Das Pankreaskarzinom hat bei steigender Inzidenz eine äußerst schlechte Prognose und ist häufig bei Diagnosestellung nicht mehr kurativ operabel. Die laserinduzierte Thermotherapie (LITT) gewann in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung als ein minimal invasives Verfahren zur perkutanen Ablation von parenchymatösen Tumoren. Dabei ist die Magnetresonanztomographie (MRT) eine Methode, mit der eine präzise Prozesskontrolle der Thermoablation und eine suffiziente Erfolgskontrolle zur Verfügung stehen. Ziel der vorliegenden Studie war es, im Tierexperiment die Anwendung der LITT zur Ablation von Pankreasgewebe am Schwein zu erproben, sowie die Möglichkeiten der MRT als Online-Monitoringverfahren mit Hilfe einer histopathologischen Korrelation zu untersuchen. Dazu wurde an 15 Läuferschweinen das Pankreas einer perkutanen laserinduzierten Thermotherapie mit einer Leistung von 5, 10 und 20 Watt sowie zwei mal 5 Watt in Multiapplikatortechnik unter MRT Prozesskontrolle unterzogen. Anschließend wurde das Pankreasgewebe histologische aufgearbeitet und die magnetresonanztomographisch detektierten Läsionen histopathologisch korreliert. Das Auftreten einer schwerwiegenden Komplikation wie einer generalisierten Pankreatitis, Peritonitis oder Blutung wurde nicht beobachtet. Die durchgeführten Korrelationsanalysen zeigen eine hohe Übereinstimmung zwischen magnetresonanztomographisch dokumentiertem Thermoeffekt und histopathologisch verifizierter thermisch induzierter Nekrose. Interessanterweise wurden bei Anwendung von zwei Lasern niedriger Leistung in Multiapplikatortechnik, im Vergleich zur Anwendung von einem Laser mit höherer Leistung, größere Nekrosen induziert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die LITT ein geeignetes und sicheres minimalinvasives Verfahren zur Ablation von Pankreasparenchym unter MRT-Monitoring ist. Weiterführende Untersuchungen zur Durchführbarkeit und Ermittlung der Genauigkeit der MRT als Monitoringverfahren sind erforderlich. / Pancreatic carcinoma has an increasing incidence and a poor prognosis. Frequently at diagnosis pancreatic tumors are surgically unresectable. Laser-induced thermotherapy has become an area of considerable interest during the past few years as a minimally invasive method for percutanous ablation of parenchymatous tumors. With magnetic resonance imaging (MRI) an accurate process control of thermocoagulation and a sufficient control of performance are possible. Control of carcinoma growth of is still a problem. Therefore the aim of this study was to investigate the application of laser induced thermotherapy for ablation of pancreas in a porcine model and the possibility of MRI as an online-monitoring with histopathologic correlation. Laser applicators with energy of 5, 10, 20 and two lasers of 5 watt were placed in the pancreas of 15 female pigs. After sacrifice a pathological examination was performed and histological lesions were correlated with magnetic resonance detected lesions. No serious adverse event like generalized pancreatitis, peritonitis or bleeding was observed. Correlation analysis showed a high correspondence between magnetic resonance documented thermoeffects and histopathologic verified lesions. Thermally induced lesions were best visualised on contrast-enhanced T1-weighted images. Interestingly application of two lasers with each 5 watt, greater lesions were generated than on application of one laser with higher energy. Over a period of 7 days increasing inhomogeneity and contraction of lesions were observed. Our results show that laser-induced thermotherapy of pancreatic tissue was feasible in this porcine model, and online monitoring was practicable. Further studies are necessary to increase the accuracy of online MR imaging of thermal effects.

Im Vergleich zu anderen Krebsentitäten, konnten Patienten mit PDAC bisher kaum von Therapieerfolgen der Präzisionsmedizin profitieren. Um diese Problematik zu adressieren, habe ich eine umfassende molekularbiologische Studie durchgeführt, um prädiktive Biomarker zu identifizieren und die Risikostratifizierung der Patienten zu verfeinern. Mittels gen-spezifischer Sequenzierung und gezielter RNA-Expressionsanalyse wurden 293 R0-resezierte Patienten aus einer multizentrischen Phase-III-Studie untersucht. Ziel der klinischen Studie war der Vergleich von adjuvanter Chemotherapie mit Gemcitabin entweder mit oder ohne Zusatz von Erlotinib. Für meine Arbeit wurden die Patientenproben unter Verwendung einer nicht-negativen Matrixfaktorisierung (NMF) basierend auf ihren Einzelnukleotidvarianten (SNV) und ihren Kopienzahlveränderungen (CNA) gruppiert und auf klinische und molekularbiologische Unterschiede untersucht. Um die biologischen Hintergründe der identifizierten genetischen Besonderheiten zu verstehen, wurden anschließend Zelllinien genetisch modifiziert und in vitro modelliert. Es wurden 1086 SNVs und 4157 CNAs identifiziert. Dabei wiesen 99% aller Patienten mindestens eine genetische Veränderung auf, mit durchschnittlich 18 Aberrationen pro Patient. In Übereinstimmung mit früheren Berichten waren KRAS, TP53, CDKN2A und SMAD4 die am häufigsten betroffenen Gene. Alterationen in diesen Genen konnten in 63-93 % der Fälle nachgewiesen werden. Basierend darauf konnte ich fünf Patientengruppen identifizieren die sich in ihren biologischen Charakteristika unterscheiden und Angriffspunkte für gezielte Therapien bieten. Mittels NMF wurden zudem SMAD4alt MAPK9low als prognostische Biomarker für Erlotinib identifiziert. Anschließende in vitro Experimente zeigten, dass dies nicht auf eine Erhöhung der Erlotinib-Zelltoxizität zurückzuführen ist. Zuletzt definiere ich einen prognostischen Score der genutzt werden kann um das Überleben von R0-resizierten PDAC Patienten abzuschätzen. / In contrast to other cancer entities, PDAC patients have not benefited from recent improvements in precision medicine. To address this gap, I embarked on a comprehensive molecular study to identify predictive biomarkers and refine risk stratification. I performed targeted sequencing and targeted RNA expression analysis of 293 R0-resected patients from a multicenter phase III trial comparing adjuvant chemotherapy of gemcitabine with or without erlotinib. Patients were clustered using non-negative matrix factorization (NMF) based on their single nucleotide variant (SNV) and copy number alteration (CNA) statuses. Overall (OS) and disease-free survival (DFS) were analysed with the multivariate cox hazard and log rank tests. Finally, using a method based on CRISPR/Cas, findings from the patient cohort where modeled in vitro to assess their biological backgrounds. A total of 1,086 SNVs and 4,157 CNAs were found with at least one genetic alteration in 99% of all patients, and an average of 18 aberrations per patient. In line with previous reports, KRAS, TP53, CDKN2A, and SMAD4 were the most frequently affected genes, detected in 63–93 % of cases. In this thesis, I identified five biologically distinct patient subgroups with different actionable lesions that may serve for refined PDAC classification and tailored treatment approaches. NMF based clustering and subsequent differential expression analysis revealed SMAD4alt (SNV and/or CAN in SMAD4) MAPK9low (MAPK9 expression below median) as prognostic erlotinib biomarker. Modeling of SMAD4alt MAPK9low status in vitro showed that the effect is not based on increased erlotinib toxicity. Finally, I proposed a genetic risk score for prognostic evaluation of newly diagnosed R0-resected PDAC patients.

Lokale Invasion und Ausbreitung von Tumorzellen entlang von Nerven und Gefäßen limitieren den Erfolg kurativer Therapien von Patienten mit Pankreaskarzinom (PDAC). Der axon guidance Faktor Slit2 und seine Robo-Rezeptoren steuern die Navigation von Nerven und Gefäßen sowie die Motilität von Epithelzellen. Sie stellen somit attraktive Regulatoren der klinisch bedeutsamen Ausbreitungswege des PDAC dar. Zielsetzung der vorgelegten Arbeit war die Charakterisierung der Expression von Slit2 im PDAC und seiner Funktion für Tumorwachstum und -ausbreitung. Quantitative Analysen belegten eine deutliche Reduktion der Slit2 mRNA Expression in humanen PDAC Proben im Vergleich zu gesundem Gewebe. Zudem korrelierten Slit2 mRNA-Werte unterhalb des Medians mit einer höheren Inzidenz lymphatischer Metastasierung und einem gesteigerten Prozentsatz befallener Lymphknoten. Die Slit2-Rezeptoren Robo1 und 4 wiesen hingegen vergleichbare Immunreaktivität im Tumor und gesundem Gewebe auf, wobei eine differentielle Lokalisation in Epithelien, Nerven und Gefäßen zu beobachten war. Die Re-Expression von Slit2 in Slit2-defizienten Zelllinien führte zu einer Hemmung der gerichteten Migration und Invasion. Der Robo1-Rezeptor knockdown hingegen stimulierte die Motilität von Tumorzellen mit endogener Slit2 Expression. Slit2-konditioniertes Medium aus Tumorzellen hemmte die Lamellipodienbildung und die Migration von Endothelzellen. In orthotopen humanen Xenograft-Modellen und einem murinen, syngenen Tumormodell reduzierte die Re-Expression von Slit2 in PDAC Zellen Tumorwachstum, Invasion, Metastasierung und Angiogenese. Zudem verminderte die Induktion von Slit2 in PDAC Zellen deren gerichtete Migration entlang aussprießender Neuriten in einem ex vivo Model. Die vorliegenden Daten weisen Slit2 die Funktion eines Tumorsuppressors im duktalen Pankreaskarzinom zu. Ein Verlust der Slit2-Robo Aktivität könnte somit Metastasierung und neuronale Invasion fördern und einen aggressiveren Phänotyp begünstigen. / Early dissemination of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) via vascular routes and neural invasion limits curative therapy, suggesting a central role for the interaction of tumor cells with blood vessels and nerves in the tumor stroma. Slit2 and its Robo receptors constitute a system of guidance cues that function in axon guidance, angiogenesis and epithelial morphogenesis, respectively. Here, we studied the expression of Slit2 in PDAC and its function for tumor growth and dissemination. Slit2 mRNA expression was reduced in specimens of human PDAC as compared to non-transformed pancreas and low Slit2 mRNA expression correlated with a higher incidence and a higher extent of lymphatic metastasis. In contrast, the Slit2 receptors Robo1 and Robo4 were uniformly present in clinical samples of PDAC and healthy pancreas and displayed differential localization on epithelial tumor cells, nerves and tumor vasculature. Stable or inducible re-expression of Slit2 in Slit2-deficient PDAC cell lines inhibited directed migration and invasion. Conversely, Robo1-knockdown stimulated the motility of PDAC cells with endogenous Slit2 expression. Tumor cell derived Slit2, furthermore, suppressed lamellipodia formation and migration of primary endothelial cells. In vivo studies in orthotopic human xenograft and mouse syngeneic pancreatic cancer models revealed that re-expression of Slit2 in PDAC cells inhibited tumor growth, invasion, metastasis and angiogenesis. In addition, induction of Slit2 in PDAC cells impaired the unidirectional migration along outgrowing neurites in ex vivo co-cultures of tumor cells and dorsal root ganglia. These data provide evidence for a functional role of Slit2 as a tumor suppressor in human PDAC. A loss of Slit2-Robo activity as observed in human PDAC samples, might consequently promote metastasis and neural invasion and favors a more aggressive phenotype.