In 2020, cancer was the leading cause of death worldwide, accounting for nearly 10 million deaths. Lung cancer was the most common cancer, with 2.21 million cases per year in both sexes. This non-homogeneous disease is further subdivided into small cell lung cancer (SCLC, 15%) and non-small cell lung cancer (NSCLC, 85%). By 2023, the American Cancer Society estimates that NSCLC will account for 13% of all new cancer cases and 21% of all estimated cancer deaths. In recent years, the treatment of patients with NSCLC has improved with the development of new therapeutic interventions and the advent of targeted and personalised therapies. However, these advances have only marginally improved the five-year survival rate, which remains alarmingly low for patients with NSCLC. This observation highlights the importance of having more appropriate experimental and preclinical models to recapitulate, identify and test novel susceptibilities in NSCLC. In recent years, the Trp53fl/fl KRaslsl-G12D/wt mouse model developed by Tuveson, Jacks and Berns has been the main in vivo model used to study NSCLC. This model mimics ADC and SCC to a certain extent. However, it is limited in its ability to reflect the genetic complexity of NSCLC. In this work, we use CRISPR/Cas9 genome editing with targeted mutagenesis and gene deletions to recapitulate the conditional model. By comparing the Trp53fl/fl KRaslsl- G12D/wt with the CRISPR-mediated Trp53mut KRasG12D, we demonstrated that both showed no differences in histopathological features, morphology, and marker expression. Furthermore, next-generation sequencing revealed a very high similarity in their transcriptional profile. Adeno-associated virus-mediated tumour induction and the modular design of the viral vector allow us to introduce additional mutations in a timely manner. CRISPR-mediated mutation of commonly mutated tumour suppressors in NSCLC reliably recapitulated the phenotypes described in patients in the animal model. Lastly, the dual viral approach could induce the formation of lung tumours not only in constitutive Cas9 expressing animals, but also in wildtype animals. Thus, the implementation of CRISPR genome editing can rapidly advance the repertoire of in vivo models for NSCLC research. Furthermore, it can reduce the necessity of extensive breeding. / Krebs war mit fast 10 Millionen Todesfällen weltweit die häufigste Todesursache in 2020. Mit 2,21 Millionen Fällen pro Jahr in beiden Geschlechtern kombiniert war Lungenkrebs die häufigste Unterart. Auszeichnend für dieses Krankheit ist die hohe Komplexität und Heterogenität. Daher wird diese weiter in kleinzelligen Lungenkrebs (SCLC, 15 %) und nicht-kleinzelligen Lungenkrebs (NSCLC, 85 %) unterteilt. Die American Cancer Society schätzt, dass bis 2023 13 % aller neuen Krebsfälle und 21 % aller geschätzten Krebstodesfälle auf das nicht-kleinzellige Lungenkarzinom entfallen werden. In den letzten Jahren hat sich die Behandlung von Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkarzinom durch die Entwicklung neuer therapeutischer Maßnahmen und das Anwenden personalisierter Therapien verbessert. Allerdings haben diese Fortschritte die Fünfjahresüberlebensrate nur geringfügig verbessert, die für Patienten mit NSCLC nach wie vor alarmierend niedrig ist. Diese macht deutlich, wie wichtig es ist, über geeignetere experimentelle und präklinische Modelle zu verfügen, um neue Therapieansätze beim NSCLC zu rekapitulieren, zu identifizieren und zu testen. In der letzten Dekade war das von Tuveson, Jacks und Berns entwickelte Trp53fl/fl KRaslsl-G12D/wt-Mausmodell das wichtigste In-vivo-Modell zur Untersuchung von NSCLC. Dieses kann grundlegend das Krankheitsbild von NSCLC wiederspiegeln. Es ist jedoch nur begrenzt in der Lage, die genetische Komplexität von NSCLC im vollen Umfang zu refelktieren. In dieser Arbeit verwenden wir CRISPR/Cas9 Genome Editing mit gezielter Mutagenese und Gendeletionen, um das konditionale Modell zu rekapitulieren. Durch den Vergleich des Trp53fl/fl KRaslsl-G12D/wt mit dem CRISPR-vermittelten Trp53mut KRasG12D konnten wir zeigen, dass beide keine Unterschiede in Bezug auf histopathologische Merkmale, Morphologie und Markerexpression aufweisen. Darüber hinaus ergab die Analyse mittels Next Generation Sequencing 8Hochdruchsatz.Sequenzierung) eine sehr große Ähnlichkeit in ihrem Transkriptionsprofil. Die Adeno-assoziierte Virus-vermittelte Tumorinduktion und der modulare Aufbau des viralen Vektors ermöglichen es uns, zusätzliche Mutationen zeitnah einzuführen. Die CRISPR-vermittelte Mutation von häufig mutierten Tumorsuppressoren bei NSCLC rekapitulierte zuverlässig die bei Patienten beschriebenen Phänotypen im Tiermodell. Schließlich konnte der duale virale Ansatz die Bildung von Lungentumoren nicht nur in konstitutiv Cas9 exprimierenden Tieren, sondern auch in Wildtyp-Tieren induzieren. Somit kann die Anwendung von CRISPR-Genome Editing das Repertoire an In-vivo- Modellen für die NSCLC-Forschung rasch erweitern. Darüber hinaus kann es die Notwendigkeit umfangreicher Züchtungen verringern.

Angesichts der nach wie vor hohen Mortalität und Morbidität des Bronchialkarzinoms ist die Entwicklung geeigneter Methoden zur früheren Diagnostik eine wichtige Notwendigkeit, um die geringe durchschnittliche 5-Jahres-Überlebensrate von 15% – 18% zu steigern. Unter diesem Gesichtspunkt wurde in der vorliegenden Arbeit das Atemkondensat von Patienten mit Bronchialkarzinom als nicht-invasiv und kostengünstig zu gewinnendes Medium auf das Vorliegen eines potentiellen Screeningmarkers – dem methylierten Tumorsuppressor-Gen p16 – untersucht. Dazu wurde ein Versuchsablauf entwickelt, bei dem trotz des geringen DNA-Gehaltes im Atemkondensat p16-Methylierungen nachgewiesen werden konnten. Die letztendlich etablierte Methode war eine methylierungsspezifische nested-PCR mit anschließendem Restriktionsverdau durch das Restriktionsenzym BstUI. Des Weiteren erfolgte die Untersuchung von in Paraffin eingebetteten Tumorpräparaten der Patienten. In der anschließenden statistischen Auswertung wurde der Einfluss von verschiedenen Faktoren wie COPD-Grad, Tumorlage, Tumorart, Nikotinabusus und stattgehabte Chemo- oder Strahlentherapie auf den Methylierungsstatus des p16-Gens analysiert.

Seit Beginn der 90er Jahre wurden minimal-invasive Operationsmethoden zur Therapie des Bronchialkarzinoms eingeführt, ohne vorher sicherzustellen, daß sie hinsichtlich der onkologischen Sicherheit und Radikalität der konventionellen Operationsmethode ebenbürtig sind. Die vorliegende Arbeit hat daher die Entwicklung einer onkologisch adäquaten thorakoskopischen Lobektomie zur Aufgabe. Die dazu notwendige wissenschaftliche Evaluation erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wird der aktuelle operative Standard der konventionellen Chirurgie beim Bronchialkarzinom in der Literatur dargestellt. Auf dieser Grundlage wird die thorakoskopische Resektion inklusive Lymphadenektomie beim Bronchialkarzinom definiert. Dieser Standard dient als Vorlage für die Entwicklung der minimal-invasiven Chirurgie im Tier- und Leichenmodell. Im ersten Schritt der Phase I wird anhand tierexperimenteller Arbeiten untersucht, ob und unter welchen technischen Voraussetzungen eine thorakoskopische Lobektomie vollständig minimal-invasiv durchführbar ist. Mit den anschließenden chirurgisch-anatomischen Untersuchungen soll festgestellt werden, inwieweit die erarbeitete thorakoskopische Technik den onkologischen Prinzipien, insbesondere der Lymphadenektomie, Rechnung trägt. Diese Phase stellt die Grundvoraussetzung für eine weitere Evaluierung der erarbeiteten Ergebnisse in der Phase II dar. Die Erprobung der erarbeiteten Technik in der Klinik dient der Überprüfung auf Morbidität und Mortalität im Vergleich zur konventionellen Operationsmethode und der Übertragung in randomisierte Studien zum Nachweis relevanter Unterschiede im Frühverlauf (Phase IIIa) und Spätverlauf (Phase IIIb). / Since the beginning of the 1990's, minimal invasive surgery has expanded to include extensive thoracic operations, especially the lobectomy. Implementation of this procedure has been described in numerous publications, however the development occurred unsystematically. So the oncologic radicality and safety of both thoracoscopic lobectomy and lymph node dissection is a debated topic in the literature. Therefore, previous results could not prove that minimal invasive resections by bronchial carcinoma are equivalent to conventional surgical methods with respect to oncological security and radical resectability. For this reason thoracoscopic lobectomy with lymphadenectomy is investigated for radicality and completeness according to the recommendations for scientific evaluation. In a first step the criterias of an oncologic lung resection - lobectomy and lymphadenectomy - are established. This definition is the basis for the following phase I, the animal study and the experimental-anatomic study in a human cadaver model. The task of the animal study is to examine if a lobectomy could be done by thoracoscopic technique completely and on which conditions. Than an experimental-anatomic study in a cadaver model is done to control the extent of the radical thoracoscopic lobectomy with lymphadenectomy by a following thoracotomy. This study is essential for a phase II-trial, the application of the acquired thoracoscopic technique in a pilot study for examination of morbidity and mortality. The comparison of the thoracoscopic and the conventional lobectomy in the pilot study also served to evaluate potential advantages of the minimal-invasive method. These advantages are a strong argument in favour of the introduction of the thoracoscopic method in to the clinic for prospective-randomized trials (phase III a and III B).

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Die antiangioneogenetischen Effekte in-vitro und in-vivo in Kombination mit der selektiven Inhibition der TNFalpha Produktion durch Thalidomid läßt dieses Medikament als geeignete Therapie für Krankheitszustände erscheinen, bei denen die TNFalpha Toxizität eine pathogenetische Rolle spielt, die Immunität jedoch intakt bleiben muß. Ziel dieser Monographie waren Untersuchungen der Wirkungen von Thalidomid in vitro, in vivo und klinische Studien. In einer prospektiv-randomisierten, doppel-blind Studie an 70 Patienten mit kleinzelligem Bronchialkarzinom konnte die Verlängerung der Überlebenszeit durch die additive Therapie mit Thalidomid in Kombination mit einer Standardpolychemotherapie und Strahlentherapie nachgewiesen werden. Vor dem additiven Einsatz des Angioneogenesehemmers Thalidomid in der Chirurgie muß unbedingt sichergestellt sein, daß die Therapie mit Thalidomid nicht zu einer erhöhten postoperativen Morbidität und Letalität führt. Durch in-vitro Untersuchungen konnte eine Proliferationshemmung von Kaninchenendothelzellen durch metabolisiertes Thalidomid bewiesen werden. In einer randomisierten Studie an New Zealand White Kaninchen konnte gezeigt werden, daß die intraperitoneale Gabe von Thalidomid den Berstungsdruck von Kolonanastomosen im Kaninchenmodell im Vergleich zu einer Kontrollgruppe nicht erniedrigt. Darüberhinaus zeigte sich in diesem Tiermodell, daß die Rate an postoperativen Verwachsungen durch die intraperitoneale Gabe von Thalidomid signifikant vermindert wird. Das Medikament könnte eine Rolle in der additiven Therapie von Patienten mit einem kleinzelligen Bronchialkarzinom spielen. Darüberhinaus wird die Heilung von Kolonanastomosen nicht durch die intraperitoneale Gabe von Thalidomid negativ beeinflusst. Somit könnte ein Einsatz in der perioperativen Therapie bei der Resektion gastrointestinaler Karzinome in der Zukunft erwogen werden. / The proven antiangiogenic effects in vivo and in vitro in combination with a selective inhibition of the tnf alpha production seem to predestine thalidomide as an agens for diseases with a pathological elevated tnf alpha level. The theses of this monography were in vitro, in vivo and clinical effects of thalidomide. In a prospective randomized placebo controlled study on 70 patients with proven small cell lung cancer the additive treatment with oral thalidomide lead to a significant prolonged survival in combination with radio chemotherapy. Considering the treatment of thalidomide in combination with surgical therapy of patients it is essential to prove that this treatment does not lead to a higher postoperative morbidity of the patients. In an in vitro assay we could prove the antiproliferative effect of metabolized thalidomide in rabbit endothelial cells. We were than able to demonstrate that intraperitoneal administered thalidomide does not impair anastomotic healing of colonic anastomoses in a New Zealand white rabbit model compared to a control group. In addition to this significant less postoperative adhesions were found in the thalidomide group. In conclusion did the additive treatment with thalidomide in patients with small cell lung cancer lead to a prolonged survival. The antiangiogenic treatment with thalidomide in a perioperative setting does not impair the healing of colonic anastomoses in a rabbit model and may be possible in patients undergoing gastrointestinal resections in the future.

Unter den bösartigen Tumoren hat das Bronchialkarzinom wohl die dramatischste Entwicklung genommen. Die Inzidenz und Mortalität ist in den letzten 15-20 Jahren bei Männern zwar leicht rückläufig, für Frauen ist jedoch ein entgegen gesetzter Trend zu erkennen. Dies wird in erster Linie auf die veränderten Lebensgewohnheiten, wie steigender Zigarettengenuss unter den Frauen, zurückgeführt. Derzeit gibt es in Deutschland circa 20 Millionen Raucher, von denen etwa 140˙000 jährlich an den Folgen ihres Inhalationsrauchens versterben...

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