Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Kombination von Bortezomib mit Bendamustin und Prednison ein sehr effektives und gut verträgliches Behandlungsregime für Patienten mit neu diagnostiziertem Multiplen Myelom und Leichtketten-induzierter schwerer Nierenschädigung darstellt. Bei der Mehrzahl der Patienten kommt es zu einem raschen hämatolgischen Ansprechen mit nachfolgender deutlicher Verbesserung der Nierenfunktion innerhalb der ersten sechs Wochen. Das BPV Protokoll ist daher ein wirkungsvoller Therapieansatz für die Behandlung von Patienten mit Multiplen Myelom und begleitender Nierenschädigung.

Der Nachweis monoklonaler Proteine ist integraler Bestandteil in der Diagnostik von Monoklonalen Gammopathien. Derzeit wird die kombinierte Anwendung von elektrophoretischen Messverfahren und einem Immunoassay zur Bestimmung freier κ- und λ-Leichtketten im Serum angewandt, um monoklonale Proteine sensitiv zu detektieren und präzise zu quantifizieren. Der seit 2009 verfügbare Hevylite® Immunoassay ermöglicht die leichtkettenspezifische Bestimmung und Quantifizierung von intakten Immunglobulinen der Klassen IgA, IgG und IgM im Serum und bietet damit erstmals die Möglichkeit zur Beurteilung der Klonalität durch Berechnung des Verhältnisses von Igκ zu Igλ innerhalb eines Immunglobulin-Paares. Das zentrale Ziel dieser Studie war die methodische Validierung des Testverfahrens und der Vergleich des Hevylite® Immunoassays mit aktuell etablierten Messmethoden im Nachweis von monoklonalen Proteinen im Serum von Patienten mit Monoklonaler Gammopathie. Darüber hinaus untersuchten wir das klinische Potential des Assays im Vergleich mit derzeit validierten Markern zur Beurteilung der Tumorlast im Krankheitsverlauf von Patienten mit Multiplen Myelom. Für die Bewertung der analytischen Qualität des Hevylite® Immunoassays untersuchten wir Intra- und Interassay-Präzision, Linearität, Genauigkeit, Sensitivität und Spezifität für die Immunglobulin-Subklassen IgA, IgG und IgM. Für den Sensitivitätsvergleich wurden in einem zweiten Schritt Patientenseren mit gesicherter Monoklonaler Gammopathie durch eindeutigen Nachweis einer monoklonalen Bande in der Immunfixationselektrophorese mit dem Hevylite® Immunoassay untersucht. Für die Einschätzung des Hevylite® Immunoassays als Parameter zur Beurteilung der Tumoraktivität im Krankheitsverlauf wurden nachfolgende Seren von Patienten mit Multiplen Myelom nach Stammzelltransplantation über einen Zeitraum von 1 ½ Jahren gesammelt und die Ergebnisse des Assays mit konventionellen Markern verglichen. Zusammenfassend belegen unsere Daten analytische Leistungsmerkmale für alle aktuell verfügbaren HLC-Assays, die eine Anwendung in der Routinediagnostik erlauben. In der Detektion von monoklonalen Proteinen zeigt der Immunoassay vergleichbare Ergebnisse gegenüber etablierten Messverfahren. Jedoch entsteht durch die Limitation des Hevylite®-IgG-Assays eine diagnostische Lücke, so dass die Immunfixationselektrophorese als Goldstandart zum Nachweis von monoklonalen Proteinen nicht ersetzt werden kann. Wir konnten das Potential des Hevylite® Immunoassays in der Krankheitsüberwachung als alleinige Messmethode durch auserwählte Krankheitsverläufe von Patienten mit Multiplen Myelom zeigen. Unsere Befunde unterstützen die Ergebnisse verschiedener Arbeitsgruppen und belegen ebenfalls den Nutzen insbesondere des Hevylite®-IgA-Assays in der Krankheitsüberwachung von Patienten mit Multiplen Myelom Typ IgA als Alternative zu aufwendigen elektrophoretischen Messverfahren.:Abkürzungsverzeichnis 2 1 Einführung 3 1.1 Monoklonale Gammopathien 3 1.1.1 Definition und Epidemiologie Monoklonaler Gammopathien 3 1.1.2 WHO-Einteilung und diagnostische Kriterien Monoklonaler Gammopathien laut International Myeloma Working Group (IMWG) 4 1.1.3 Pathophysiologie und Klinik Monoklonaler Gammopathien 7 1.2 Labordiagnostische Möglichkeiten zum Nachweis Monoklonaler Gammopathien 8 1.2.1 Strategien und Kriterien der Diagnosefindung 8 1.2.2 Elektrophoretische Nachweisverfahren im Serum 9 1.2.3 Quantitative Bestimmung freier κ- und λ-Leichtketten mittels Immunoassay im Serum 10 1.2.4 Quantifizierung monoklonaler Proteine als entscheidender Parameter zur Überwachung der Tumoraktivität im Krankheitsverlauf 11 1.3 Leichtkettenspezifische Immunglobulinbestimmung zum Nachweis monoklonaler Proteine 12 1.3.1 Testprinzip und Interpretation des Hevylite® Immunoassays 12 1.3.2 Validierung und Vergleich des Immunoassays zur Bestimmung von leichtkettenspezifischen Immunglobulinen mit etablierten Messverfahren in der Diagnostik von Monoklonalen Gammopathien als wesentliches Ziel der vorliegenden Promotionsarbeit 13 2 Publikation 14 3 Aktuelle Anwendung und klinische Bedeutung des Hevylite® Immunoassays in der Erstdiagnostik und Beurteilung im Krankheitsverlauf Monoklonaler Gammopathien 15 4 Zusammenfassung der Arbeit 18 Literaturverzeichnis 21 Anlagen 26 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 27 Lebenslauf 28 Danksagung 30

Thalidomid ist eine in der Therapie des fortgeschrittenen refraktären oder rezidivierten multiplen Myeloms (MM) wirksame Substanz, obwohl dosislimitierende Toxizitäten (DLT) ihren Einsatz beschränken können. In der vorliegenden Phase-I-Studie mit 28 Patienten mit rezidiviertem oder refraktärem MM nach konventioneller Chemotherapie oder Hochdosis (HD)-Chemotherapie mit Stammzelltransplantation (SCT) konnte gezeigt werden, dass eine Kombination von niedrig dosiertem Thalidomid mit Bendamustin und Prednisolon (BPT) die Wirksamkeit beibehält oder erhöht und gleichzeitig keine DLT auftritt. Die BPT-Therapie umfasste eine Dosis von Bendamustin (60mg/m2) Tag 1, 8 und 15 und Prednisolon (100mg) Tag 1, 8, 15 und 22, und eine eskalierende tägliche Dosis Thalidomid (50, 100, 200mg). Die Behandlungszyklen wurden alle 28 Tage bis zum Auftreten des maximalen Ansprechens, DLT oder Fortschreiten der Erkrankung wiederholt. 24 Patienten sprachen nach mindestens zwei Zyklen auf die Therapie an (vier komplette, sechs sehr gute partielle und 14 partielle Remissionen). Das mediane progressionsfreie Überleben und Gesamtüberleben für alle Patienten betrug 11 und 19 Monate. Nur leichte oder mittelschwere nicht-hämatologische Nebenwirkungen wurden beobachtet und kein Patient entwickelte dosislimitierende Hämatotoxizitäten. Die BPT-Therapie weist bei Patienten mit rezidiviertem oder refraktärem MM eine gute Verträglichkeit mit einem Ansprechen von über 80% auf. Die maximal tolerierte Dosis von Thalidomid wurde in dieser Studie nicht erreicht.

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Hintergrund: Während die Monotherapie mit Lenalidomid (Revlimid®) bei der Behandlung von rezidivierten/refraktären Patienten mit Multiplem Myelom (MM) bewährt ist, werden Kombinationstherapien mit Lenalidomid immer noch untersucht. In der vorliegenden Dosisfindungsstudie wurde eine Kombinationstherapie bestehend aus Lenalinomid, Bendamustin und Prednisolon (RBP) an Patienten mit fortgeschrittenem MM getestet. Methoden: Die erste Patientenkontrollgruppe erhielt eine Anfangsdosis Lenalidomid von 10 mg/d d1-21, Bendamustin von 60 mg/m²/d d1-2 und Prednisolon von 100 mg/d d1-4. Weitere Patientengruppen (jeweils 3-6 Personen) erhielten in Stufen eine steigende Lenalidomid-Dosis von 15, 20 sowie 25 mg und nach Erreichen von 25 mg Lenalidomid eine ansteigende Dosis Bendamustin von zunächst 60 mg/m² und dann 75 mg/m². Ergebnisse: 21 Patienten (jeweils 3 in den ersten drei Dosierungsstufen und jeweils 6 in den beiden letzten Dosierungsstufen) wurden in dieser Phase-I-Studie eingeschlossen. Alle Patienten erhielten mindestens 2 Zyklen der Therapie. Zwei Patienten entwickelten eine dosislimitierende Hämatotoxizität, ein Patient bei 25 mg/d Lenalidomid in Kombination mit 60 mg/m² Bendamustin und ein Patient in der höchsten Dosierungsstufe (25 mg/d Lenalidomid in Kombination mit 75 mg/m² Bendamustin). Die maximal tolerable Dosis wurde nicht erreicht. 16 Patienten (76%) sprachen nach mindestens zwei Zyklen RBP mit 1 sCR, 1 nCR, 5 VGPR und 9 RP an. Nach einer medianen Beobachtungszeit von 16 Monaten lag das PFS nach 18 Monaten bei 48% und OS bei 64%. Schlussfolgerung: RBP mit einer Dosis von 25 mg Lenalidomid (d 1-21) und 75 mg/m² Bendamustin (d 1-2) ist gut verträglich bei Patienten mit rezidiviertem/refraktärem MM.:Zusammenfassung II Abstract III Inhaltsverzeichnis IV Abbildungsverzeichnis VI Tabellenverzeichnis VII Abkürzungsverzeichnis VIII 1 Einleitung 1 1.1 Multiples Myelom 1 1.1.1 Terminologie 1 1.1.2 Epidemiologie 1 1.1.3 Ätiologie 2 1.1.4 Pathogenese 2 1.1.5 Klinik 3 1.1.5.1 Symptome des Skelettsystems 3 1.1.5.2 Anämiesymptome 3 1.1.5.3 Nierenbeteiligung 4 1.1.5.4 Infektionen 4 1.1.6 Diagnostik 5 1.1.6.1 Labordiagnostik 5 1.1.6.1.1 Myelomproteindiagnostik 5 1.1.6.1.2 Blutbild 6 1.1.6.1.3 Nierenwerte 6 1.1.6.1.4 ß2-Mikroglobulin 6 1.1.6.1.5 Knochenmarkdiagnostik 7 1.1.6.1.6 Knochenmarkmorphologie 7 1.1.6.1.7 Durchflusszytometrie 7 1.1.6.1.8 Zytogenetik 7 1.1.6.2 Radiologische Diagnostik 8 1.1.7 Diagnosekriterien, Differentialdiagnose, Klassifikation und Stadieneinteilung 9 1.2 Therapie 12 1.2.1 Konventionelle Chemotherapie 12 1.2.2 Neue Substanzen 13 1.2.2.1 Immunmodulatorische Substanzen 13 1.2.2.1.1 Thalidomid 13 1.2.2.1.2 Lenalidomid 14 1.2.2.1.3 Pomalidomid 14 1.2.2.2 Proteasom-Inhibitoren 15 1.2.2.2.1 Bortezomib 15 1.2.2.2.2 Carfilzomib 15 1.2.2.2.3 Ixazomib 16 1.2.2.3 HDAC-Inhibitoren 16 1.2.2.4 Monoklonale Antikörper 16 1.2.2.4.1 Daratumomab 17 1.2.2.4.2 Elotuzumab 17 1.2.3 Transplantationen 17 1.2.3.1 Autologe Stammzelltransplantation 17 1.2.3.2 Allogene Stammzelltransplantation 18 1.3 Zielstellung der Arbeit 19 2 Material und Methoden 21 2.1 Patienten 21 2.1.1 Einschlusskriterien 21 2.1.2 Ausschlusskriterien 23 2.2 Studiendesign 24 2.3 Behandlungsprotokoll 25 2.4 Definition des Therapieansprechens 26 2.5 Bestimmung der Therapieeffektivität und Toxizität 26 2.6 Statistische Methoden 27 3 Ergebnisse 28 3.1 Patientencharakteristika 28 3.2 Dosiseskalation 30 3.3 Remission und Überleben 31 3.4 Toxizität 34 4 Diskussion 36 Literaturverzeichnis 40 Erklärung über den Anteil an der Promotionsarbeit 51 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 52 Danksagung 53

Das multiple Myelom ist eine seltene maligne Knochenerkrankung bei insbesondere älteren Menschen. Dabei vermehren sich im Knochenmark in hohem Maße unkontrolliert entartete Plasmazellen. Diese Myelomzellen unterdrücken einerseits die Bildung von normalen Plasmazellen, andererseits wird das Gleichgewicht zwischen Knochenaufbau und –abbau empfindlich gestört, woraus eine erhöhte Knochenresorption resultiert. Neben den bisher angewandten Chemo- und Strahlentherapien gewinnen innovative Medikamente, wie Proteasominhibitoren und Bisphosphonate, in der Therapie an Bedeutung. Diese Medikamente reduzieren das Myelomzellwachstum und wirken hemmend auf den Knochenabbau. Durch das Auffüllen von durch Resorptionsprozesse geschädigten Knochendefekten mit wirkstoffbeladenen Calciumphosphatzementen (CPC) wird nicht nur der Knochen stabilisiert, sondern im Vergleich zur herkömmlichen oralen oder intravenösen Medikamentenverabreichung eine gezielte Freisetzung des Wirkstoffes direkt am Wirkort in wesentlich reduzierten Dosen ermöglicht. Durch die Kombination des Knochenzementes mit anderen effizienten Drug-Delivery-Systemen (DDS), wie z. B. Polymeren, kann eine optimale Anpassung der Wirkstofffreisetzung ermöglicht werden. Insbesondere haben sich bereits dendritische Polymere aufgrund ihrer globularen Struktur und Vielzahl an peripheren Funktionalitäten als besonders geeignete Wirkstoffträgersysteme herausgestellt. Bei der Anwendung im physiologischen System spielt insbesondere die Biokompatibilität dieser polymeren DDS eine entscheidende Rolle. Durch Modifizierung der peripheren Gruppen mit biokompatiblen Einheiten, wie Oligosacchariden oder Aminosäuren, kann die physiologische Verträglichkeit signifikant erhöht werden. Für die Behandlung des multiplen Myeloms am Knochen sollte in dieser Arbeit ein geeignetes dendritisches DDS auf Basis von hochverzweigtem Polyethylenimin (PEI) synthetisiert und charakterisiert werden. Das DDS sollte dabei verschiedene Anforderungen, wie eine hohe Wasserlöslichkeit und Biokompatibilität, erfüllen. Weiterhin sollten die mechanischen Eigenschaften des CPC nicht negativ beeinflusst werden und der Wirkstoff sollte effektiv vom DDS aufgenommen und kontrolliert aus dem generierten Komposit (Wirkstoff/DDS/CPC) freigesetzt werden. In der sogenannten N-Carboxyanhydrid (NCA)-Polymerisation wurden am PEI(5) (5 ≙ Mw 5 kDa) benzylgeschützte Polyglutaminsäure bzw. Polyasparaginsäureketten aufgepfropft. Durch hydrolytische Abspaltung der Schutzgruppen an den PBLG-Ketten von PEI(5)-PBLG-346 und PEI(5)-PBLA-346 erfolgte die Generierung der wasserlöslichen DDS PEI(5)-PGlu-346 und PEI(5)-PAsp-346. Die Charakterisierung der synthetisierten Kern-Schale-Architekturen PEI(5)-PBLG-346, PEI(5)-PBLA-346, PEI(5)-PGlu-346 und PEI(5)-PAsp-346 zeigte, dass nur wenige lange Polyaminosäureketten an wenigen primären und sekundären Aminogruppen des PEI(5) aufgebaut wurden. Aufgrund der noch freien primären und sekundären Aminogruppen am PEI(5) und den peripheren Aminogruppen an den Polyaminosäureketten wurden durch die Anbindung von Maltose- bzw. Laktoseeinheiten Kern-Schale-Architekturen mit einer binären Doppelschalenstrukturen erzeugt. Im Gegensatz zu reiner Polyglutaminsäure zeigten die mit Glutaminsäure modifizierten Polymerstrukturen PEI(5)-PGlu-346 und PEI(5)-PGlu-346-Mal interessante strukturelle Eigenschaften in wässriger Umgebung. Aufgrund des pH-abhängigen Ladungszustandes resultiert bei reinen Polyglutaminsäureketten normalerweise der typische Helix-Coil-Übergang. Dabei findet eine Konformationsumwandlung der α-helikalen Struktur zur ungeordneten Sekundärstruktur statt. Im Falle der PEI(5)-PGlu-346- und PEI(5) PGlu-346-Mal-Copolymere wurde jedoch keine α-helikale Konformation bei niedrigem pH-Wert nachgewiesen. Die PGlu-Ketten der wasserlöslichen Kern-Schale-Architekturen bildeten sowohl im sauren, als auch im basischen pH-Wertbereich eine ungeordnete Sekundärstruktur aus. Zusätzlich konnte nachgewiesen werden, dass die Kern-Schale-Architekturen in Abhängigkeit vom pH-Wert als isolierte Makromoleküle bzw. Aggregate mit unterschiedlich lang gestreckten Peptidketten vorliegen. Die Ursache dafür sind nicht-kovalente, intra- und intermolekular wirkende Kräfte. Zur Beurteilung der Kern-Schale-Architekturen als geeignete DDS wurde die Komplexierung des Proteasominhibitors Bortezomib (BZM) in die reinen Copolymere PEI(5)-PGlu-346, PEI(5)-PGlu-346-Mal und PEI(25)-Mal B (25 ≙ Mw 25 kDa, ohne Polyglutaminsäureketten) sowie deren Polyelektrolytkomplexe untersucht. Dabei wurden Copolymer/BZM- bzw. PEK/BZM-Komplexe in verschiedenen Verhältnissen hergestellt und die Komplexierungskapazität durch zeitabhängige Ultrafiltration UV/Vis-spektroskopisch ermittelt. Im Vergleich zu den glutaminsäuremodifizierten Copolymeren wurde durch PEI(25)-Mal B etwa doppelt so viel Wirkstoff in verschiedenen wässrigen Systemen aufgenommen. Der Grund dafür ist der größere PEI-Kern und die dementsprechend höhere Anzahl an peripheren Aminogruppen mit gebundenen Maltoseeinheiten. Die PEK zeigten im Vergleich zu den Copolymeren keine Verbesserung der Komplexierungskapazität. Um eine effektive Wirkstofffreisetzung für eine dosierte Langzeittherapie aus dem Kompositmaterial zu erhalten, ist eine stark verzögerte Freisetzung des Copolymers bzw. PEK selbst aus dem CPC notwendig. In Abhängigkeit von der Konzentration wurde für PEI(25)-Mal B eine geringere Freisetzung aus dem Copolymer/CPC- und PEK/CPC ermittelt. Aufgrund der nanoskaligen Dimension der polymeren Strukturen wird die Diffusion durch das offene CPC-Porensystem erschwert. Für die PEI(5)-PGlu-346, PEI(5)-PGlu-346-Mal und die zugehörigen PEK wurde hingegen keine messbare Freisetzung aus dem CPC nachgewiesen. Die Glutaminsäureeinheiten können Calciumionen komplexieren und beeinflussen dadurch die Keimbildung und das Wachstum der CaP-Phase. Die Copolymerstrukturen werden somit in den CPC integriert und können nur durch Abbau des schwerlöslichen Zementes freigesetzt werden. Bei den Untersuchungen der BZM-Freisetzung aus den BZM/Copolymer/CPC- und BZM/PEK/CPC-Kompositen kristallisierte sich BZM/PEI(5)-PGlu-346-Mal/CPC als effektivstes DDS heraus. Im Vergleich zum reinen BZM in CPC wurde nach 24 h nur etwa die Hälfte des Wirkstoffes aus dem Komposit freigesetzt. Weiterhin steigerte sich die Freisetzungsrate über den gesamten Zeitraum von 14 Tagen auf nur etwa 60 %. Aus dem BZM/CPC-Komposit wurden nach 14 Tagen mehr als 75 % BZM freigesetzt. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Michael Gelinsky vom Zentrum für Translationale Knochen-, Gelenk- und Weichgewebeforschung (TU Dresden) wurde keine signifikante Änderung der Druckfestigkeit des CPC durch die Integration der glutaminsäuremodifizierten Copolymere festgestellt. Weiterhin wurde in in vitro-Untersuchungen mit osteogen stimulierten humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) kein entscheidender Einfluss der in dieser Arbeit hergestellten PEI(5)-PGlu-346- und PEI(5)-PGlu-346-Mal-Copolymere auf die Proliferation der Zellen beobachtet. Zudem war bei beiden Copolymeren eine osteogene Differenzierung der hMSC zu knochenbildenden Osteoblasten nachweisbar, wobei PEI(5)-PGlu-346-Mal die Entwicklung der Stammzellen zu knochenbildenden Zellen sogar zu fördern scheint. Durch die Kombination von hochverzweigtem PEI mit Polyglutaminsäure und Maltose wurde in dieser Arbeit ein innovatives DDS für die kontrollierte und effektiv verzögerte Freisetzung von BZM aus CPC erzeugt, welches die einleitend erwähnten Anforderungen erfüllt. Das Copolymersystem weist eine hohe Biokompatibilität auf, ohne die mechanischen Eigenschaften des CPC zu verändern. Diese Arbeit hat daher einen entscheidenden Beitrag im Bereich der Wirkstofffreisetzung aus festen Materialien geliefert und bildet die Grundlage für zukünftige polymere DDS in CPC.

Das Knochenmarkmikromilieu produziert eine Reihe von unterschiedlichen Wachstumsfaktoren, die für das maligne Wachstum und die Medikamentenresistenz von Myelomzellen von grosser Bedeutung sind. Einer der wichtigsten Faktoren, der in manchen experimentellen Systemen sogar als essentiell für das Wachstum und Überleben von Myelomzellen beschrieben wurde, ist Interleukin-6. Aus diesem Grund könnte die Entwicklung von Substanzen, die die Wirkung von IL-6 oder dem IL-6 Rezeptor inhibieren von Bedeutung für die Therapie des Myeloms sein. In dieser Arbeit wurde die Wirkung des IL-6 Rezeptorantagonisten SANT7 auf das Überleben der IL-6 abhängigen Myelomzellinie INA-6 sowie primären Myelomzellen in Gegenwart oder Abwesenheit von primären humanen Knochenmarkstromazellen (KMSZ) untersucht. Von besonderem Interesse war hierbei die Frage ob SANT7 die wachstumsinhibitorische Wirkung von Dexamethson (Dex) und All-Trans-Retinolsäure (ATRA) verstärken kann. Keine der drei Substanzen, SANT7 eingeschlossen, konnte bei alleiniger Applikation in Gegenwart von primären humanen KMSZ eine nennenswerte Wachstumsinhibition induzieren. Wenn jedoch Dex und ATRA mit SANT7 kombiniert wurden konnte sowohl in INA-6 als auch primären Myelomzellen eine starke Wachstumsinhibition erzielt werden. Dieser Effekt beruht sowohl auf Apoptose als auch eines Zellzyklusarrests. / The bone marrow microenvironment produces a number of different survival factors that are important for the malignant growth and drug resistance of multiple myeloma (MM) cells. One of the main factors reported to be essential for survival and growth of MM cells in some experimental systems is interleukin-6 (IL-6). Therefore, the development and testing of substances that interfere with IL-6 or IL-6 receptor (IL-6R) function might have a potential therapeutic value for the treatment of multiple myeloma. In this work the effect of the IL-6 receptor antagonist SANT7 on growth and survival of the IL-6 dependent MM cell lines INA-6 as well as primary MM cells in the presence or absence of bone marrow stromal cells (BMSC) was analyzed. Of particular interest was the question whether SANT7 might enhance the growth inhibitory effects of dexamethasone (Dex) and all-trans retinoic acid (ATRA). None of the drugs, when tested as a single substance, including SANT7, induced major growth inhibition if MM cells were co-cultured with primary human BMSCs. However, if Dex and ATRA were given in combination with SANT7 a strong growth inhibition was achieved in INA-6 and primary MM cells. This effect is due to cell cycle arrest and induction of apoptosis.

Die Hochdosischemotherapie stellt für Patienten unter 60 Jahren die Standardtherapie des multiplen Myeloms dar. Nach 600 Hochdosischemotherapiezyklen mit autologer peripherer Stammzelltransplantation zeigten sich erstmals Grundkrankheit, Alter und Zahl der transplantierten Stammzellen als unabhängige Einflußfaktoren für die Rate der dokumentierten Infektionen. Die Dauer der schweren Mukositis beeinflußte sowohl die Rate der Infektionen, als auch die therapieassoziierte Mortalität signifikant. Die Angiogenese im Knochenmark stellte bei Patienten mit multiplem Myelom einen unabhängigen Prognosefaktor für das Überleben dar. Myelom-Patienten wiesen im Vergleich zu gesunden Probanden eine signifikant erhöhte bFGF(basic fibroblast growth factor)-Konzentration im Serum auf. Es zeigte sich ein signifikanter Anstieg der bFGF Konzentration parallel zur Progression der Erkrankung vom Stadium I bis zum Stadium III. Eine effektive Chemotherapie ging mit signifikanten Reduktionen der Serum-Konzentrationen von drei angiogen wirksamen Zytokinen VEGF (vascular endothelial growth factor), bFGF und HGF (hepatocyte growth factor) sowie der Angiogenese im Knochenmark einher. Die Induktion der Knochenresorption stellt eines der wichtigsten weiteren Charakteristika von malignen Plasmazellen dar. In einer vergleichenden Untersuchung zeigte sich, daß unter den Knochenstoffwechselparametern ICTP (carboxyterminales quervernetztes Typ I Kollagen Telopeptid), NTx (aminoterminales Kollagen Typ I Telopeptid) und DPD (Desoxypyridinolin) das erstgenannte sich am besten zur Kontrolle der Progression eignet und dieser Parameter auch einen signifikanten Prognosefaktor für die Überlebenszeit darstellt. Die Hinweise, daß eine frühzeitige Bisphosphonattherapie die Progression des multiplen Myeloms hemmen könnte, hat uns veranlaßt, die erste prospektiv randomisierte Studie einer Bisphosphonattherapie beim multiplen Myelom im Stadium I in Zusammenarbeit mit der Deutschen Studiengruppe Multiples Myelom zu initiieren. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit auf die prognostische Relevanz zytogenetischer und molekulargenetischer Befunde beim multiplen Myelom sowie auf die Möglichkeit immunphänotypischer Untersuchungen zur Differenzierung zwischen multiplem Myelom und monoklonaler Gammopathie unbestimmter Signifikanz (MGUS) eingegangen. / High-dose chemotherapy is the standard treatment for patients with multiple myeloma younger than 60 years. In 600 cycles of high-dose chemotherapy with autologous blood stem cell transplantation, we found that the type of the malignant disease, age and number of transplanted stem cells were independent prognostic factors for the rate of documented infections. The duration of severe mucositis was significantly associated both with the rate of infections and treatment-related mortality. The angiogenesis in bone marrow was found to be an independent prognostic factor for survival in patients with multiple myeloma. Myeloma patients had significantly elevated serum bFGF (basic fibroblast growth factor) levels in comparison to healthy controls. Serum bFGF levels increased parallel to the progression of multiple myeloma from stage I to stage III. Effective chemotherapy was associated with significant reductions in serum levels of three angiogenic cytokines VEGF (vascular endothelial growth factor), bFGF and HGF (hepatocyte growth factor) and the bone marrow angiogenesis. The induction of bone resorption is one of the most important characteristics of malignant plasma cells. In a comparative analysis of bone resorption parameters ICTP (carboxy-terminal telopeptide of type-I collagen), NTx (amino-terminal collagen type-I telopeptide) and DPD (deoxypyridinoline) we found that ICTP was the most suitable marker for the detection of progression in multiple myeloma and that ICTP was a significant prognostic factor for survival in this disease. The findings that an early start of a treatment with bisphosphonates might delay the progression of multiple myeloma has lead us to start the first prospective randomized trial of bisphosphonate treatment in stage I in collaboration with the German Study Group Multiple Myeloma. Furthermore the prognostic relevance of cytogenetic and moleculargenetic findings in multiple myeloma and the use of immunophenotypic analysis for the differentiation of multiple myeloma and monoclonal gammopathy of undetermined significance (MGUS) was discussed in this work.

Das multiple Myelom ist eine seltene maligne Knochenerkrankung bei insbesondere älteren Menschen. Dabei vermehren sich im Knochenmark in hohem Maße unkontrolliert entartete Plasmazellen. Diese Myelomzellen unterdrücken einerseits die Bildung von normalen Plasmazellen, andererseits wird das Gleichgewicht zwischen Knochenaufbau und –abbau empfindlich gestört, woraus eine erhöhte Knochenresorption resultiert. Neben den bisher angewandten Chemo- und Strahlentherapien gewinnen innovative Medikamente, wie Proteasominhibitoren und Bisphosphonate, in der Therapie an Bedeutung. Diese Medikamente reduzieren das Myelomzellwachstum und wirken hemmend auf den Knochenabbau. Durch das Auffüllen von durch Resorptionsprozesse geschädigten Knochendefekten mit wirkstoffbeladenen Calciumphosphatzementen (CPC) wird nicht nur der Knochen stabilisiert, sondern im Vergleich zur herkömmlichen oralen oder intravenösen Medikamentenverabreichung eine gezielte Freisetzung des Wirkstoffes direkt am Wirkort in wesentlich reduzierten Dosen ermöglicht. Durch die Kombination des Knochenzementes mit anderen effizienten Drug-Delivery-Systemen (DDS), wie z. B. Polymeren, kann eine optimale Anpassung der Wirkstofffreisetzung ermöglicht werden. Insbesondere haben sich bereits dendritische Polymere aufgrund ihrer globularen Struktur und Vielzahl an peripheren Funktionalitäten als besonders geeignete Wirkstoffträgersysteme herausgestellt. Bei der Anwendung im physiologischen System spielt insbesondere die Biokompatibilität dieser polymeren DDS eine entscheidende Rolle. Durch Modifizierung der peripheren Gruppen mit biokompatiblen Einheiten, wie Oligosacchariden oder Aminosäuren, kann die physiologische Verträglichkeit signifikant erhöht werden. Für die Behandlung des multiplen Myeloms am Knochen sollte in dieser Arbeit ein geeignetes dendritisches DDS auf Basis von hochverzweigtem Polyethylenimin (PEI) synthetisiert und charakterisiert werden. Das DDS sollte dabei verschiedene Anforderungen, wie eine hohe Wasserlöslichkeit und Biokompatibilität, erfüllen. Weiterhin sollten die mechanischen Eigenschaften des CPC nicht negativ beeinflusst werden und der Wirkstoff sollte effektiv vom DDS aufgenommen und kontrolliert aus dem generierten Komposit (Wirkstoff/DDS/CPC) freigesetzt werden. In der sogenannten N-Carboxyanhydrid (NCA)-Polymerisation wurden am PEI(5) (5 ≙ Mw 5 kDa) benzylgeschützte Polyglutaminsäure bzw. Polyasparaginsäureketten aufgepfropft. Durch hydrolytische Abspaltung der Schutzgruppen an den PBLG-Ketten von PEI(5)-PBLG-346 und PEI(5)-PBLA-346 erfolgte die Generierung der wasserlöslichen DDS PEI(5)-PGlu-346 und PEI(5)-PAsp-346. Die Charakterisierung der synthetisierten Kern-Schale-Architekturen PEI(5)-PBLG-346, PEI(5)-PBLA-346, PEI(5)-PGlu-346 und PEI(5)-PAsp-346 zeigte, dass nur wenige lange Polyaminosäureketten an wenigen primären und sekundären Aminogruppen des PEI(5) aufgebaut wurden. Aufgrund der noch freien primären und sekundären Aminogruppen am PEI(5) und den peripheren Aminogruppen an den Polyaminosäureketten wurden durch die Anbindung von Maltose- bzw. Laktoseeinheiten Kern-Schale-Architekturen mit einer binären Doppelschalenstrukturen erzeugt. Im Gegensatz zu reiner Polyglutaminsäure zeigten die mit Glutaminsäure modifizierten Polymerstrukturen PEI(5)-PGlu-346 und PEI(5)-PGlu-346-Mal interessante strukturelle Eigenschaften in wässriger Umgebung. Aufgrund des pH-abhängigen Ladungszustandes resultiert bei reinen Polyglutaminsäureketten normalerweise der typische Helix-Coil-Übergang. Dabei findet eine Konformationsumwandlung der α-helikalen Struktur zur ungeordneten Sekundärstruktur statt. Im Falle der PEI(5)-PGlu-346- und PEI(5) PGlu-346-Mal-Copolymere wurde jedoch keine α-helikale Konformation bei niedrigem pH-Wert nachgewiesen. Die PGlu-Ketten der wasserlöslichen Kern-Schale-Architekturen bildeten sowohl im sauren, als auch im basischen pH-Wertbereich eine ungeordnete Sekundärstruktur aus. Zusätzlich konnte nachgewiesen werden, dass die Kern-Schale-Architekturen in Abhängigkeit vom pH-Wert als isolierte Makromoleküle bzw. Aggregate mit unterschiedlich lang gestreckten Peptidketten vorliegen. Die Ursache dafür sind nicht-kovalente, intra- und intermolekular wirkende Kräfte. Zur Beurteilung der Kern-Schale-Architekturen als geeignete DDS wurde die Komplexierung des Proteasominhibitors Bortezomib (BZM) in die reinen Copolymere PEI(5)-PGlu-346, PEI(5)-PGlu-346-Mal und PEI(25)-Mal B (25 ≙ Mw 25 kDa, ohne Polyglutaminsäureketten) sowie deren Polyelektrolytkomplexe untersucht. Dabei wurden Copolymer/BZM- bzw. PEK/BZM-Komplexe in verschiedenen Verhältnissen hergestellt und die Komplexierungskapazität durch zeitabhängige Ultrafiltration UV/Vis-spektroskopisch ermittelt. Im Vergleich zu den glutaminsäuremodifizierten Copolymeren wurde durch PEI(25)-Mal B etwa doppelt so viel Wirkstoff in verschiedenen wässrigen Systemen aufgenommen. Der Grund dafür ist der größere PEI-Kern und die dementsprechend höhere Anzahl an peripheren Aminogruppen mit gebundenen Maltoseeinheiten. Die PEK zeigten im Vergleich zu den Copolymeren keine Verbesserung der Komplexierungskapazität. Um eine effektive Wirkstofffreisetzung für eine dosierte Langzeittherapie aus dem Kompositmaterial zu erhalten, ist eine stark verzögerte Freisetzung des Copolymers bzw. PEK selbst aus dem CPC notwendig. In Abhängigkeit von der Konzentration wurde für PEI(25)-Mal B eine geringere Freisetzung aus dem Copolymer/CPC- und PEK/CPC ermittelt. Aufgrund der nanoskaligen Dimension der polymeren Strukturen wird die Diffusion durch das offene CPC-Porensystem erschwert. Für die PEI(5)-PGlu-346, PEI(5)-PGlu-346-Mal und die zugehörigen PEK wurde hingegen keine messbare Freisetzung aus dem CPC nachgewiesen. Die Glutaminsäureeinheiten können Calciumionen komplexieren und beeinflussen dadurch die Keimbildung und das Wachstum der CaP-Phase. Die Copolymerstrukturen werden somit in den CPC integriert und können nur durch Abbau des schwerlöslichen Zementes freigesetzt werden. Bei den Untersuchungen der BZM-Freisetzung aus den BZM/Copolymer/CPC- und BZM/PEK/CPC-Kompositen kristallisierte sich BZM/PEI(5)-PGlu-346-Mal/CPC als effektivstes DDS heraus. Im Vergleich zum reinen BZM in CPC wurde nach 24 h nur etwa die Hälfte des Wirkstoffes aus dem Komposit freigesetzt. Weiterhin steigerte sich die Freisetzungsrate über den gesamten Zeitraum von 14 Tagen auf nur etwa 60 %. Aus dem BZM/CPC-Komposit wurden nach 14 Tagen mehr als 75 % BZM freigesetzt. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Michael Gelinsky vom Zentrum für Translationale Knochen-, Gelenk- und Weichgewebeforschung (TU Dresden) wurde keine signifikante Änderung der Druckfestigkeit des CPC durch die Integration der glutaminsäuremodifizierten Copolymere festgestellt. Weiterhin wurde in in vitro-Untersuchungen mit osteogen stimulierten humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) kein entscheidender Einfluss der in dieser Arbeit hergestellten PEI(5)-PGlu-346- und PEI(5)-PGlu-346-Mal-Copolymere auf die Proliferation der Zellen beobachtet. Zudem war bei beiden Copolymeren eine osteogene Differenzierung der hMSC zu knochenbildenden Osteoblasten nachweisbar, wobei PEI(5)-PGlu-346-Mal die Entwicklung der Stammzellen zu knochenbildenden Zellen sogar zu fördern scheint. Durch die Kombination von hochverzweigtem PEI mit Polyglutaminsäure und Maltose wurde in dieser Arbeit ein innovatives DDS für die kontrollierte und effektiv verzögerte Freisetzung von BZM aus CPC erzeugt, welches die einleitend erwähnten Anforderungen erfüllt. Das Copolymersystem weist eine hohe Biokompatibilität auf, ohne die mechanischen Eigenschaften des CPC zu verändern. Diese Arbeit hat daher einen entscheidenden Beitrag im Bereich der Wirkstofffreisetzung aus festen Materialien geliefert und bildet die Grundlage für zukünftige polymere DDS in CPC.

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