In der vorliegenden Arbeit wurde ein onkolytisches Vaccinia-Virus unter Ausnutzung seiner Eigenschaft als Vektorsystem mit dem Designer-Zytokin Hyper-IL-6 ausgestattet (GLV 1h90). Bei Hyper IL 6 handelt es sich um ein Fusionsprotein bestehend aus humanem Interleukin-6 und der Liganden-Bindungsdomäne des löslichen Interleukin-6-Rezeptors, welche kovalent über einen flexiblen Linker miteinander verbunden sind. Dieses chimäre Designer-Zytokin erlaubt die Untersuchung von IL-6-Effekten, welche über das IL-6-Trans-Signaling vermittelt werden. Daraus ergibt sich einerseits eine beträchtliche Erweiterung des Wirkspektrums und darüber hinaus weist Hyper-IL-6 sowohl in vitro als auch in vivo eine 100-1000fach verstärkte biologische Aktivität auf. Aufgrund der Tatsache, dass Hyper-IL-6, neben seiner Tumor-inhibierenden Wirkung, eine Vielzahl weiterer Effekte zugeschrieben wird, wurde in dieser Arbeit durch die Kombination des Designer-Zytokins mit einem onkolytischen Vaccinia-Virus nicht nur additive Effekte auf die Tumorregression, sondern darüber hinaus auch mögliche systemisch-vermittelte Hyper-IL-6-Effekte untersucht. Nach intravenöser Injektion von GLV-1h90 in DU-145-Tumor-tragende Mäuse konnte neben der intratumoralen Replikation des Virus und der Expression des Markerproteins Ruc-GFP zusätzlich die Expression des integrierten Designer-Zytokins Hyper-IL-6 im Tumor nachgewiesen werden. Von entscheidender Bedeutung war der zusätzliche Nachweis des Designer-Zytokins in Serum-Proben von GLV-1h90-injizierten Mäusen. Nach einer aktiven Hyper-IL-6-Sekretion von infizierten Tumorzellen, bildet der Transport in die Blutbahn die Voraussetzung für systemisch-vermittelte Hyper-IL-6-Effekte. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob sich durch die Überexpression von Hyper-IL-6 im Tumor, zusätzlich zu den onkolytischen Eigenschaften des Vaccinia-Virus, additive anti-Tumor-Effekte ergeben. Eine systemische Injektion von GLV 1h90 bzw. GLV 1h68 in DU-145-Tumor-tragende Mäuse führte zu einer signifikanten Reduktion des Tumorvolumens im Vergleich zu PBS-injizierten Mäusen. Neben Effekten, welche mit Entzündungsprozessen assoziiert sind, wie eine Rotfärbung der Haut, eine signifikanten Vergrößerung der Leber sowie eine massive Stimulation der Akute-Phase-Antwort in der Leber, konnte in GLV-1h90-injizierten Mäusen ein verbesserter Gesundheitszustand auf der Basis einer signifikanten Gewichtszunahme, verbunden mit einer beschleunigten Wundheilung Virus-induzierter Schwanzläsionen, beobachtet werden. Darüber hinaus konnte für Hyper-IL-6 eine Stimulierung der Megakaryopoese im Knochenmark nachgewiesen werden, welche zu einer signifikanten Erhöhung der Thrombozyten-Zahl im Blutkreislauf von GLV-1h90-injizierten Mäusen führte. Es ist von entscheidender Bedeutung anzumerken, dass alle beobachteten systemischen Hyper-IL-6-Effekte eine zeitliche Limitierung aufwiesen, welche sich höchstwahrscheinlich auf die Virus-bedingte Zerstörung Hyper IL 6-produzierender Tumorzellen zurückführen lässt. Dies impliziert zudem, dass eventuelle Komplikationen, welche durch die Überexpression des Designer-Zytokins hervorgerufen werden können, ebenfalls selbstlimitierend sind. Es konnte bereits mehrfach gezeigt werden, dass eine Kombinationstherapie aus onkolytischen Viren und Chemotherapie über synergistische Effekte zu einer signifikant verbesserten Tumorregression führt. Allerdings kommt es in Folge einer Chemotherapie oft zu einer Vielzahl von gefährlichen Nebenwirkungen, da alle schnell proliferierenden Zellen des Körpers betroffen sind. Thrombozytopenie ist eine der am häufigsten vorkommenden Nebenwirkung und beschreibt eine massive Reduktion der Thrombozyten-Zahl im Blut. Im Hinblick auf eine mögliche klinische Anwendung von GLV 1h90 wurde deshalb untersucht, ob in einer Kombinationstherapie mit Mitomycin C, neben einer Verstärkung der therapeutischen Effekte des Virus, basierend auf den beobachteten Hyper-IL-6-Effekten, zusätzlich der Gesundheitszustand der behandelten Mäuse verbessert werden kann. Die Experimente belegen, dass eine Kombination onkolytischer Vaccinia-Virus-Konstrukte mit Mitomycin C zu einer signifikant verbesserten Tumorregression im Vergleich zu den jeweiligen Monotherapien führt. Von bedeutender Relevanz war die Beobachtung, dass in einer Kombinationstherapie von Mitomycin C und GLV-1h90, im Gegensatz zu GLV-1h68, eine signifikante zeitliche Verkürzung der auftretenden Thrombozytopenie erreicht wird. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass eine systemische Injektion von GLV-1h90 zu einer funktionellen Expression des Designer-Zytokins Hyper-IL-6 führte, welches in der Lage ist eine erfolgreiche Kombinationstherapie aus einem onkolytischen Vaccinia-Virus und dem Chemotherapeutikum Mitomycin C durch eine Reduktion der Nebenwirkungen zusätzlich zu optimieren. / In this thesis, an oncolytic vaccinia virus was armed with the designer cytokine Hyper-IL-6 by recombinant integration (GLV-1h90), exploiting its features as a vector system. Hyper IL-6 is composed of human interleukin-6 (IL-6) and the cytokine-binding domain of its soluble receptor sIL-6R which are bond covalently by a flexible peptide linker. Hyper-IL-6 is a multifunctional cytokine which exhibits not only anti-tumor activity, but also a variety of other effects. For this reason, the combination of the designer cytokine and an oncolytic vaccinia virus was used to study possible improvements regarding tumor regression and more importantly additional systemically mediated Hyper IL-6 effects. In addition to intratumoral replication and visualization of the marker gene ruc-gfp, intratumoral expression of the inserted designer cytokine Hyper-IL-6 could be detected after systemic administration of GLV-1h90 into DU-145-tumor-bearing mice. Of special interest was the presence of hyper-IL-6 in blood serum samples of GLV-1h90-injected mice. Following active hyper-IL-6 secretion of infected tumor cells, the transport into the blood circulation is essential for its ability to induce signal transduction pathways outside the tumor. IL-6 is a pro-inflammatory cytokine which is postulated to exhibit both, tumor promoting as well as tumor inhibiting effects. However, growth or proliferation inhibition of tumors could only be observed after addition of soluble IL-6 receptor and is consequently associated with the IL 6-trans-signaling pathway. Therefore, the thesis deals with the question of whether overexpression of hyper-IL-6 can further enhance the pre-existing oncolytic effects of vaccinia virus. Systemic administration of either GLV-1h90 or GLV-1h68 led to significant tumor regression compared to PBS-treated mice. Comparison of the two viral constructs demonstrated a slightly increased oncolytic activity of GLV-1h90. However, further studies have to clarify to which extend this improvement is resulting from an intratumoral overexpression of hyper IL 6. Following the detection of hyper-IL-6 in the blood circulation as a consequence of GLV 1h90-mediated overexpression in the tumor, functionality of the designer cytokine was analyzed regarding systemically mediated effects. Besides effects which can be associated with inflammatory processes, such as red skin, significant enlargement of the liver as well as enormous stimulation of the acute-phase-response, GLV-1h90-injected mice showed improved healthiness. Health status was assessed by significant gain in body weight associated with accelerated epithelial barrier repair of virus-induced tail lesions. Moreover, it could be demonstrated that Hyper-IL-6 stimulates megakaryopoiesis in the bone marrow, which in turn leads to significantly elevated levels of blood platelets in GLV-1h90-injected mice. It is particularly important to note that all observed systemic Hyper-IL-6 effects occurred only temporarily, which could be explained by virus-mediated oncolysis, reducing the amount of viable Hyper-IL-6 producing tumor cells. The results also implicate that potential complications associated with the overexpression of the designer cytokine can be self-limiting due to the destruction of the virus replication site. Recently, we and others demonstrated that the combination of oncolytic virotherapy and chemotherapy could lead to synergistic interactions that ultimately result in enhanced tumor regression. On the other hand, chemotherapy is often associated with serious side effects, since all fast proliferating cells are affected. Among the most frequently observed adverse effects is thrombocytopenia, which is characterized by a massive reduction of blood platelets. With regard to a possible clinical application of GLV 1h90, combination therapy of the hyper IL 6 encoding vaccinia-virus strain and the chemotherapeutic agent mitomycin C was investigated. Besides therapeutic effects of the virus, the issue was addressed, whether the health status of mice can be improved based on the observed hyper-IL-6 effects. Experimental results clearly demonstrated that combination therapy of mitomycin C and oncolytic vaccinia viruses led to a significantly improved DU-145 tumor regression compared to the respective monotherapies. Of particular importance was the finding that as compared to GLV-1h68, a combination of GLV-1h90 and mitomycin C reduced the time interval during which treated mice suffered from thrombocytopenia significantly. Taken together, this thesis revealed that systemic injection of GLV-1h90 leads to functional expression of the designer cytokine hyper-IL-6, which is able to further optimize the already effective combination therapy of the oncolytic virus GLV-1h90 and the chemotherapeutic agent mitomycin C by reducing of serious adverse effects.

Die hypertherme Chemoperfusion der Bauchhöhle (HIPEC) in Kombination mit einer vorangestellten, ausgedehnten, zytoreduktiven chirurgischen Therapie stellt eine vielversprechende Methode der Krebsbehandlung für Patienten dar, die an einer Peritonealkarzinose auf dem Boden gastroenterologischer oder gynäkologischer Primärtumore erkrankt sind. Da bislang wenige Standards bezüglich der angewendeten klinischen Bedingungen im Rahmen der HIPEC existieren und um jene zu optimieren, wurden ex vivo und in vitro Untersuchungen mit Tumorzellen durchgeführt. Ziel dieser Experimente war die Identifizierung von zellulären Schutzmechanismen in Reaktion auf Hyperthermie als externen Stressor sowie deren Auswirkung auf prognostisch relevante tumorphysiologische Vorgänge wie Zellproliferation und Apoptose. Um die zellulären Vorgänge während einer HIPEC-Therapie vollends zu verstehen, müssen die beiden einflussnehmenden Größen Hyperthermie und Zytostase getrennt voneinander untersucht werden, um die therapeutischen Konsequenzen zu verbessern und gezielte Pharmaka einsetzen zu können. In Voruntersuchungen konnten an repräsentativen Tumorgeweben im Vergleich vor und nach HIPEC deutliche Veränderungen der Expression von onkologisch relevanten Heat Shock Proteinen HSP27, HSP70 und HSP90 dargestellt werden. Diese Veränderungen zeigten sich in dieser Form erstmalig entitätsübergreifend sowohl auf mRNA-Ebene in der real time quantitativen Polymerase-Kettenreaktion als auch in der Proteinexpression in Western Blot Analysen. Auf Basis dieser Beobachtungen wurden in einem neu etablierten Hyperthermie in vitro Modell humane HT-29 Kolonkarzinomzellen unter HIPEC-ähnlichen Bedingungen für 60 min verschiedenen Temperaturen ausgesetzt. Nach Regenerationszeiten von 30 min bzw. 12 h wurden anschließend Protein- und Genexpressionsanalysen mit Hilfe von Western Blot, Immunhistochemie und RT-qPCR durchgeführt. Veränderungen im Tumorwachstum wurden 30 min sowie 12 h nach der Hyperthermieeinwirkung mittels MTS- und AnnexinV-Apoptose-Tests detektiert. Ziel des in vitro Modells war die isolierte Betrachtung des Einflusses von Hyperthermie auf die zellulären Reparaturmechanismen vermittelt durch HSP sowie deren Auswirkung auf Zellproliferation und Apoptose. Der isolierte Einfluss der Hyperthermie auf die humanen HT-29 Kolonkarzinomzellen verursachte eine kurzfristige Hochregulierung der Gen- und Proteinexpression von HSP27 und HSP72, auch HSP90 zeigte sich kurzfristig erhöht, wenngleich in geringerem Ausmaße. Bereits nach 12 h war eine Schwächung der Hochregulierung bei allen drei HSP zu beobachten, lediglich HSP27 zeigte nach wie vor eine deutliche Expressionssteigerung mit Erhöhung der einwirkenden Temperaturen. Der für die Tumortherapie essenzielle Apoptose-induzierende und antiproliferative Effekt auf die Tumorzellen war nach kurzer und längerfristiger Zellregeneration in einem Temperaturfenster von 39-41 °C zu beobachten. Assoziiert man die Ergebnisse der unterschiedlichen HSP-Expressionen mit den Proliferations- und Apoptoseraten der Tumorzellen, so liegt die Schlussfolgerung nahe, dass bei hohen Temperaturen (43 °C) die Initiierung der intrazellulären Zellschutzmechanismen, repräsentiert durch die HSP, für eine erhebliche Abschwächung der gewünschten Tumorzellapoptose und Proliferationsminimierung verantwortlich sein könnten. Die eigenständigen Effekte einer Hyperthermie in der Malignomtherapie wie die Zytotoxizität, Veränderungen im Tumormikromilieu und die steigende Sensibilität der Tumorzellen auf chemotherapeutische Agenzien sollten folglich hinsichtlich der zielorientierten therapeutischen Betrachtung streng von den Mechanismen des induzierten Zellschutzes separiert werden. Die vorliegenden Ergebnisse zeigten ausgeprägte Heat Shock Protein-Antworten in der Tumorzelle, die gewünschte antiproliferative und apoptotische Effekte beeinträchtigen und Tumorzellschutzmechanismen induzieren könnten. Ferner legen die Ergebnisse nahe, dass die Effekte der HIPEC-Therapie unter Umständen in Bezug auf die Höhe der Temperatur der induzierten Hyperthermie bei den Patienten mit Peritonealkarzinose aufgrund der relevanten HSP-Überexpression gegebenenfalls einer Reevaluierung bedürfen. Der nächste Schritt der Untersuchungen führt zwangsläufig zum Einbezug verschiedener Chemotherapeutika in die in vitro Experimente, um die Rolle der Chemotherapie und Zytostase in Kombination mit der Hyperthermie zu klären. Die im Rahmen dieser Arbeit beschriebenen Ergebnisse stellen erstmalig eine klinisch potentiell hochrelevante Ergänzung zur Optimierung der vorhandenen HIPEC-Protokolle vor. Sowohl die Temperaturanpassung des applizierten Chemotherapeutikums als auch der additive Einsatz von HSP-Inhibitoren könnte einen vielversprechenden Ansatz zur langfristigen Verbesserung des tumorbedingten Überlebens für Peritonealkarzinose-Patienten bedeuten und sollte Gegenstand weiterführender Untersuchungen in Zellkultur, Mausmodell und klinischen Studien darstellen. / Hyperthermic intraperitoneal chemoperfusion (HIPEC) after previous cytoreductive peritonectomy represents a promising approach for cancer therapy in patients with peritoneal carcinomatosis arising from primary gastrointestinal or gynecological malignancies. Given that the evidence of standardization for the HIPEC procedure is scarce, we performed ex vivo and in vitro analyses using tumor cells. Aim of these experiments was the identification of cell mechanisms to protect the tumor from external stressors, such as hyperthermia, and to depict the impact on prognostically relevant mechanisms such as proliferation and apoptosis. To understand these cellular events during HIPEC and to improve therapeutic consequences by implementing targeting drugs, both influencing factors hyperthermia and cytostasis have to be evaluated separately. In preliminary analyses, evaluating protein expression in representative biopsies before and after HIPEC, we demonstrated distinct changes in oncologically relevant heat shock proteins HSP27, HSP70, and HSP90. These changes were observed for different tumor entities on both mRNA and protein level using real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR) and western blotting, respectively. Against the backdrop of these observations, we established a hyperthermia in vitro model to create HIPEC-like conditions and to expose human HT-29 colon cancer cells to different temperatures for 60 minutes. Following a regeneration interval of 30 minutes or 12 hours at 37°C, we performed gene and protein expression analyses by using RT-qPCR, western blotting, and immunocytochemistry. Changes in tumor cell growth after hyperthermia and both regeneration intervals were detected by using an MTS proliferation assay and the Annexin V affinity assay. Aim of the hyperthermia in vitro model was the evaluation of a heat shock protein-mediated effect on cellular repair mechanisms in response to hyperthermic stress and to depict its impact on cell proliferation and apoptosis. The isolated hyperthermic effect induced a short-term upregulation of HSP27 and HSP70 gene and protein expression in human HT-29 colon cancer cells. Similar results were seen for HSP90. Of note, the intensity of upregulation was lower. Just after 12 hours, a certain mitigation of upregulation was observed in all heat shock proteins. However, a certain upregulation was still seen for HSP27 with increasing temperatures. The carcinogenic anti-proliferative and apoptosis-inducing effect on tumor cells was maximized at temperatures between 39 and 41°C, both after 30 minutes and 12 hours regeneration. The association of heat shock protein upregulation with tumor cell proliferation and apoptosis suggests that high temperatures (43°C) may induce cell repair mechanisms, which ensure a significant impairment of favored tumor cell apoptosis and anti-proliferative effects. Consequently, isolated hyperthermic effects in cancer therapy, such as cytotoxicity, alterations of the tumor microenvironment, and an increased chemosensitivity may be strictly distinguished from mechanisms of hyperthermia-induced cell repair. Our results show distinct heat shock protein responses in the tumor cell, which may interfere with favored anti-proliferative and apoptosis-inducing effects by triggering cellular repair and protection. Furthermore, our results suggest a thorough reconsideration of the applied temperature during HIPEC in patients with peritoneal carcinomatosis, given a relevant heat shock protein upregulation at highest temperatures. Future research necessarily should include cytotoxic agents into the in vitro experiments to evaluate the role of the combined hyperthermia and chemotherapy effect. In conclusion, our findings illustrate a clinically relevant addition towards the optimization of existing HIPEC protocols. Altering target temperature levels and the additional administration of heat shock protein inhibitors may both represent promising approaches to improve oncological outcomes in patients with peritoneal carcinomatosis and may be subject of further research by employing cell culture experiments, animal models, and clinical studies.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Mikrokernbildung in Mundschleimhautzellen von 35 Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren während einer sechswöchigen Radio-/Radiochemotherapie und sechs Wochen danach darzustellen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigten, dass Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren im Vergleich zu gesunden Probanden erhöhte Mikrokernraten aufwiesen. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass es zu einer vermehrten Bildung von Mikrokernen während einer sechswöchigen Radio-/Radiochemotherapie kam. Nach Therapiebeendigung sanken die Werte nach drei bis sechs Wochen und lagen unter dem Ausgangswert, in dem Bereich von spontan entstehenden Mikrokernen. In Bezug auf die Tumorgröße konnte nur in der zweiten Woche ein signifikanter Unterschied in der Mikrokernrate zwischen T1- und T4-Stadium beobachtet werden. Es konnte keine Korrelation zwischen einer zusätzlich verabreichten Chemotherapie, Grading des Tumors, Alter sowie Geschlecht der Patienten und einem Anstieg der Mikrokernrate festgestellt werden. / In the present Study, normal tissue buccal mucosa cells from 35 patients with head and neck cancer were analyzed for formation of micronuclei during a 6-week radio-/radiochemotherapy and 6 weeks afterwards. The results showed that patients with head and neck cancer had increased micronucleus rates compared to healthy test persons. It could also be observed that there was an increased formation of micronuclei during a 6-week radio-/radiochemotherapy. After the end of therapy, the values decreased after three to six weeks. The tumor size showed in the second week a significant difference in the micronucleus rate between T1 and T4 stage. Age, gender, and tumor stage did not have an influence on the micronuclei formation kinetics.

Untersucht wurde der Einfluss mehrerer Chemotherapeutika auf den Chemokinrezeptor CXCR4 in Myelomzelllinien auf Ebene des Promotors, der mRNA und der Rezeptorverteilung, wobei drei Substanzen (Etoposid, Bortezomib und Dexamethason) als potenzielle Suppressoren des Promotors ausgemacht werden konnten. Abhängig vom Myelom-Zelltyp und der Dosierung können so evtl. Rückschlüsse auf die beobachtete Suppression von CXCR4 bei erkrankten Patienten mit hoher CXCR4-Aktivität (hier: Malignes Myelom) durch die begleitende Chemotherapie gezogen werden, welche eine Diagnostik und Therapie bei diesen Patienten erschwert. Hintergrund: Hintergrund für diese Arbeit waren Beobachtungen in klinischen Fallstudien von Lapa et al. am Universitätsklinikum Würzburg, die sich auf CXCR4 bezogen, welches u.a. bei Patienten mit Multiplem Myelom überexprimiert wird und dadurch bereits als Target für Diagnostik und Therapie in der Klinik Anwendung findet. Dabei konnte bei PET-CT Untersuchungen in der Nuklearmedizin beobachtet werden, dass es durch die begleitende Chemotherapie der Patienten zu einer Suppression des markierten CXCR4-Signals kam, so dass es nicht mehr zur Verlaufsbeobachtung und vor allem nicht mehr zur Radiotherapie und Therapiekontrolle verwendet werden konnte. Um den Einfluss und mögliche Interaktionen der Chemotherapeutika auf CXCR4 zu untersuchen, war es Ziel dieser Arbeit, ein vergleichbares Szenario in-vitro nachzustellen und Einflüsse messbar zu machen, um so mögliche Ansätze und Verbesserungsvorschläge für die klinische Anwendung zu liefern. Methoden/Ergebnisse: Hierfür wurden im ersten Teil INA-6 (Myelomzellen) und Mesenchymale Stammzellen (MSC) kultiviert, in Ko-Kultur gebracht und nach einer bestimmten Zeit wieder getrennt, um anschließend den gegenseitigen Einfluss in Bezug auf CXCR4 zu messen. Zudem wurde der Einfluss von Dexamethason untersucht. Es zeigte sich eine enge Bindung zwischen INA-6 und MSC sowie eine hohe CXCR4-Aktivität bei INA-6, jedoch konnte keine Induktion der CXCR4-Aktivität in MSC durch INA-6-Kontakt oder Dexamethason quantifiziert werden. Die Immunzytologie erwies sich aufgrund einer schweren Anfärbbarkeit von CXCR4 – auch mit verschiedensten Antikörpern und sogar Liganden-gekoppeltem Farbstoff– als kaum auswertbar, wobei eine Darstellung von CXCR4 generell aber gelang. Der CXCR4-Promotor wurde mittels Software genauer analysiert, wobei einige relevante Bindestellen, u.a. für Glukokortikoide und NFkB gefunden wurden. Die Herstellung eines CXCR4- pGl4.14-Promotor-Konstrukts war erfolgreich, ebenso dessen Einschleusung in Myelomzellen. Auch gelang die Herstellung stabiler transfizierter INA-6, sodass mit diesen anschließend konstantere Ergebnisse erzielt werden konnten. Im größten Teil der Arbeit wurden geeignete Chemotherapeutika-Konzentrationen ermittelt und in Viabilitäts- und Apoptose-Versuchen überprüft. Die Stimulationsversuche mit diesen zeigten variable Effekte abhängig vom Zelltyp (INA-6, MM1S), jedoch konnten Bortezomib, Etoposid und Dexamethason konzentrationsabhängig als starke Suppressoren der CXCR4-Aktivität ausgemacht werden, was sich v.a. auf Ebene der Promotoraktivität – gemessen mittels Luciferase - zeigte. Interpretation: In-vitro konnten somit drei potenzielle Suppressoren der CXCR4-Aktivität ausgemacht werden: Etoposid, Bortezomib und Dexamethason. Zumindest beim INA-6-Zelltyp fiel dieser Effekt deutlich aus, wobei in der Klinik der entsprechende Zelltyp sowie die Dosierung der Medikamente berücksichtigt werden müssen. Hinzu kommen weitere Einflussfaktoren des menschlichen Körpers, die nicht berücksichtig werden konnten. Die genauen Mechanismen der Suppression könnten sich aus den Bindestellen des Promotors erklären, die von uns analysiert wurden, aber auf die in weiteren Arbeiten noch näher eingegangen werden muss. / The influence of several chemotherapeutic agents on the chemokine receptor CXCR4 in myeloma cell lines at the level of the promoter, the mRNA and the receptor distribution was examined, whereby three substances (etoposide, bortezomib and dexamethasone) could be identified as potential suppressors of the promoter. Depending on the cell type and the dosage, conclusions can be drawn about the observed suppression of CXCR4 in patients with diseases with high CXCR4 activity (here: multiple myeloma) due to the accompanying chemotherapy, which impairs theranostic applications like diagnostic imaging using PET/CT and may in particular abolish the chances of radiotherapeutic intervention in these patients. Background: The background for this work were observations in clinical case studies by Lapa et al. at the University Hospital Würzburg, which referred to CXCR4, which is overexpressed in patients with multiple myeloma and is therefore already used as a target for diagnostics and therapy in the clinic. During PET-CT examinations in nuclear medicine, it could be observed that the accompanying chemotherapy of the patients led to a suppression of the marked CXCR4 signal, which is why it could no longer be used for monitoring the follow-up, but also was lost as a radiotherapeutic target. In order to investigate the influence and possible interactions of chemotherapeutic agents on CXCR4, the aim of this work was to simulate a comparable scenario in vitro and to make influences measurable in order to provide possible approaches and suggestions for improvement for clinical application. Methods/Conclusions: For this purpose, INA-6 (myeloma cells) and mesenchymal stem cells (MSC) were cultivated in the first part, brought into co-culture and separated again after a certain time in order to then measure the mutual influence with regard to CXCR4 expression. The influence of dexamethasone was also examined. There were intensive contacts between INA-6 and MSC and high CXCR4 activity in INA-6, but no induction of CXCR4 activity in MSC by INA-6 or dexamethasone could be quantified. The immunocytology turned out to be difficult due to the difficulty of staining CXCR4 - even with a wide variety of antibodies and ligand-coupled dyes - although CXCR4 was generally able to be represented. The CXCR4 promoter was analyzed in more detail using the Genomatix software, and some relevant binding sites, including response elements for glucocorticoids and NFkB, were found. The production of a CXCR4-pGl4.14 luciferase-reporter construct was successful, as was its introduction into myeloma cells. The production of stably transfected INA-6 was also successful, so that more constant results could then be achieved. In a large part of the work, suitable chemotherapeutic concentrations were determined and checked in viability and apoptosis tests. The stimulation experiments with these showed variable effects depending on the cell type (INA-6, MM1S). However, depending on the concentration, bortezomib, etoposide and dexamethasone could be identified as strong suppressors of CXCR4 activity, which was particularly evident at the level of activity of our luciferase-reporter construct. Interpretation: Overall, three potential suppressors of CXCR4 activity could be identified in-vitro: etoposide, bortezomib and dexamethasone. At least with the INA-6 cell type, this effect was clear, although the corresponding cell type and the dosage of the medication must be taken into account in the clinic. In addition, there may be other influencing factors of the human organism in vivo that could not be considered. The exact mechanisms of suppression could be explained by the binding sites of the promoter, which we analyzed, but which will have to be discussed in more detail in further work.

Die molekularen Parameter PSMA-TV und TL-PSMA im 68Ga-PSMA PET/CT leiten sich ab von MTV und TLG im FDG PET/CT. Mit der vorliegenden Arbeit wurden die Grenzen neuer Autosegmentierungsprogramme durch eine maximale Belastung mit großen Tumorvolumina von Patienten unter taxanbasierter Chemotherapie ausgelotet. Die Programme Syngo.via und FIJI kamen zu vergleichbaren Ergebnissen. Patienten mit einem Gleason Score von 8-10 zeigten unter Therapie eine signifikante Zunahme des PSMA-TV und TL-PSMA im Gegensatz zu Patienten mit Gleason Score 6-7b. Ein hoher PSA-Wert korrelierte zu allen Zeitpunkten signifikant mit einem hohen PSMA-TV und TL-PSMA, ebenso korrelierte ein steigender PSA-Wert signifikant mit steigenden Werten in PSMA-TV und TL-PSMA. Patienten mit einem biochemischen Progress und einem Progress nach modifiziertem PERCIST zeigten vor Therapie ein signifikant höheres PSMA-TV und TL-PSMA als Patienten ohne Progress und unter Therapie eine signifikante Zunahme des PSMA-TV und TL-PSMA im Vergleich zu Patienten ohne Progress. Eine Einteilung des Therapieansprechens aller Patienten in CR, PR, SD und PD nach PSMA-TV, TL-PSMA, PSA-Wert und modifiziertem PERCIST stimmte nicht in allen Patienten überein. Ein signifikant kürzeres Gesamtüberleben zeigten lediglich Patienten mit einem nach dem PSA-Wert definiertem Progress. Im praktischen Vergleich der beiden Programme benötigte Syngo.via für eine komplette Segmentierung signifikant mehr Zeit als FIJI, vor allem da der Wechsel von VOI zu VOI signifikant länger dauerte. Unabhängig vom Autosegmentierungsprogramm dauerte eine komplette Segmentierung länger, je größer das PSMA-TV und das TL-PSMA war, je mehr VOIs das Programm automatisch setzte und je mehr VOIs manuell gelöscht und neu gesetzt wurden. In der Gesamtschau bieten PSMA-TV und TL-PSMA in Kombination mit den sich schnell weiterentwickelnden Autosegmentierungs-Programmen die Möglichkeit, auch sehr hohe Tumorlasten des PCas objektiv und vergleichbar zu beschreiben. / The molecular parameters PSMA-TV and TL-PSMA in 68Ga-PSMA PET/CT are derived from MTV and TLG in FDG PET/CT. The present work explored the limits of new autosegmentation programs with large tumor volumes from patients receiving taxane-based chemotherapy. The programs Syngo.via and FIJI achieved comparable results. Patients with a Gleason score of 8-10 showed a significant increase in PSMA-TV and TL-PSMA during therapy in contrast to patients with Gleason scores 6-7b. A high PSA value was significantly correlated with a high PSMA-TV and TL-PSMA at all time points, and an increasing PSA value was also significantly correlated with increasing values in PSMA-TV and TL-PSMA. Patients with biochemical progression and progression according to modified PERCIST showed a significantly higher PSMA-TV and TL-PSMA before therapy than patients without progression and a significant increase in PSMA-TV and TL-PSMA during therapy compared to patients without progression. A classification of therapy response in all patients into CR, PR, SD and PD based on PSMA-TV, TL-PSMA, PSA value and modified PERCIST was not consistent in all patients. Only patients with progression defined by the PSA value showed a significantly shorter overall survival. In a practical comparison of the two programs, Syngo.via required significantly more time for complete segmentation than FIJI, especially since switching from VOI to VOI took significantly longer. Regardless of the auto-segmentation program, complete segmentation took longer as the PSMA-TV and TL-PSMA increased, and as the program automatically set more VOIs and more VOIs were manually deleted and reset. Overall, PSMA-TV and TL-PSMA in combination with the rapidly developing auto-segmentation programs offer the possibility of objectively and comparably describing even very high PCa tumor burdens.

Objective: Epithelioid sarcoma (ES) presents unique clinical features in comparison to other sarcoma subtypes. Data regarding the benefits of chemotherapy are very limited. Combination regimens using gemcitabine and docetaxel (Gem/Doce) have proven to be effective, especially in uterine and nonuterine leiomyosarcoma. Yet, there is no available data on the efficacy of Gem/Doce in ES. Methods: A retrospective analysis of the three participating institutions was performed. Twenty-eight patients with an ES diagnosis presented at one of the participating institutions between 1989 and 2012. Of this group, 17 patients received chemotherapy. Results: Patients’ median overall survival (OS) after the beginning of palliative chemotherapy was 21 months, and the 1-year OS was 87%. Twelve patients received Gem/Doce with a clinical benefit rate of 83%. The median progression-free survival (PFS) was 8 months for all patients receiving Gem/Doce. The best response was complete remission in 1 patient and partial remission in 6 patients. All 6 patients receiving Gem/Doce as a first-line treatment showed measurable responses with a median PFS of 9 months. Conclusions: In this retrospective study, Gem/Doce was an effective chemotherapeutic regimen for ES. Prospective studies are needed to better assess the effects of this combination drug therapy.

In der vorliegenden Arbeit wurde der zelluläre Immunstatus von 17 Patienten mit Erstdiagnose eines soliden gastrointestinalen Tumors vor und nach intravenöser Applikation von drei Zyklen einer konventionellen Polychemotherapie untersucht. Verglichen wurde zu Beginn der Therapie mit einer Kontrollgruppe, bestehend aus 21 nicht onkologisch vorerkrankten Probanden. Zur Messung der individuellen T-Zellvermittelten Immunantwort auf Einzelzellebene wird auf die Methode des IFN-γ-ELISPOT-Assays zurückgegriffen. Die zentrale Frage war, ob die Applikation einer Polychemotherapie einen messbaren Effekt auf die Immunantwort des einzelnen Individuums hat. Zudem sollte untersucht werden, ob generelle Unterschiede zwischen Patienten mit einer unbehandelten Tumorerkrankung und gesunden Probanden bzw. allgemein internistisch erkrankten Patienten zu erkennen sind. In Zusammenschau der Ergebnisse sind trotz überwiegend unveränderter T-Zell-Antwort auf die meisten der eingesetzten Antigene einige statistisch signifikante Unterschiede festzuhalten. So zeigte die Gruppe der Tumorpatienten vor Applikation der Chemotherapie im Vergleich zur Kontrollgruppe eine signifikant erhöhte Spotintensität und einen höheren Stimulationsindex [A] in Bezug auf das Tuberkulose-Antigen CFP-10. Diese Veränderungen waren nach Applikation der Chemotherapie nicht mehr nachzuweisen. Des Weiteren ergaben sich bei den Tumorpatienten vor und nach Chemotherapie signifikante Veränderungen der T-Zell-Antwort bezüglich des Antigens Tetanus-Toxoid. Nach Applikation von 3 Zyklen Chemotherapie kam es zu einer Verminderung des Stimulationsindex [A]. Es wird daher die Vermutung nahe gelegt, dass sich gerade in Bezug auf bakterielle Infektionen die T-Zell-Antwort der Tumorpatienten signifikant ändert. Die klinische Relevanz müsste jedoch anhand gezielter Messung auf spezifische bakterielle Antigene in größer angelegten Studien überprüft werden.

Purpose: The five point Deauville (D) scale is widely used to assess interim PET metabolic response to chemotherapy in Hodgkin lymphoma (HL) patients. An International Validation Study reported good concordance among reviewers in ABVD treated advanced stage HL patients for the binary discrimination between score D1,2,3 and score D4,5. Inter-reader reliability of the whole scale is not well characterised. Methods: Five international expert readers scored 100 interim PET/CT scans from paediatric HL patients. Scans were acquired in 51 European hospitals after two courses of OEPA chemotherapy (according to the EuroNet-PHL-C1 study). Images were interpreted in direct comparison with staging PET/CTs. Results: The probability that two random readers concord on the five point D score of a random case is only 42% (global kappa = 0.24). Aggregating to a three point scale D1,2 vs. D3 vs. D4,5 improves concordance to 60% (kappa = 0.34). Concordance if one of two readers assigns a given score is 70% for score D1,2 only 36% for score D3 and 64% for D4,5. Concordance for the binary decisions D1,2 vs. D3,4,5 is 67% and 86% for D1,2,3 vs D4,5 (kappa = 0.36 resp. 0.56). If one reader assigns D1,2,3 concordance probability is 92%, but only 64% if D4,5 is called. Discrepancies occur mainly in mediastinum, neck and skeleton. Conclusion: Inter-reader reliability of the five point D-scale is poor in this interobserver analysis of paediatric patients who underwent OEPA. Inter-reader variability is maximal in cases assigned to D2 or D3. The binary distinction D1,2,3 versus D4,5 is the most reliable criterion for clinical decision making.

Gastrointestinale Lymphome des MALT sind heute als eigenständige Entität anerkannt. Sie zeichnen sich durch morphologische, molekularbiologische, ätiopathogenetische und biologische Besonderheiten aus, die sie von den nodalen Lymphomen abgrenzen lassen. Im Rahmen der Würzburger Multicenterstudie „Gastrointestinale Lymphome II“ soll die Frage geklärt werden, ob in den lokalisierten Stadien I und II primärer Magenlymphome unter Berücksichtigung der posttherapeutischen Lebensqualität der operativen oder einer primär konservativen Therapie (Chemo- oder Radiotherapie) Vorzug gegeben werden soll. Von 1998 bis 2002 wurden dazu 49 Patienten mit neu diagnostiziertem niedrig- (n=19) oder hochmalignen (n=30) NHL des Magens in die Studie eingeschlossen. Nach zentraler Randomisierung wurden die Patienten mit low grade NHL der Operation (n=10) oder der Radiotherapie (n=9) zugeteilt. Die Patienten mit high grade NHL erhielten Operation plus Chemotherapie (n=16) oder alleinige Chemotherapie (n=14). Das mediane follow up betrug 74 Monate. Sowohl das operative als auch das konservative Vorgehen zeigten bei beiden Lymphomhistologien überaus hohe Remissionsraten in den Stadien EI und EII (CR um 90%). Unterschiede zwischen den Behandlungsmethoden konnten, evtl. auch bedingt durch die kleinen Gruppengrößen, nicht nachgewiesen werden. Insgesamt verstarben sechs Patienten, die sich in etwa gleichmäßig auf die Gruppen verteilten. Die Auswertung der Fragebögen zur Lebensqualität ergab gemäß SF-36 durchaus hohe Werte zur posttherapeutischen Lebensqualität. Eine Differenzierung der Patienten nach Behandlungsmethode oder Malignitätsgrad (low, high grade) war nicht möglich. Der Lebensqualitätsindex nach Troidl ließ einen prä-post-therapeutischen Vergleich zu: Betrachtet man die Kombination von Therapie und Malignitätsgrad, so fallen konservativ therapierte Patienten (unabhängig vom Malignitätsgrad) durch deutlich ansteigende Lebensqualität auf. Es lässt sich festhalten, dass bei primär gastrointestinalen Lymphomen sowohl mit operativem als auch konservativem Vorgehen hohe Remissionsraten erzielt werden können. Jedoch sind im Hinblick auf Organerhalt und die höhere post-therapeutische Lebensqualität die primäre Radio- und/oder Chemotherapie dem operativen Vorgehen vorzuziehen. / Primary gastric MALT lymphomas have come to be considered as a separate tumor entity with specific histological and biological features. As part of the multicenter study „Gastrointestinale Lymphome II“ the question should be solved whether gastric MALT lymphomas in localized stage I and II should undergo either primary surgical or conservative (radio- or chemotherapy) treatment taking into consideration the post-therapeutic quality of life. From 1998 to 2002 49 patients with newly diagnosed low (n=19) and high grade (n=30) gastric lymphoma were enrolled in the multicenter study. After central randomisation patients with low grade NHL were referred to operation (n=10) or radiotherapy (n=9). Patients with high grade NHL underwent gastric surgery plus chemotherapy (n=16) or primary chemotherapy (n=14). The median follow up-time amounted to 74 months. Both surgical and conservative treatment showed very high remission rates in stage I and II (CR about 90%) for either lymphoma histology. Differences between the two therapy strategies could not be detected, possibly due to the small size of the groups. A total of six patients deceased, about evenly distributed among the both groups. The evaluation of the SF-36 qualitiy of life questionnaires proved quite a high post-therapeutic quality of life. It was not possible to differentiate between the patients with respect to either treatment or grade (low, high grade). According to the Troidl index the pre-post quality of life could be compared. Looking at the combination of therapy and grade conservatively treated patients (regardless of the grade) showed a considerably increasing quality of life. To sum up, it can be said that in primary gastric MALT lymphoma high remission rates can be achieved with both surgery and conservative therapy. But with regard to organ preservation and higher post-therapeutic quality of life primary radio- and/or chemotherapy should be preferred to surgical treatment.

Bei der Behandlung solider Tumoren spielen systemisch verabreichte Chemotherapeutika eine wich- tige Rolle. Allerdings akkumulieren diese Therapeutika besser in normalem Gewebe als in Tumoren. Als Ursache für diesen unzureichenden Transport von Medikamenten in den Tumor wurde bisher vor allem die dysfunktionale Tumorvaskulatur diskutiert. Diese befindet sich in einem chaotischen und unreifen Zustand ohne ausreichende Bedeckung der Gefäße mit stabilisierenden Perizyten. Aus dem Zustand der Vaskulatur resultierend erreichen Medikamente den Tumor nur in geringem Ausmaß und werden dort heterogen verteilt. Als Grund für den Zustand der Vaskulatur wur- de ein großer Überschuss an pro-angiogenetischen Faktoren im Tumor ausgemacht. Durch eine anti-angiogenetische Behandlung konnte in präklinischen Modellen für einen gewissen Zeitraum die Tumorvaskulatur „normalisiert“ werden. Dies zeichnete sich vor allem durch Veränderung von zwei wichtigen Parametern für die Medikamenteneinbringung aus: zum Einen kommt es zu einer Reduktion der Gefäßdichte. Zum Anderen zu einer Reifung der Blutgefäße. In einem Teil von Pati- enten scheint dabei der Effekt der Gefäßverbesserung zu überwiegen und es kann eine verbesserte Perfusion detektiert werden. Mutmaßlich führt dies auch zu einer verbesserten Einbringung von Therapeutika in den Tumor und so zu einer erhöhten Effizienz der Therapie. In einem weiteren Teil der Patienten scheint jedoch der Effekt der Gefäßreduktion zu überwiegen und die detektierte Perfusion im Tumor wird durch die Behandlung verringert. Das in dieser Arbeit verwendete MT6-Fibrosarkom-Modell reagierte auf eine anti-angiogenetische Therapie nicht mit einer sonst in murinen Modellen beobachteten Wachstumsreduktion. Die- se ermöglichte eine so bisher nicht mögliche Untersuchung der sekundären Effekte einer anti- angiogenetischen Therapie wie die Medikamenteneinbringung in den Tumor. Die Vaskulatur in MT6-Tumoren zeigte dabei nach einer anti-angiogenetischen Vorbehandlung, die erwarteten Merk-male einer „normalisierten“ Vaskulatur wie eine Reduktion der Gefäßdichte bei gleichzeitiger Rei- fung der verbleibenden Gefäße. Dies führte jedoch nicht zu einer verbesserten Effizienz einer subsequenten Chemotherapie. Durch Vergleich mit einem weiteren Tumor-Modell, dem 4T1-Modell für ein metastasierendes Mammakarzinom, konnten signifikante Unterschiede im Gefäßbild beider Modelle ausgeschlossen werden. Durch mikroskopische Methoden konnte dabei beobachtet werden, dass die Diffusion von Medikamenten aus den Blutgefäßen des MT6-Modells im Vergleich zum 4T1-Modell verringert war. Weitere Untersuchungen deuten auf eine Differenz in der Qualität der extrazellulären Matrix der verwendeten Tumor-Modelle. Durch mRNA-Expressionsanalysen konnte die Enzymfamilie der Lysyloxidasen als mögliche Ursache für diesen Diffusionsunterschied identi- fiziert werden. Lysyloxidasen katalysieren vor allem die Quervernetzung von Proteinen der Extra- zellulärmatrix. Im Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Quervernetzung von Matrixproteinen durch Lysyloxidasen ursächlich für die Diffusions-Inhibierung kleiner Moleküle wie das Chemo- therapeutikum Doxorubicin sein kann. Durch spezifische Inhibition der Lysyloxidasen mittels des Inhibitors βAPN konnte diese Diffusions-Inhibition sowohl in vitro als auch im MT6-Tumor-Modell nahezu vollständig verhindert werden. Die hohe Aktivität von Lysyloxidasen im MT6-Modell stell- te allerdings kein Alleinstellungsmerkmal dieses Modells dar. In weiteren Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Lysyloxidasen in einer Vielzahl von murinen und humanen Tumorzelllinien überexprimiert wird. Die Inhibition von Lysyloxidasen durch βAPN konnte dabei in allen unter- suchten Modellen die Einbringung von Medikamenten in den Tumor erhöhen und könnte so eine sinnvolle adjuvante Maßnahme zur Verbesserung bestehender Chemotherapien darstellen. / Systemically administered chemotherapeutics play a major role in in the treatment of so- lid tumors. However, these chemotherapeutics accumulate better in healthy tissue than in tumors. The reason for this insufficient transport of drugs into the tumor could be the dysfunctional tumor vasculature, which is in a chaotic and immature state without an adequate vessel coverage by stabilizing pericytes. As a result of this vasculature, only small amounts of drugs reach the tumor and are further just heterogeneously distributed. A great abundance of pro-angiogenic factors in the tumor was believed to cause this insufficient vasculature. In pre-clinical models, „normalization“ of the tumor vasculature could be achieved with anti-angiogenic therapy for a certain period of time. This was characterized by changes in two important parameters for drug administration: on the one hand reduction of vessel density, on the other hand maturation of blood vessels. In one part of patients, the effect of vessel normalization seems to be predominant leading to improved perfusion. Presumably, this leads to improved administration of chemotherapeu- tics into the tumor and therefore to a more efficient therapy. In another part of patients, the effect of vessel reduction seems to be predominant and the detectable perfusion in the tumor is decreased. The MT6 fibrosarcoma model, which was used in this work, did not respond to the anti-angiogenic therapy with an inhibition of tumor growth as usually observed in murine models. This observation enabled a so far not possible investigation of the secondary effects of an anti-angiogenic therapy, such as drug transport into the tumor. After the anti-angiogenic pre-treatment, the vasculature of MT6 tumors indicated the expected characteristics of a „normalized“ vasculature, such as reduction of vessel density and simultaneous maturation of remaining vessels. However, this did not lead to improved efficacy of subsequently administered chemotherapy. Comparison with another tumor model, the 4T1 model for metastasizing mamma carcinoma, did not reveal signifi- cant differences in the vessel pattern. Observation with microscopic methods indicated a reduced diffusion of drugs from the blood vessels of the MT6 model compared to those of the 4T1 model. Further investigations showed differences in the quality of the extracel- lular matrix of both used tumor models. mRNA expression analyses revealed the family of lysyl oxidases as a putative cause for the differences in diffusion. Lysyloxidases catalyze primarily the cross-linking of proteins of the extracellular matrix. Moreover, it was shown that the cross-linking of matrix proteins by lysyl oxidases is causative for the inhibition of diffusion of small molecules such as the chemotherapeutic doxorubicin. A specific inhibi- tion of lysyl oxidases with the inhibitor βAPN could almost entirely prevent the inhibition of diffusion in vitro and in the MT6 model. However, the high activity of lysyl oxidases in the MT6 model is not a unique feature of this model. Further investigations showed, that lysyl oxidases are over expressed in many human and murine tumor cell lines. In all investigated models, inhibition of lysyl oxidases with βAPN improved drug transport into the tumor and βAPN could therefore be a reasonable adjuvant therapy to improve the efficacy of already existing chemotherapeutics.