Das Neuroblastom (NB) ist ein solider, extrakranieller Tumor neuroektodermalen Ursprungs, der sich im Kleinkindalter manifestiert. Ein etabliertes Zielantigen für die passive Immuntherapie beim NB ist das Disialogangliosid GD2. Aufgrund der geringen oder fehlenden Expression von MHC Klasse I Molekülen sowie der Tatsache, dass die Lyse von NB-Zellen durch verschiedene Mechanismen der natürlichen Zytotoxizität von NK-Zellen vermittelt werden kann, stellt eine auf NK-Zellen basierende Therapie einen vielversprechenden Ansatz zur Behandlung dieser Erkrankung dar. Auf dieser Grundlage wurde eine NK-Zelllinie generiert, die einen GD2-spezifischen chimären Antigenrezeptor (CAR) exprimiert (NK-92-scFv(ch14.18)-zeta). Die Hauptbestandteile dieses CARs sind ein Einzelkettenantikörper, welcher die variablen Regionen des GD2-spezifischen Antikörpers ch14.18 enthält, und die CD3ζ-Kette als signaltransduzierende Komponente. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass NK-92-scFv(ch14.18)-zeta in der Lage sind, auch Chemotherapie-resistente GD2-positive NB-Zelllinien effektiv abzutöten und dass dabei die Interaktion des CARs mit GD2 den Hauptmechanismus darstellt. Die anti-tumorale Wirkung von NK-92-scFv(ch14.18)-zeta in vivo wurde in einem Chemotherapie-resistenten GD2-positiven Xenograft-Mausmodell gezeigt. Die wiederholte Applikation von NK-92-scFv(ch14.18)-zeta in Kombination mit IL-2 resultierte in einem signifikant verlangsamten Tumorwachstum und einem verbesserten Überleben. Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen, dass GD2-spezifische NK-92 das Potential für eine zukünftige klinische Anwendung besitzen. Demnach stellt der Einsatz einer solchen GD2-spezifischen NK-Zelllinie, die unter GMP-Bedingungen expandiert werden kann und zu jeder Zeit in einer standardisierten Qualität verfügbar wäre, eine vielversprechende Alternative zur Behandlung von Hochrisikopatienten dar, deren Erkrankung nicht mehr auf die Standardtherapie anspricht. / Neuroblastoma (NB) is a solid extracranial childhood malignancy of neuroectodermal origin. The Disialoganglioside GD2 is an established antigen for passive immunotherapy of NB. Cellular therapy of NB with natural killer (NK) cells is especially appealing because MHC class I expression is absent or low in most NB, rendering this tumor sensitive to NK cell recognition. Additionally, natural cytotoxicity of NK cells, mediated by interaction of activating NK cell receptors and their respective ligands on tumor cells, has been shown to play a role in lysis of NB cells. It is therefore tempting to assume that a combination of passive immunotherapy with GD2-specific antibodies and adoptive transfer of NK effector cells would result in an improved NB therapy. To achieve this goal an NK cell line expressing a GD2-specific chimeric antigen receptor (CAR) was engineered: NK-92-scFv(ch14.18)-zeta. This CAR consists of a GD2-specific scFv-fragment, which was generated from ch14.18, and the CD3ζ-chain as intracellular signal-transducing domain. Within this thesis, GD2-specificity of NK-92-scFv(ch14.18)-zeta as well as efficacy towards GD2-expressing NB cell lines, including relapse cell lines that exhibit partial or multidrug resistance were demonstrated. Blocking the interaction between the CAR and GD2 resulted in almost complete abrogation of NK-92-scFv(ch14.18)-zeta-mediated lysis of GD2-positive NB cell lines in vitro, indicating that this interaction is the main mechanism of activation of NK-92-scFv(ch14.18)-zeta. Importantly, repeated application of NK-92-scFv(ch14.18)-zeta in combination with IL-2 significantly decreased tumor growth and prolonged survival of mice in an aggressively growing drug-resistant xenograft NB mouse model. These findings suggest that GD2-specific NK-92 has potential for a future clinical application as NB-specific effector cells that would be ready on demand in a standardized quality.

Die Entwicklung neuer Medikamente und Therapieverfahren wie die Hochdosischemotherapie und die Möglichkeit der Stammzelletransplantation haben die Heilungschance krebskranker Kinder in den letzen Jahrzehnten enorm verbessert. Aus diesem Grund erlangt die Berücksichtigung der Spätfolgen der Therapie eine größere Bedeutung. Es wurden die Zytostatika Cyclophosphamid und Thiotepa auf ihre Neurotoxizität im infantilen Rattengehirn untersucht. Dazu wurde Ratten im Alter von 7, 14, 21 oder 28 Tagen Cyclophosphamid (200-600mg/kg) oder Thiotepa (15-45 mg/kg) intraperitoneal injiziert. Nach einer Überlebenszeit von 4-24 Stunden wurden die Tiere getötet. Die Dichte degenerierter Zellen wurde lichtmikroskopisch in den nach De Olmos gefärbten Hirnschnitten mit Hilfe des stereologischen Dissektors ermittelt. Weiterhin wurden eine TUNEL-Färbung, elektronenmikroskopische sowie eine immunhistochemische Untersuchung für Caspase 3 und den Fas Rezeptor durchgeführt. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Versuchsgruppen wurde mit Hilfe des Student`s t-Test auf ihre Signifikanz hin überprüft. Die Untersuchungen zur Zeit und Dosisabhängigkeit wurde mit Hilfe der ermittelten Gesamtscores und der Varianzanalyse (ANOVA) überprüft. Diese Untersuchung zeigte, dass eine Exposition mit den Zytostatika Cyclophosphamid und Thiotepa altersabhängig zu ausgeprägten Zellschädigungen im Gehirn führt. Besonders ausgeprägte Zelluntergänge fanden sich im Cortex, den thalamischen Kerngebieten, und dem Hippocampus. Ultrastrukturell ließen sich bereits kurz nach der Applikation des Zytostatikums anschwellende Dendriten als Hinweis auf einen exzitotoxischen Zelltodmechanismus nachweisen. Im Gegensatz dazu zeigten sich bei Tieren mit längerer Lebensdauer nach Exposition gegenüber dem Zytostatikum typische ultrastrukturelle Veränderungen wie man sie bei apoptotischem Zelltod finden kann. Mit dieser Untersuchung konnte gezeigt werden, dass die neurotoxische Wirkung der Zytostatika Cyclophosphamid und Thiotepa eine exzitotoxische und eine apoptotische Komponente aufweist. / Survival rates for children with cancer have increased dramatically over the past few decades. The expanded use of older agents, the development of new chemotherapeutic agents, the introduction of high dose chemotherapy and stem cell transplantation regimen have had a major impact on this improvement. These positive results have also focused increased attention on post-therapeutic effects of anticancer drugs. To investigate whether common cytotoxic drugs cause neurotoxic effects in the developing rat brain the following alkylated agents were administered to 7-day-old rats: cyclophosphamide (200–600mg/kg IP) and thiotepa (15– 45mg/kg IP). The brains were analysed at 4 to 24 hours. Quantitation of brain damage was performed in De Olmos cupric silver-stained sections using the stereological dissector method. Furthermore electron microscopy on plastic sections, TUNEL staining and immunohistochemistry for activated caspase 3 and Fas receptor was performed. Statistical analysis was performed by means of Student´s t test or one-way analysis of variance with subsequent pairwise comparison (Scheffé-test). Cytotoxic drugs produced widespread lesions within cortex, thalamus, hippocampal dentate gyrus, and caudate nucleus in a dose-dependent fashion. Early histological analysis demonstrated dendritic swelling and relative preservation of axonal terminals, which are morphological features indicating excitotoxicity. After longer survival periods, degenerating neurons displayed morphological features consistent with active cell death. These results demonstrate that anticancer drugs are potent neurotoxins in vivo; they activate excitotoxic mechanisms but also trigger active neuronal death.