einer Blockade des EGFR auf die Schleimhautreaktion, und andererseits eine mögliche Interaktion der Blockade mit der schleimhautschützenden Wirkung von KGF untersucht. Insgesamt kann keine signifikante Veränderung der Schleimhauttoleranz durch die EGFR-Inhibition mittels BIBX1382BF innerhalb der ersten beiden Wochen einer fraktionierten Bestrahlung festgestellt werden; lediglich das Auftreten ulzerativer Läsionen nach der zweiten Woche ist vorverlagert

Einleitung: Die Mucositis enoralis stellt die bedeutendste und schwerwiegendste frühe Nebenwirkung bei der Strahlentherapie fortgeschrittener Kopf-Hals-Tumoren dar. Sie führt häufig zu einer Unterbrechung der Behandlung, mit der Folge einer reduzierten Tumorheilungschance. Des Weiteren wirkt sie sich nachteilig auf die Lebensqualität aus, erhöht das Risiko später Nebenwirkungen und Infektionen und stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar. Trotz umfangreicher experimenteller und klinischer Untersuchungen wurde bisher keine allgemein anerkannte Strategie zur Prophylaxe oder Therapie der Mucositis enoralis klinisch etabliert. Die Blockade der Cyclooxygenase-2 (COX-2), welche in einer Reihe von Tumoren überexprimiert wird, wird in der Kombination mit einer Strahlentherapie diskutiert. Außerdem kommen COX-2-Inhibitoren als entzündungshemmende Medikamente therapiebegleitend zum Einsatz. C-Jun und NF-kB p50 sind Transkriptionsfaktoren, die möglicherweise in der Pathogenese der radiogenen Mukositis eine wichtige Rolle spielen. Ziel der Untersuchungen: Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Wirkung von Celecoxib, einem selektiven COX-2-Inhibitor, auf die Strahlenreaktion der oralen Mukosa (Zellzahl, Epitheldicke) und die epitheliale Expression von c-Jun und NF-kB p50 im etablierten Tiermodell der Schleimhaut der Zungenunterseite der Maus zu untersuchen. So soll festgestellt werden, ob eine Interaktion zwischen den begleitenden Entzündungsreaktionen und der eigentlichen epithelialen Strahlenreaktion besteht. Material und Methoden: In vorangegangenen Untersuchungen wurden die Schnauzen von Mäusen des Stammes C3H/Neu mit 5x3 Gy/Woche über 2 Wochen (Tag 0-4, 7-14) bestrahlt (200 kV Röntgenstrahlung). In einer weiteren Versuchsgruppe erhielten die Tiere täglich an den Tagen 0 bis 13 25 mg/kg/Tag Celecoxib oral per Schlundsonde. Im vierzehntägigen Untersuchungszeitraum wurden täglich jeweils 5 Mäuse je Versuchsgruppe getötet, deren Zungen entnommen und fixiert. In diesem Zustand wurde das Material von der Autorin dieser Arbeit übernommen. Mit Hilfe eines Zählrasters wurden in den vorliegenden Untersuchungen die Zellzahl, die Epitheldicke und die Expression von c-Jun und NF-kB p50 im Epithel der Zungenunterseite der unbehandelten Kontrolle (n = 5), während alleiniger Bestrahlung, sowie nach Bestrahlung und Gabe von Celecoxib manuell erfasst. Aufgrund der geringen Tierzahlen pro Untersuchungszeitpunkt (n = 5) und Versuchsgruppe wurde auf eingehende statistische Analysen verzichtet. Die vorliegende Arbeit beschränkt sich auf eine beschreibende Darstellung des Verlaufs der Einzelparameter über den Gesamtzeitraum. Ergebnisse: Das unbehandelte Epithel besteht aus 402 ± 11 Zellen, wobei 281 ± 8 Zellen der Germinativ- und 121 ± 4 Zellen der funktionellen Schicht angehören. Die Dicke des Gesamtepithels beträgt 68 ± 3 μm. Davon nehmen Germinativ- und Keratinschicht je 15 ± 1 μm und die funktionelle Schicht 38 ± 4 μm ein. Im Kontrollepithel wird c-Jun von 81 % der Zellen der funktionellen und von 80 % der Zellen der Germinativschicht exprimiert, wobei die funktionelle Schicht scheinbar eine größere Färbeintensität aufweist. NF-kB p50 wird von 79 % der Epithelzellen exprimiert, wobei eine stärkere Expression in der Germinativschicht zu beobachten ist. Bei alleiniger fraktionierter Bestrahlung verringert sich die Zellzahl innerhalb der ersten Woche auf 68 % des Kontrollwertes und bleibt anschließend trotz weiterer Bestrahlung weitestgehend konstant. Der größere Anteil an Zellen geht dabei in der funktionellen Schicht verloren. Die Epitheldicke nimmt in der ersten Bestrahlungswoche bis auf 113 % zu und liegt in der folgenden Woche im normalen bis subnormalen Bereich. Die epitheliale c-Jun-Expression nimmt unmittelbar nach Bestrahlungsbeginn zu und liegt anschließend während des gesamten Beobachtungszeitraums über dem Kontrollbereich. Während der gesamten Bestrahlung liegt die Färbeintensität der funktionellen Schicht weiterhin über derer der Germinativschicht. Auch bei NF-kB p50 nimmt die Färbeintensität in der ersten Bestrahlungswoche zu und bleibt anschließend erhöht. Der Anteil NF-kB p50 exprimierender Zellen ist in der Germinativschicht scheinbar größer als in der funktionellen Schicht. Unter zusätzlicher Celecoxibgabe liegen die Zellzahlen vom 6.-12. Tag des Beobachtungszeitraums vermutlich unterhalb derjenigen bei alleiniger Bestrahlung. Dieser Effekt ist besonders innerhalb der Germinativschicht sichtbar. Der Anstieg der Epitheldicke in der ersten Bestrahlungswoche fällt bei zusätzlicher Celecoxibtherapie stärker aus. Im weiteren Verlauf sind kaum Differenzen zu verzeichnen. Die epitheliale Färbeintensität von c-Jun unterscheidet sich kaum von den alleinig bestrahlten Tieren. Bei NF-kB p50 ist dies mit Ausnahme einer scheinbar geringeren Expressionsintensität am 8. und 13. Beobachtungstag ebenso. Schlussfolgerungen: Bei der frühen Strahlenreaktion der Mundschleimhaut werden c-Jun und NF-kB p50 verändert exprimiert. Celecoxib reduziert im Vergleich zur alleinigen Bestrahlung die Zellzahl und verstärkt die Zunahme der Epitheldicke. Es hat keinen Einfluss auf die Expression von c-Jun und NF-kB p50. Somit ist die Regulation der Aktivität von c-Jun und NF-kB p50 unabhängig von der Aktivität von COX-2 erfolgt.

Die Mucositis enoralis ist eine häufige und dosislimitierende Nebenwirkung der Strahlentherapie von Kopf-Hals-Tumoren. Die zugrunde liegenden Pathomechanismen sind komplex und beinhalten die Reaktionen und Interaktionen von Epithelzellen, Fibroblasten, Makrophagen und Gef¨aßendothelzellen. Dies schließt die vermehrte Bildung von Stickstoff-Monoxid (NO) in Folge einer Stimulation der induzierbaren NO-Synthase (iNOS) ein. Ziele der Untersuchungen: Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Wirkung von L-NAME (nitro-L-Arginin-Methyl-Ester), einem unselektiven Inhibitor der NOS, auf die Strahlenreaktion der oralen Mukosa im etablierten Tiermodell der Schleimhaut der Zungenunterseite der Maus zu untersuchen. Materialien und Methoden: Die Untersuchungen erfolgen mit Mäusen des InzuchtWildtypstammes C3H/Neu. Als Bestrahlungstechniken kommen die perkutane Schnauzenbestrahlung (200 kV Röntgenstrahlung) und/oder die lokale Bestrahlung (25 kV Röntgenstrahlung) eines 3·3 mm2 großen Testfeldes der Zungenunterseite der Maus zum Einsatz. In Fraktionierungsprotokollen werden 5x3 Gy/Woche über 1 (Tage 04) sowie 2 Wochen (Tage 0-4, 7-11) auf die gesamte Schnauze der Tiere appliziert. Anschließend erfolgt eine lokale Aufsättigungsbestrahlung mit gestaffelten Dosen (5 Dosisgruppen, je 10 Tiere) zur Generierung kompletter Dosis-Effekt-Kurven (Tag 7 bzw. 14). Einzeitbestrahlungen des lokalen Testfeldes finden ebenfalls mit gestaffelten Dosen statt. L-NAME (täglich 0,2 mg/kg i.p.) wird an den Bestrahlungstagen 30 Minuten vor der Bestrahlung appliziert. Bei Einzeitbestrahlung werden 2 verschiedene Behandlungszeiträume getestet: 3 Tage vor der Bestrahlung bis zur Erstdiagnose (-3/D) oder Ausheilung der Ulzerationen (-3/H). In Kombination mit fraktionierter Bestrahlung über 1 Woche werden 3 Zeiträume untersucht (-3/7, -3/D oder -3/H). Bei 2 Wochen fraktionierter Bestrahlung erfolgt die L-NAME-Gabe in folgenden Intervallen: -3/7, -3/D, -3/H, -3/14 oder 7/14. Als quantaler Endpunkt für Dosis-EffektAnalysen dient die Ulzeration der Schleimhaut im Testfeld. Mittels Logit-Analyse werden Dosis-Effekt-Beziehungen ermittelt. Der ED50-Wert und dessen Standardabweichung σ dienen der Charakterisierung der Dosis-Effekt-Kurven. In histologischen Untersuchungen werden maximal 10 Fraktionen zu 3 Gy über 2 Wochen appliziert, mit/ohne Gabe von L-NAME von Tag -3 bis zur Tötung. Die Zungenentnahme erfolgt bei je 5 Tieren in zweitägigen Abständen (Tag 1 bis 25). Ergebnisse: Für die alleinige Einzeitbestrahlung ergibt sich eine signifikante Dosisabhängigkeit der Ulkusinzidenz mit einer ED50 von 13,6±1,0 Gy. Die mittlere Latenzzeit beträgt 10,6±1,1 Tage, die durchschnittliche Ulkusdauer 3,5±1,0 Tage. Nach alleiniger einwöchig fraktionierter Bestrahlung beträgt die ED50 der Testbestrahlung 12,3±0,8 Gy. L-NAME von Tag -3 bis Tag 6 bzw. -3/D hat keinen signifikanten Einfluss (ED50 13,3±1,2 Gy bzw. 12,8±1,0 Gy). Lediglich für den Applikationszeitraum Tag -3/H kann eine signifikante Erhöhung der ED50 auf 14,7±1,7 Gy (p=0,0298) nachgewiesen werden. Die Testbestrahlung nach 2-wöchiger Fraktionierung ohne L-NAME ergibt eine ED50 von 13,0±0,1 Gy. L-NAME hat wiederum keinen signifikanten Einfluss auf die Strahlenempfindlichkeit der Mundschleimhaut (ED50-Werte: -3/6 - 12,9±0,1 Gy, -3/14 - 13,0±0,1 Gy, -3/H - 13,8±1,4 Gy und 7/14 - 13,1±0,8 Gy). Während alleiniger fraktionierter Bestrahlung nimmt die Zellzahl zunächst ab (Tag 11: 70 %). Im Anschluss steigt sie über das Ausgangsniveau (Tag 19: 126 %). F¨ur die L-NAME-behandelte Schleimhaut findet sich ein qualitativ vergleichbarer Verlauf; es zeigt sich lediglich eine geringfügige Erhöhung der Zellzahl in der funktionellen Schicht (150 % statt 140 %). Die Epitheldicke nimmt unter L-NAME-Behandlung in den ersten Tagen der Nachbeobachtungszeit deutlich zu. Schlußfolgerungen: Zusammenfassend erweist sich in der vorliegenden Arbeit nur die L-NAME-Applikation -3/H bei einwöchig fraktionierter Bestrahlung als wirksam, wobei der Grund f¨ur diese selektive Wirkung unklar bleibt. Offensichtlich sind NOvermittelte Prozesse ohne substanzielle Relevanz f¨ur die epitheliale Strahlenreaktion der Mundschleimhaut. Auf der Basis dieser Ergebnisse ist die Hemmung von iNOS durch L-NAME keine aussichtsreiche Strategie zur Reduktion der radiogenen Mucositis enoralis, und sollte deshalb auch nicht in klinischen Studien verfolgt werden. Die Frage, ob andere (i)NOS-Hemmstoffe ein mukoprotektives Potential besitzen, sollte in weiteren, translationalen strahlenbiologischen Studien geklärt werden.

Die Mucositis enoralis ist eine häufige und dosislimitierende Nebenwirkung der Strahlentherapie von Kopf-Hals-Tumoren. Die zugrunde liegenden Pathomechanismen sind komplex und beinhalten die Reaktionen und Interaktionen von Epithelzellen, Fibroblasten, Makrophagen und Gef¨aßendothelzellen. Dies schließt die vermehrte Bildung von Stickstoff-Monoxid (NO) in Folge einer Stimulation der induzierbaren NO-Synthase (iNOS) ein. Ziele der Untersuchungen: Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Wirkung von L-NAME (nitro-L-Arginin-Methyl-Ester), einem unselektiven Inhibitor der NOS, auf die Strahlenreaktion der oralen Mukosa im etablierten Tiermodell der Schleimhaut der Zungenunterseite der Maus zu untersuchen. Materialien und Methoden: Die Untersuchungen erfolgen mit Mäusen des InzuchtWildtypstammes C3H/Neu. Als Bestrahlungstechniken kommen die perkutane Schnauzenbestrahlung (200 kV Röntgenstrahlung) und/oder die lokale Bestrahlung (25 kV Röntgenstrahlung) eines 3·3 mm2 großen Testfeldes der Zungenunterseite der Maus zum Einsatz. In Fraktionierungsprotokollen werden 5x3 Gy/Woche über 1 (Tage 04) sowie 2 Wochen (Tage 0-4, 7-11) auf die gesamte Schnauze der Tiere appliziert. Anschließend erfolgt eine lokale Aufsättigungsbestrahlung mit gestaffelten Dosen (5 Dosisgruppen, je 10 Tiere) zur Generierung kompletter Dosis-Effekt-Kurven (Tag 7 bzw. 14). Einzeitbestrahlungen des lokalen Testfeldes finden ebenfalls mit gestaffelten Dosen statt. L-NAME (täglich 0,2 mg/kg i.p.) wird an den Bestrahlungstagen 30 Minuten vor der Bestrahlung appliziert. Bei Einzeitbestrahlung werden 2 verschiedene Behandlungszeiträume getestet: 3 Tage vor der Bestrahlung bis zur Erstdiagnose (-3/D) oder Ausheilung der Ulzerationen (-3/H). In Kombination mit fraktionierter Bestrahlung über 1 Woche werden 3 Zeiträume untersucht (-3/7, -3/D oder -3/H). Bei 2 Wochen fraktionierter Bestrahlung erfolgt die L-NAME-Gabe in folgenden Intervallen: -3/7, -3/D, -3/H, -3/14 oder 7/14. Als quantaler Endpunkt für Dosis-EffektAnalysen dient die Ulzeration der Schleimhaut im Testfeld. Mittels Logit-Analyse werden Dosis-Effekt-Beziehungen ermittelt. Der ED50-Wert und dessen Standardabweichung σ dienen der Charakterisierung der Dosis-Effekt-Kurven. In histologischen Untersuchungen werden maximal 10 Fraktionen zu 3 Gy über 2 Wochen appliziert, mit/ohne Gabe von L-NAME von Tag -3 bis zur Tötung. Die Zungenentnahme erfolgt bei je 5 Tieren in zweitägigen Abständen (Tag 1 bis 25). Ergebnisse: Für die alleinige Einzeitbestrahlung ergibt sich eine signifikante Dosisabhängigkeit der Ulkusinzidenz mit einer ED50 von 13,6±1,0 Gy. Die mittlere Latenzzeit beträgt 10,6±1,1 Tage, die durchschnittliche Ulkusdauer 3,5±1,0 Tage. Nach alleiniger einwöchig fraktionierter Bestrahlung beträgt die ED50 der Testbestrahlung 12,3±0,8 Gy. L-NAME von Tag -3 bis Tag 6 bzw. -3/D hat keinen signifikanten Einfluss (ED50 13,3±1,2 Gy bzw. 12,8±1,0 Gy). Lediglich für den Applikationszeitraum Tag -3/H kann eine signifikante Erhöhung der ED50 auf 14,7±1,7 Gy (p=0,0298) nachgewiesen werden. Die Testbestrahlung nach 2-wöchiger Fraktionierung ohne L-NAME ergibt eine ED50 von 13,0±0,1 Gy. L-NAME hat wiederum keinen signifikanten Einfluss auf die Strahlenempfindlichkeit der Mundschleimhaut (ED50-Werte: -3/6 - 12,9±0,1 Gy, -3/14 - 13,0±0,1 Gy, -3/H - 13,8±1,4 Gy und 7/14 - 13,1±0,8 Gy). Während alleiniger fraktionierter Bestrahlung nimmt die Zellzahl zunächst ab (Tag 11: 70 %). Im Anschluss steigt sie über das Ausgangsniveau (Tag 19: 126 %). F¨ur die L-NAME-behandelte Schleimhaut findet sich ein qualitativ vergleichbarer Verlauf; es zeigt sich lediglich eine geringfügige Erhöhung der Zellzahl in der funktionellen Schicht (150 % statt 140 %). Die Epitheldicke nimmt unter L-NAME-Behandlung in den ersten Tagen der Nachbeobachtungszeit deutlich zu. Schlußfolgerungen: Zusammenfassend erweist sich in der vorliegenden Arbeit nur die L-NAME-Applikation -3/H bei einwöchig fraktionierter Bestrahlung als wirksam, wobei der Grund f¨ur diese selektive Wirkung unklar bleibt. Offensichtlich sind NOvermittelte Prozesse ohne substanzielle Relevanz f¨ur die epitheliale Strahlenreaktion der Mundschleimhaut. Auf der Basis dieser Ergebnisse ist die Hemmung von iNOS durch L-NAME keine aussichtsreiche Strategie zur Reduktion der radiogenen Mucositis enoralis, und sollte deshalb auch nicht in klinischen Studien verfolgt werden. Die Frage, ob andere (i)NOS-Hemmstoffe ein mukoprotektives Potential besitzen, sollte in weiteren, translationalen strahlenbiologischen Studien geklärt werden.

Die strahleninduzierte Mucositis enoralis ist eine der bedeutendsten und häufig dosislimitierenden frühen Nebenwirkungen der Strahlentherapie fortgeschrittener Kopf Hals Tumoren. Bis heute hat sich noch kein allgemein gültiges Konzept zur Therapie und Prophylaxe der Mundschleimhautentzündung durchsetzen können. Ein Ansatz zur selektiven, auf der Tumorbiologie beruhenden Beeinflussung der Strahlenempfindlichkeit von Tumoren ist die Blockade des epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptors (EGFR). In Kombination mit Strahlentherapie sollen so die lokale Tumorkontrolle und die Heilungschancen verbessert werden. Die Wirkung der Tyrosinkinase-Inhibitoren BIBX1382BF und Erlotinib auf histomorphologische Parameter in der Mundschleimhaut sowie auf die Expression der als Stammzellmarker diskutierten Proteine p63, Integrin β1 und CD44 wurde in der vorliegenden Arbeit im Vergleich zur alleinigen fraktionierten Bestrahlung untersucht. Für die histologischen Studien erfolgte die zweiwöchige fraktionierte Bestrahlung der Schnauzen von Mäusen des Inzuchtstammes C3H/Neu mit zehn Fraktionen zu je 3 Gy (Tag 0-4, Tag 7-11). Die Versuche gliederten sich in vier Gruppen: • I/A (54 Tiere) und II/A (40 Tiere): fraktionierte Bestrahlung, keine weitere Behandlung • I/B (51 Tiere): fraktionierte Bestrahlung, zusätzlich orale Gabe von BIBX1382BF, 50 mg/kg KG per os, von Tag 0-14 je 30 min nach der Bestrahlung • II/B (35 Tiere): fraktionierte Bestrahlung, zusätzlich orale Gabe von Erlotinib, 50 mg/kg KG per os, von Tag 0-11 je 30 min nach der Bestrahlung. Die Entnahme der Zungen erfolgte im Versuch I bei jeweils drei Tieren pro Tag von Tag 0 bis Tag 17. Im Versuch II wurden an den Tagen 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 und 14 jeweils die Zungen von fünf Tieren entnommen. Anschließend folgten die Fixierung der Zungen in Formalin, die Einbettung in Paraffin und die Anfertigung 3 µm dicker Gewebeschnitte. Die Zungenpräparate wurden für die histologischen Untersuchungen mit Hämatoxylin-Eosin gefärbt. Für die immunhistochemischen Färbungen wurde die ABC-Methode eingesetzt. Das Epithel der Zungenunterseite wurde lichtmikroskopisch hinsichtlich Zellzahl, Schichtdicke und Expression der potentiellen Stammzellmarker p63, Integrin β1 und CD44 ausgewertet. Aufgrund der geringen Gruppengröße (Versuch I: drei Tiere pro Datenpunkt; Versuch II: fünf Tiere pro Datenpunkt) wurde auf eine eingehende statistische Testung verzichtet. Die vorliegende Arbeit beschränkt sich auf eine beschreibende Darstellung des Verlaufs der Einzelparameter über den Gesamtzeitraum. Die Zellzahlen verringerten sich während der ersten Bestrahlungswoche auf 60-70 % der Ausgangswerte, stagnierten in der zweiten Woche und stiegen schließlich bis zum Ende der Nachbeobachtung wieder an. Zwischen den nur bestrahlten und den zusätzlich mit BIBX1382BF behandelten Tieren war kein Unterschied feststellbar. Ein gleichsinniger Verlauf war auch in Versuch II zu beobachten, wobei die Zellzahlen der mit Erlotinib behandelten Tiere in der Funktionsschicht durchgängig höher ausfielen als in Versuchsreihe A. Die Dicke des Gesamtepithels bzw. der einzelnen Epithelschichten zeigte im Versuch I unter Bestrahlung große individuelle Schwankungen. Unter zusätzlicher BIBX1382BF-Gabe wurden oft niedrigere Werte gemessen. Im Versuch II blieb die Dicke des Gesamtepithels unter Fraktionierung konstant. Von Tag 0-12 wurden bei zusätzlicher Erlotinib-Applikation geringere Werte der Gesamtdicke gemessen als unter alleiniger Bestrahlung, ansonsten fielen die Veränderungen der Epitheldicke unabhängig von der Erlotinib-Gabe gering aus. Der kurzzeitigen, mit dem allgemeinen Zellverlust einhergehenden Verringerung der p63-Expression zu Beginn der Bestrahlung folgt bis zum Ende des Beobachtungszeitraumes die Normalisierung der p63-positiven Zellen. Mit EGFR-Blockade sind gegenüber der alleinigen Bestrahlung keine Unterschiede in der p63-Expression festzustellen. Die Integrin β1-Expression nahm im Verlauf der Bestrahlung ab. Unter EGFR-Blockade mit BIBX1382BF zeigte sich an den Tagen 2-9 und 12-16 ein schwächeres Färbesignal als im fraktioniert bestrahlten Epithel, was für eine mögliche Interaktion des EGF-Rezeptors mit Integrin β1 spricht. Im Versuch II waren unabhängig von der Erlotinib-Gabe keine Unterschiede in der Expression von Integrin β1 feststellbar. Die CD44-Expression im Epithel wurde durch Bestrahlung gefördert. Übereinstimmend konnte in der vorliegenden Arbeit in beiden Versuchen eine Steigerung der CD44-Färbeintensität über den jeweiligen Referenzbereich festgestellt werden. Eine Blockade der EGFR-Aktivität durch Erlotinib reduzierte die Expression von CD44, wie in Versuch II/B im initialen Abfall der CD44-Färbeintensität deutlich wurde. Doch schon ab Tag 4 wurden im Versuch II/A und II/B gleich starke Färbesignale für CD44 erfasst. Insgesamt ergaben sich unter EGFR-Inhibition mittels BIBX1382BF oder Erlotinib keine Hinweise auf Veränderungen der untersuchten Parameter während einer zweiwöchigen fraktionierten Bestrahlung. Ob diese Ergebnisse auch auf andere Tyrosinkinase-Inhibitoren bzw. unterschiedliche Wirkstoffklassen (z. B. Anti-EGFR-Antikörper) übertragbar sind, muss in weiteren Studien untersucht werden. / Radiation-induced oral mucositis is one of the most important and often dose limiting early side effects of radiotherapy of advanced tumours in the head-and-neck region. To this day, no general concept for therapy and prophylaxis of the oral mucositis has been established. The inhibition of the epidermal growth factor receptor (EGFR) is one approach to a selective increase of the radiosensitivity of tumours based on the tumour biology. In combination with radiotherapy, application of EGFR-inhibitors is supposed to increase the local tumour control and the chances of cure. The aim of the present study was to investigate the effect of the tyrosine kinase inhibitors BIBX1382BF and Erlotinib on the radiation response of the oral mucosa and on the expression of different proteins that are discussed to be markers of epithelial stem cells. For the histological studies, the snouts of C3H/Neu mice were irradiated with ten daily fractions of 3 Gy over two weeks (on days 0-4, 7-11). The experiments comprised four treatment groups: • I/A (54 animals) and II/A (40 animals): fractionated irradiation, no further treatment • I/B (51 animals): fractionated irradiation, administration of BIBX1382BF, 50 mg/kg per os, once daily (days 0-14) 30 min after the radiation treatment • II/B (35 animals): fractionated irradiation, administration of Erlotinib, 50 mg/kg per os, once daily (days 0-11) 30 min after the radiation treatment. Between day 0 and 17, three animals of the groups I/A and I/B were euthanised per day. In the experimental arms II/A and II/B five mice were killed on day 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 and 14, respectively. The tongues were excised, fixed in formalin, embedded in paraffin and 3 µm thick sections were prepared. Subsequently, the tongue sections were stained with haematoxylin and eosin or with an ABC kit to visualise proteins of interest. The epithelium of the lower tongue was examined by light microscopy regarding the following parameters: cell numbers, thickness of epithelial layers and expression of the potential stem cell markers p63, integrin β1 and CD44. Due to the limited number of animals per data point (experiment I: three mice per data point; experiment II: five mice per data point), a detailed statistical analysis was not performed. The present study is determined to describe the parameter variations over the observation period. Cell numbers decreased to 60-70 % of the pre-treatment control values within the first week of irradiation alone, remained constant in the second week, and then slowly increased until the end of the observation period. There was no difference between radiotherapy alone or combined treatment with BIBX1382BF. In experiment II similar observations were made with higher cell numbers in the functional layer of the epithelium of the Erlotinib treated animals than in the irradiated group. The thickness of the epithelium and its individual layers showed high inter individual differences in experiment I. In treatment group I/B, lower values of thickness were often detected in comparison to group I/A. In experiment II the thickness of the epithelium remained constant under fractionated irradiation. Between day 0 and 12 the Erlotinib treatment slightly decreased the thickness of the whole epithelium in comparison to the irradiated group. Besides, there were only minor changes in the thickness of the different layers. Associated with the general loss of cells, radiation treatment led to a transient decrease in the expression of p63. The number of p63-positive cells recovered until the end of the observation period. A similar expression pattern of p63-positivity was found independent of EGFR inhibition. The expression of integrin β1 decreased during fractionated irradiation. On days 2-9 and 12-16, the changes were more pronounced in combination with BIBX1382BF treatment which indicates a potential interaction of the EGF receptor with integrin β1. In experiment II, no differences between the exclusively irradiated group and the combined treatment with Erlotinib were found for the expression patterns of integrin β1. Irradiation alone resulted in a higher epithelial expression of CD44. Accordingly, a general increase of CD44 staining intensity was observed in both experiments exceeding control values. Due to the EGFR inhibition with Erlotinib, the expression of CD44 initially decreased. However, by day 4 no persisting differences in staining intensity could be observed independent of EGFR inhibition. In summary, EGFR inhibition via BIBX1382BF or Erlotinib did not result in alterations of the analysed parameters during two weeks of fractionated irradiation. Further studies are required to demonstrate if the present findings are transferable to other tyrosine kinase inhibitors or different substance classes (e.g. inhibiting receptor antibodies).