Thesis (doctoral)--München, 1982.

Nürnberg, Univ., Diss--Erlangen, 2003. / Beitr. teilw. dt., teilw. engl. Enth. 6 Sonderabdr. aus verschiedenen Zeitschr.

Regensburg, Univ., Diss., 2008

Ulm, Univ., Diss., 2005.

Frankfurt (Main), Univ., Diss., 2009

Thesis (doctoral)--München, 1982.

Hintergrund: Akute Nierenschädigung (AKI) nach einem herzchirurgischen Eingriff unter Einsatz der Herz-Lungenmaschine ist eine häufige und schwerwiegende Komplikation und erhöht die Morbidität und Mortalität. NGAL (Neutrophiles Gelatine-assoziiertes Lipocalin) und Hämoxygenase-1 (HO-1) sind renale Biomarker mit protektiver Wirkung. Ziel der Studie war, um den Zusammenhang zwischen NGAL und HO-1 und der Inzidenz von AKI nach Herzoperationen zu untersuchen. Patienten und Methode: In dieser prospektiven Kohortenstudie wurden 150 erwachsene herzchirurgische Patienten untersucht. HO-1- und NGAL-Messungen wurden mittels ELISA durchgeführt. In uni- und multivariaten Analysen wurde der Zusammenhang zwischen Biomarkern und AKI untersucht. Ergebnisse: Insgesamt 35 Patienten (23,5%) entwickelten AKI in den ersten 48 postoperativen Stunden. Die Konzentrationen von NGAL und HO-1 waren bei ICU-Ankunft im Vergleich zum Ausgangswert höher (p<0.001 für NGAL bzw. HO-1). Bei Patienten, die AKI entwickelten, wurde 24 Stunden nach der Operation ein zusätzlicher Anstieg der Serum-HO-1-Konzentration beobachtet, während bei Patienten, die später keine AKI entwickelten, die Serum-HO-1-Konzentrationen abnahmen (AKI: 12.75 [8.69-34-35] vs. keine AKI: 8.30 [4.13-15.60] ng/ml, p=0.031). In der multivariaten Analyse wurde eine unabhängige Beziehung der Serum-HO-1-Konzentration 24 Stunden nach der Operation mit der Entwicklung einer AKI innerhalb 48 Stunden postoperativ gefunden (p=0.043, OR 1.053, 95% CI: 1.002-1.007). Zusammenfassung: Die Kinetik der HO-1-Serumkonzentrationen nach einer Herzoperation und der Zusammenhang der HO-1-Konzentration mit der Entwicklung von AKI liefert neue Informationen über die potenzielle Nützlichkeit von HO-1 als Biomarker. / Background: Acute kidney injury (AKI) is a serious complication after cardiac surgery that is associated with increased mortality and morbidity. Neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL) and heme oxygenase-1 (HO-1) are renal biomarkers with protective, anti-inflammatory properties. The aim of the study was to evaluate the association between NGAL and HO-1 and the incidence of AKI after cardiac surgery. Patients and methods: In the present study, we used data from a prospective cohort study of 150 adult cardiac surgical patients. HO-1 and NGAL measurements were performed by ELISA. In univariate and multivariate analyses, the association between biomarkers and AKI was investigated. Results: In total, 35 patients (23,5%) developed AKI during the first 48 hours after surgery. NGAL and HO-1 levels were higher at ICU arrival as compared to baseline (P<0.001 for NGAL and HO-1). NGAL levels were significantly higher in patients who developed AKI within 48 hours (960 [614–1,262] pg/mL vs 600 [461–783] pg/mL, P<0.001), while HO-1 levels did not differ (P=0.88) at this time point. In patients developing AKI, an additional increase of serum HO-1 levels 24 hours after surgery was observed, whereas in patients who subsequently did not develop AKI, serum HO-1 levels decreased (AKI: 12.75 [8.69–34.35] ng/mL vs no AKI: 8.30 [4.13–15.60] ng/mL, P=0.031). We found an independent relationship of serum HO-1 levels 24 hours after surgery with the development of AKI (P=0.043, OR 1.053, 95% CI: 1.002–1.107). Conclusion: The association of the second HO-1 burst 24 hours after CBP might help to distinguish between the causality of AKI in patients undergoing CBP, thus helping to adapt patient stratification and management.

In spite of the progress made in deciphering regulatory networks of cancer cells on the molecular level, the interaction of tumour cells with their stroma has not been adequately analyzed. Earlier, we have addressed the hypothesis that the murine embryonic microenvironment can induce the differentiation of human tumour cells. To examine such interactions, human leukaemic AML cells were injected into pre-implantation murine blastocysts at embryonic day 3.5 of gestation. Analysis of developing mice revealed the presence of human AML cells in chimaeric embryos and adults and the appearance of haematopoietic differentiation markers on progeny of injected human AML cells. This finding strengthens the notion that the embryonic microenvironment is capable of regulating the proliferation and differentiation of leukaemic AML cells. Based on these results, I embarked to analyse the consequences of stromal environment-induced changes in human AML cells upon in vitro coculture with selected haematopoietic stromal cell lines in terms of changes in differentiation and proliferation properties of AML cells. For this purpose, established human AML cell lines were cocultured on a variety of mitotically inactivated stromal cell lines derived from different murine embryonic/foetal haematopoietic sites such as yolk sac, aorta-gonad-mesonephros (AGM) region and foetal liver. To score for coculture-induced changes, I compared the morphology, histo-chemical properties, immunophenotype, proliferation rate, and gene expression profile in cocultured and non-cocultured AML cells. Results show that, upon coculture of Kasumi-1 cells- a cell line established from a FAB class M2 patient - with AGM-derived DAS 104-4, but not with other stromal cell lines, Kasumi-1 AML cells exibit decreased proliferation and colony formation capabilities and acquire differentiated morphologies. Along this line, coculturing of Kasumi-1 cells resulted in the up-regulation of the myelo-monocytic lineage cell surface markers CD11b and CD14. Coculture also resulted in increase in lysosomal marker CD68, a hallmark of myeloid differentiation. Interestingly, apart from cell lines, coculture on DAS 104-4 stroma was also efficient in inducing myeloid differentiation of patient derived primary M2-AML cells. Moreover, cocultivation of KG-1 cell line on DAS 104-4 showed activation of &#61538;-globin transcription and up-regulation of Glycophorin A on its surface, which indicate DAS 104-4 coculture-induced erythroid differentiation of KG-1 cells. Analysis of the proliferation rate of Kasumi-1 cells using the CFSE retention assay revealed that upon cocultivation on DAS 104-4, but not on NIH 3T3 cells, there is a decrease both in the proliferation rate and in the frequency of colony forming cells in clonogenic methyl cellulose cultures. Cell cycle analysis revealed the coculture-induced accumulation of G1-G0 stage cells. Gene-expression analysis by quantitative RT-PCR revealed a substantial decrease in the amount of AML1 and AML1-ETO fusion transcripts in parallel with an increase in p16, p21, C/EBP&#61537; and PU.1 transcription levels. Interestingly, AML1-ETO transcription down-regulation of AML cells needs direct contact with DAS 104-4 cells. Knocking down AML1-ETO expression by siRNA strategy led to reduction in proliferation and depletion of colony forming cells in Kasumi1 cell population. siRNA-mediated AML1-ETO knock-down Kasumi-1 cells showed increased susceptibility to stroma-induced myeloid differentiation. However, on its own, AML1-ETO down-regulation was not sufficient to induce myeloid differentiation. This indicates that AML1-ETO down-regulation may have an active role on the coculture-induced effect but in addition to AML1-ETO down-regulation, further stimuli are required for the coculture-induced myeloid differentiation in the AML cells. In summary, in the present study I established and characterised a coculture-based in vitro system, which is capable of reducing the proliferation while inducing differentiation of human AML cells. The concept emerging from the studies indicates that the stroma environment can affect leukaemic cell proliferation and differentiation in contact-dependent and CD44 activation-independent manner. Furthermore, this study emphasizes the role of AML1-ETO in AML and indicates that AML1-ETO down-regulation is involved in the stroma-induced differentiation of Kasumi-1 cells. The result described here encourages further investigation into the mechanistic details of molecular and cellular interactions between the leukaemic cells and their stroma, which in turn may lead to the identification of new paradigms for a knowledge-based control and reprogramming of leukaemic cells. / Neuere Erkenntnisse in der Tumorforschung belegen, dass die Mikroumgebung neben anderen Faktoren eine bedeutende Komponente im komplexen regulatorischen Netzwerk von Tumorzellen darstellt. Doch obwohl in den letzten Jahren große Fortschritte hinsichtlich des molekularen Verständnisses der Tumorzell-Regulation gemacht wurden, wurden die Interaktionen zwischen Tumor- und Stromazellen bislang nur unzureichend analysiert. In früheren Untersuchungen stellten wir die Hypothese auf, dass die murine embryonale Mikroumgebung humane Tumorzellen zur Differenzierung anregen kann. Um diese Wechselwirkungen zu untersuchen, wurden humane AML-Zellen in murine Blastozysten injiziert und diese in scheinträchtige Ammentiere implantiert. Humane Zellen konnten sowohl in den sich entwickelnden Embryonen als auch in daraus hervorgegangenen adulten Tieren nachgewiesen werden. Außerdem exprimierten die Nachkommen der injizierten AML-Zellen hämatopoetische Differenzierungsmarker. Diese Beobachtungen unterstützen die Hypothese, dass die embryonale Mikroumgebung in der Lage ist, die Proliferation und Differenzierung humaner Leukämiezellen zu beeinflussen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen habe ich damit begonnen, die Stroma-vermittelten Veränderungen in humanen AML-Zellen hinsichtlich ihres Proliferations- und Differenzierungsverhaltens in einem in vitro Kokultur-System zu untersuchen. Hierzu wurden etablierte humane AML-Zelllinien mit verschiedenen murinen Stromazelllinien kokultiviert, die embryonalen hämatopoetisch aktiven Geweben (Dottersack, Aorta-Gonaden-Mesonephros-Region, foetale Leber) entstammen. Anschließend wurden verschiedene Parameter, wie Morphology, Histochemie, Immunphänotyp, Proliferationsrate und Expression bestimmter Gene, kokultivierter und nicht kokultivierter AML-Zellen verglichen. Die Ergebnisse zeigen für Kasumi-1 Zellen, eine etablierte humane Leukämie-Zelllinie vom AML FAB-Typ M2, dass die Kokultur mit DAS 104-4, einer murinen Sromazelllinie, die der AGM-Region entstammt, eine Reduzierung der Proliferations- und Koloniebildungs-Fähigkeit hervorruft und sich die Morphologie der AML-Zellen in Richtung eines differenzierteren Zelltyps ändert. Übereinstimmend damit können nach Kokultur die myelo-monozytären Differenzierungsmarker CD11b und CD14 auf der Oberfläche der Kasumi-1-Zellen nachgewiesen werden. Die Kokultur führte ebenfalls zu einer Zunahme des lysosomalen Markers CD68, der ebenfalls eine myeloide Differenzierung kennzeichnet. Bemerkenswert ist, dass DAS 104-4 Stromazellen in der Lage sind, myeloide Differenzierung auch in primären M2-AML-Zellen aus einem leukämischen Patienten zu induzieren. Außerdem wurde in KG-1 AML Zellen nach Kokultur mit DAS 104-4 eine Aktivierung der &#61538;-Globin-Transkription und eine verstärkte Glycophorin-A-Expression beobachtet, was auf eine Differenzierung der KG-1-Zellen in Richtung erythroide Linie hindeutet. Untersuchungen zur Proliferationsfähigkeit von Kasumi-1-Zellen mittels CFSE-Retentions-Messungen ergaben, dass nach Kokultur mit DAS 104-4 - nicht aber mit NIH 3T3-Kontrollzellen - die Zellteilungsrate vermindert ist. Gleiches gilt für die Koloniebildungs-Kapazität in Methylzellulose-Kulturen. Zellzyklus-Analysen zeigen eine kokulturinduzierte Akkumulation der AML-Zellen im G1-G0 Stadium. Genexpressionsanalysen mit Hilfe quantitativer RT-PCR verweisen auf eine deutlich herabgesetzte Transkription von AML1 und dem AML1-ETO-Fusionsgen, verbunden mit einem Anstieg der p16-, p21-, C/EBP&#61537;&#61485; und PU.1-Transkription. Interessanterweise ist die Abnahme von AML1-ETO Transkripten abhängig vom direkten Zellkontakt zwischen AML- und DAS 104-4-Zellen. Wird die AML1-ETO-Expression nach Einsatz spezifischer siRNA herunter reguliert, führt dies zu einer verminderten Proliferation und zur Depletion koloniebildender Zellen innerhalb der Kasumi-1-Population. Außerdem bewirkt der siRNA-vermittelte knockdown von AML1-ETO eine höhere Empfänglichkeit der Kasumi-1-Zellen für die Stroma-induzierte myeloide Differenzierung. Die Verringerung von AML1-ETO Transkripten allein hat allerdings keinen differenzierenden Effekt. Diese Beobachtungen sprechen dafür, dass AML1-ETO zwar aktiv an der kokultur-vermittelten Reaktion beteiligt ist, dass aber zusätzliche Stimuli nötig sind, um myeloide Differenzierung in den AML-Zellen auszulösen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass in der vorliegenden Arbeit ein Kokultur-basiertes in vitro System entwickelt und charakterisiert wurde, das in der Lage ist, die Proliferationsfähigkeit von humanen AML-Zellen zu senken und ihre Differenzierung in die myeloide Linie zu induzieren. Aus den dargestellten Ergebnissen lässt sich schließen, dass das umgebende embryonale Stroma die Proliferation und Differenzierung leukämischer Zellen beeinflussen kann. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind abhängig vom direkten Kontakt zwischen Stroma- und AML-Zellen. Eine CD44-Aktivierung konnte nicht beobachtet werden. Weiterhin liefert die vorliegende Arbeit Hinweise darauf, dass die Verminderung der AML1-ETO-Transkription ein bedeutendes, jedoch nicht das allein auslösende, Ereignis der stroma-induzierten Differenzierung von Kasumi-1-Zellen darstellt. Die hier beschriebenen Resultate regen zu weiterführenden Untersuchungen an, die Aufschluss über zelluläre und molekulare Details der Interaktionen zwischen Leukämischen und Stromazellen geben sollen. Neue Erkenntnisse über die beteiligten Mechanismen könnten den Ansatz bieten, der es erlaubt, leukämische Zellen aktiv zu kontrollieren und zu reprogrammieren.

Die akute lymphatische Leukämie ist die häufigste maligne Erkrankung im Kindesalter. Trotz systematischer Erhebung und Auswertung von Daten im Rahmen der ALL-BFM-Studiengruppe und der damit verbundenen kontinuierlichen Verbesserung der Prognose hat man noch immer keine Ursache für eine ALL gefunden. Daher nimmt eine umfangreiche Risikostratifizierung eine zentrale Rolle in der Behandlungsplanung einer ALL ein. Basierend auf einer exakten Stratifizierung kann die Therapie risikoadaptiert und individualisiert werden, um eine Übertherapie zu vermeiden und letztlich die Heilungschancen zu verbessern. Pro- und antiinflammatorische Zytokine kommt in den komplexen Wirkungsmechanismen des Immunsystems eine Schlüsselrolle zu. Viele Infektions-, Auto-immun- oder Tumorerkrankungen werden durch das Produktionsprofil der Zyto-kine beeinflusst. Da genetisch determinierte Zytokingenpolymorphismen Krank-heitsverläufe beeinflussen und verändern, wurde untersucht, ob Zytokine einen Einfluss auf pädiatrische Patienten mit einer ALL haben. Im Zuge dieser Arbeit wurden 95 pädiatrische Patienten mit ALL auf Polymorphismen der Zytokine TNF-α, TGF-β1, IL-10, IL-6 und IFN-γ analysiert, die im Zeitraum vom 21.06.2004 bis zum 30.04.2014 an der Kinderklinik des Universitätsklinikums Würzburg behandelt wurden. Mittels DNA-Extraktion, sequenz-spezifischer PCR und Gelelektropherese wurden 35 Proben bei Erstdiagnose und 93 zum Zeitpunkt der Remission mit folgender zentralen Fragestellung untersucht: Gibt es genetische Risikofaktoren, die Einfluss auf • die Risikogruppe • die Art der Leukämie • die Genfrequenz • die Rezidivrate und • das Gesamtüberleben einer akuten lymphatische Leukämie im Kindesalter haben und sich zudem durch Einzelnukleotidpolymorphismen in pro- und antiinflammatorischen Zytokinen auszeichnen? Im Rahmen dieser Studie konnte festgestellt werden, dass das immunsuppressive Zytokin IL-10 einen Einfluss auf die Genfrequenz, die Risikogruppe, die Rezidivrate sowie die Prognose bei Kindern mit ALL hat. Patienten mit niedrigen Zytokinexpressionsraten (Genotypen ACC/ACC und ACC/ATA) wurden häufiger in der Hochrisikogruppe therapiert, hatten mehr Rezidive und eine schlechtere Prognose als Patienten mit hohen Zytokinexpressionsraten. Dar-über hinaus ist der Genotyp GCC/ACC signifikant häufiger bei ALL-Patienten anzutreffen als im gesunden Kollektiv. Beim immunsuppressiven IL-6 konnte festgestellt werden, dass der Genotyp C/C signifikant häufiger bei Patienten mit einer ALL auftritt als bei gesunden Patienten. Ferner zeigte sich, dass es so-wohl für IL-6 als auch für TNF-α eine Änderung des Genotyps zwischen Erstdiagnose und in Remission auftrat, die Hinweise auf einen blastenspezifischen „immune-escape“-Mechanismus geben. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass das immunmodulatorische Zytokin TGF-β1 einen Einfluss auf die Risikogruppe sowie die Rezidivrate hat. Patienten, die eine T/T Kombination am Codon 10 aufwiesen wurden häufiger im Hochrisikozweig therapiert als Patienten mit den Genotypen T/C oder C/C. Des Weiteren wurde demonstriert, dass Patienten mit einem C/C an Codon 25 häufiger an Rezidiven erkrankten als Patienten mit ei-nem G/C oder G/G. Für die TH1 Zytokine IFN-γ sowie TNF-α wurde kein Zusammenhang zwischen der Genfrequenz, der Risikogruppe, der Art der Leukämie, der Rezidivrate oder dem Gesamtüberleben gefunden. Auch wenn man bisher noch nicht genau weiß, wie Zytokingenpolymorphismen Einfluss auf pädiatrische ALL nehmen, wird anhand dieser Arbeit gezeigt, dass Zytokine einen Beitrag zur Pathogenese der ALL leisten und daher zukünftig für eine umfassendere Risikostratifizierung geeignet sind. Darüber hinaus können diese Ergebnisse dazu beitragen, dass Zytokine als biologische Marker etabliert werden, um eine weniger toxische immunmodulierende bzw. -suppressive Therapie zu gewährleisten. Dies führt dazu, dass eine Therapie anhand des Risikoprofils individuell und prognoseverbessernd abgestimmt werden kann. Je-doch wäre für eine nachfolgende Untersuchung eine größere multizentrische Stichprobe sowie eine prospektive Evaluation der Daten erstrebenswert. Gera-de bei hereditären Erkrankungen haben einzelne Gene nur einen geringen Einfluss auf das Gesamtrisiko, sodass größere Fallzahlen erforderlich wären, um auch schwache Effekte zu detektieren. / Acute lymphoblastic leukaemia (ALL) is the most common malignant disease in childhood. Although survival rates in paediatric patients with ALL have greatly improved since effective drug combinations and risk-adapted therapy protocols were introduced, possible causes for ALL are yet to be determined. The incomplete information on the pathogenesis of ALL heightens the need for extensive risk stratification in order to develop and improve treatment methods. Exact stratification helps to continuously improve and develop risk-adapted and individual therapy approaches to minimise over- or under-treatment. Based on the empirical finding that cytokines play a decisive role in immune responses and that many autoimmune and malignant diseases are influenced by cytokine production, this study hypothesized that genetically determined cy-tokine gene polymorphisms might have an impact on children with ALL. 95 pediatric ALL patients were examined between June 2004 and April 2013 at the Children’s Hospital of the University of Würzburg with regard to cytokine gene polymorphisms in TNF-α, TGF-β1, IL-10, IL-6 and IFN-γ. Applying DNA extraction, sequence-specific PCR and gel electrophoresis, 35 samples at initial diagnosis and 93 samples in remission were obtained in order to find an answer to the following question: Are there any genetic risk factors, which influence the • risk group • type of leukaemia • gene frequency • relapse rate • overall survival with acute lymphoblastic leukaemia in childhood? Within the scope of this study the immunosuppressive IL-10 has an influence on gene frequency, risk group, relapse rate and overall survival. IL-10 high-producer-haplotypes were reduced in ALL-patients compared with healthy controls and resulted in a reduced relapse rate, a superior overall survival and resulted more often in the low risk group compared with IL-10 low producer haplotypes. By analysing immunosuppressive IL-6, it was demonstrated, that the genotype C/C is significantly more frequent in ALL-patients in comparison to healthy patients. Interestingly, with regard to IL-6 as well as to TNF-α genotypes a change in the genotype from initial diagnosis to remission was found in some patients, which may indicate a blast specific immune-escape mechanism. Moreover, the immune-modulatory cytokine TGF-β1 has an influence on risk group and relapse rate. Patients with a C/C in Codon 10 suffered more often from relapses than patients with G/C or G/G. TGF-β1 high producer haplotypes were correlated with a high initial blast-count (Codon 25 G/G) and were elevated in high-risk ALL-patients (Codon 10 T/T). For the TH1 cytokines IFN-γ and TNF-α no correlation between frequencies, risk group, type of leukaemia, re-lapse rate or overall survival could be found. Even though the mechanisms by which the cytokine polymorphisms influence the outcome of paediatric ALL remain to be determined, the data of the present study suggest an important contribution of cytokines to the pathogenesis of ALL and demonstrate their potential applicability in the clinical evaluation of prognosis in paediatric patients. Confirmatory studies correlating cytokine alleles with disease markers will support the concept of cytokine-mediated immune surveil-lance in humans as well as the importance of the genetic background of the patient for strong anti-tumour immunity and responses to therapy. These data can finally help to establish biomarkers for therapy stratification as well as immune-therapeutic tools in childhood ALL for a more risk-adapted therapy, in order to adapt the therapy intensity. However, for further studies an increase in sample size and a prospective multicentre evaluation would be desirable. Especially in hereditary diseases, single genes have only a small influence on the overall risk. That is why it is crucial to have a sufficiently high number of cases to detect even small effects.

Jedes Jahr erkranken in Deutschland circa 1800 Kinder erstmalig an Krebs. Die akute lymphoblastische Leukämie ist dabei mit knapp einem Drittel die häufigste maligne Erkrankung im Kindesalter, Non-Hodgkin-Lymphome tragen mit 7 % und das Hodgkin-Lymphom mit 5 % bei. Die Prognose der genannten Erkrankungen bei Kindern und Jugendlichen ist sehr gut. Jedoch ist die Therapie intensiv und langwierig. Speziell bei Kindern spielen Spätschäden eine große Rolle, da diese natürlicherweise viel häufiger erlebt werden als von Erwachsenen. Eine dieser langfristigen Komplikationen ist die Entwicklung von Osteonekrosen. Da Schmerzen und Einschränkungen in der Mobilität die Folge sind, ist es wichtig, diese Komplikation besonders zu beachten. Die genaue Ursache der Entstehung von Osteonekrosen ist allerdings bislang unklar. Die vorliegende Arbeit soll durch statistische Auswertung klinischer Patientendaten und Laborparameter, sowie Analyse von Zytokingenpolymorphismen dazu beitragen, Risikofaktoren für die Entwicklung von Osteonekrosen besser abschätzen zu können. / This dissertation contributes to assess the risk of developing osteonecrosis with therapy for ALL and lymphomas. The aim was to evaluate patient data, data from the laboratory and polymorphisms in cytokin genes with the question if these data could be risk factors for developing osteonecrosis. At the end a statistical analysis was performed. The results showed that the cytokin gene polymorphism of interleukin 6 has a signifikant influence of developing osteonecrosis with therapy for ALL and lymphomas in children and teenagers