Um in einer prospektiven randomisierten Studie zu belegen, dass Patienten mit Hirnmetastasen von einer frühen palliativmedizinischen Mitbetreuung profitieren können, wurden von Juni 2012 bis Januar 2014 Patienten, die zu einer Ganzhirnbestrahlung in der Strahlentherapie vorgestellt wurden, nach erfolgtem Screening, ausführlicher Aufklärung und Einwilligung des Patienten in die vorliegende Studie eingeschlossen. Unzureichende Deutschkenntnisse, fehlende Einwilligungsfähigkeit zum Beispiel aufgrund deutlicher kognitiver Einschränkungen, Vorstellung zur prophylaktischen Ganzhirnbestrahlung bei kleinzelligem Bronchialkarzinom oder zu einer alleinigen stereotaktischen Bestrahlung waren Ausschlusskriterien. Die Patienten wurden bezüglich Angst und Depression mit der Hospital Anxiety and Depression Scale in der deutschen Fassung (HADS-D) und bezüglich der Versorgungsqualität mit der Palliative Care Outcome Scale (POS) bei Erstvorstellung, zum Ende der Bestrahlung und nach 6 und 12 Wochen befragt. Nur 80 (44 weiblich und 36 männlich) von 264 geplanten Patienten konnten tatsächlich in die Studie eingeschlossen werden. Das mittlere Alter betrug 61 Jahre (Spannweite von 31 bis 86 Jahre), der Großteil der Patienten hatte bei Erstvorstellung einen Performance Status (PS) der Eastern Cooperative Oncology Group (ECOG) von 1. Der häufigste Primärtumor war ein Lungentumor (n=37/46,3%), gefolgt vom Mammakarzinom (n=16/20%). Die Dosierung und Fraktionierung der alleinigen perkutanen Ganzhirnbestrahlung betrug mehrheitlich 30 Gy in 10 Fraktionen bei n=36 Patienten (45%), 37,5 Gy in 15 Fraktionen bei n=15 Patienten (18,8%), andere n=5 (6,3%) und 19 Patienten (23,8%) wurden zusätzlich zur Ganzhirnbestrahlung mit einem sequentiellen Boost bis zu einer kumulativen Gesamtdosis von im Durchschnitt 45,3 Gy (Median 45,0 Gy, Range 36 bis 55,5 Gy) bestrahlt. Drei Patienten erhielten eine stereotaktische Bestrahlung mit jeweils 1 x 18 Gy. Zwischen Beginn und Abschluss der Bestrahlung, möglichst bereits innerhalb der ersten Behandlungswoche, wurde die palliativmedizinische Intervention bei den Patienten der Interventionsgruppe durchgeführt. Der Mittelwert bei der POS zum Ende der Strahlentherapie betrug 10,41 ± 6,57 in der IG und 10,52 ± 6,12 in der KG (Baseline 11,23 ± 7,26 in der IG und 14,13 ± 6,20 in der KG), bei der HADS-D für die Angst 6,06 ± 4,71 in der IG und 7,38 ± 6,15 in der KG (Baseline 7,80 ± 5,18 in der IG und 7,38 ± 5,72 in der KG) und für die Depression 6,18 ± 4,97 in der IG und 7,92 ± 5,68 in der KG (Baseline 6,73 ± 4,57 in der IG und 7,87 ± 5,24 in der KG). Es ließ sich kein statistisch signifikanter Unterschied in diesen untersuchten primären Endpunkten Versorgungsqualität, Angst und Depression zwischen der Interventions- und der Kontrollgruppe zum zweiten Befragungszeitpunkt nachweisen. Die von vorne herein zu kleine Stichprobe, die hohe Drop-out-Rate und unerwartet hohe Kontamination der Gruppen könnte hierfür eine mögliche Erklärung sein. Gleichwohl ist mit Blick auf die Summenwerte der Fragebögen der primären Endpunkte Versorgungszufriedenheit, Angst und Depression sowohl zu Anfang als auch zum Ende der Bestrahlung der große Bedarf an einer frühen palliativmedizinischen Mitbetreuung bei dieser hochbelasteten Patientengruppe unbestritten. Auch die sekundären Endpunkte Krankheitsverständnis und Vorhandensein von Vorsorgedokumenten in der Interventions- und Kontrollgruppe und der nach Studienende überlegten und entwickelten Analyse der Abhängigkeit der Drop-out-Rate von der Gruppenzugehörigkeit konnte keinen statistisch signifikanten Unterschied vorweisen. Möglicherweise sind Registerstudien mit Augenmerk auf die Prognose der Patienten und unter Einbezug der Angehörigen erfolgreicher für die Abbildung des palliativmedizinischen Bedarfs und des Nutzens einer frühen palliativmedizinischen Mitbetreuung / Between June 2012 and January 2014 patients presenting at the radiotherapy department for whole brain irradiation were recruited for this randomised controlled study examining whether patients with metastatic brain disease can benefit from early involvement of palliative medicine in their care. During the recruitment phase only a total of 80 patients (the planned sample size was 264) could be included with only a relatively small proportion ending up fully documented (n=28, 35%). Patients were evaluated at first presentation, at the end of the radiotherapy, and at six and twelve weeks after radiotherapy completion, regarding anxiety and depression, using the Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS-D), and regarding the quality of the service, using the Palliative Care Outcome Scale (POS). During the radiotherapy patients in the intervention group received the palliative medical intervention. The high drop-out rate and the unexpectedly high contamination rate through patients from the control group seeking access to palliative care independently meant that the study had to be terminated prematurely. The results showed no statistically significant differences regarding the primary (anxiety and depression) or secondary endpoints (understanding of the disease, prior documentation of preventive measures, and drop-out rates) between the intervention group and the controls.

Patienten mit Hirnmetastasen weisen eine limitierte Prognose auf. Um diese Prognose besser abschätzen zu können, wurden verschiedene Prognosescores entwickelt. Der EC-Score ist ein sehr einfach bestimmbarer Summenscore basierend auf extrakraniellen Faktoren. In dieser retrospektiven Arbeit wurden 538 Patientenfälle inkludiert, die im Zeitraum 10/1998 bis 11/2017 eine Bestrahlung ihrer Hirnmetastasen am Uniklinikum Würzburg erhalten haben. Der EC-Score konnte bei 173 der Patientenfälle ausgewertet werden. Zusätzlich wurden die bereits etablierten DS-GPA- und RPA-Score am eigenen Patientenkollektiv angewendet und mit dem EC-Score verglichen. Im Ergebnis stellt diese Arbeit eine wichtige unabhängige externe Validierung des EC-Scores dar. Der Score ermöglicht es, Patienten sicher zu identifizieren, welche nicht von einer Bestrahlung ihrer Hirnmetastasen profitieren würden. / Development of brain metastases is accompanied by poor prognosis. In order to improve prognosis estimation, various prognosis scores has been developed. The EC score is a very easily determinable sum score based on extracranial factors. In this retrospective study 538 patient cases were included. All patients had undergone radiation therapy for brain metastases at the University Hospital of Würzburg over a time span ranging from 10/1998 to 11/2017.The EC score could be evaluated in 173 of the patient cases. In addition, the established DS-GPA and RPA scores were also applied to the patient collective and compared to the EC score. As a result, this study provides an important independent external validation of the EC score. EC score is the best prognostic model for defining the patients who did not benefit from radiation therapy of brain metastases.

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) stellt eine selektiv durchlässige Barriere dar, die den Austausch von Stoffen zwischen Blut und ZNS kontrolliert und so neuroprotektiv wirkt. Sie verhindert allerdings nicht nur die Passage toxischer Metaboliten, sondern verwehrt auch vielen therapeutischen Wirkstoffen den Zugang zum Gehirn. Die Forschung an Methoden zum Erreichen höherer Arzneimittelkonzentrationen im Gehirn ist deshalb essenziell für die Behandlung zerebraler Erkrankungen wie dem zerebral metastasierten Mammakarzinom. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, Wirkstoffe zu identifizieren, die die Permeabilität der BHS erhöhen. Die Substanzdatenbank LO1208 von Sigma-Aldrich wurde im Rahmen eines HTS auf ihre permeabilitätsbeeinflussenden Eigenschaften untersucht. Hierbei konnten 31 Substanzen identifiziert werden, welche die Permeabilität von BLECs um mindestens 50 % erhöhen. Aus diesen wurden 4-Amino-1,8-naphthalimid (PARP-Inhibitor) und GW2974 (TKI) für eine genauere Analyse ausgewählt. Als dritter Wirkstoff wurde Ibuilast (Inhibitor der PDE4, des MIF sowie des Toll-like-Rezeptor-4) untersucht, wobei dieser keine signifikante Veränderung der Permeabilität bewirkt. Die Messung des TEERs und der Permeabilität für Fluorescein bestätigten die Ergebnisse aus dem HTS, welches demnach zukünftig für Permeabilitätstests eingesetzt werden kann. Die Zellviabilität wird durch 4 Amino-1,8-naphthalmid nicht beeinflusst. GW2974 und Ibudilast zeigen bei 500 µM einen toxischen Einfluss auf MCF-7-Zellen. BLECs werden durch 100 µM GW2974 gehemmt. Es konnte gezeigt werden, dass die erhöhte Permeabilität mit einer Veränderung der TJ-Proteinexpression einhergeht. 4-Amino-1,8-naphthalimid senkt die Expression von Occludin auf mRNA- und Proteinebene. GW2974 vermindert zusätzlich die Expression von VE-Cadherin, Claudin-5 und ZO-1. Darüber hinaus wurde die Wirkung auf Effluxpumpen untersucht. Die Ergebnisse der mRNA- und Protein-expression weichen voneinander ab, weshalb eine genauere Untersuchung der Translationsvorgänge sinnvoll erscheint. Glut-1 wird in GW2974 behandelten Zellen überexprimiert, was auf eine erhöhte Aktivität der BLECs hinweist. GW2974 und 4-Amino-1,8-naphthalimid könnten durch ihre permeabilitätssteigernde Wirkung die Ansprechrate einer systemischen Behandlung von PatientInnen mit einem zerebral metastasierten Mammakarzinom erhöhen und somit ihre Prognose verbessern. Detaillierte Studien zu Kombinationstherapien, den notwendigen Wirkstoff-konzentrationen und eventuellen negativen neurologischen Wirkungen sollten erwogen werden. / The Blood-Brain Barrier (BBB) represents a selectively permeable barrier that controls the exchange of substances between the blood and the brain and thus has a neuroprotective effect. However, it not only prevents the passage of toxic metabolites, but also limits the access of therapeutic agents to the brain. Further research into methods to achieve higher drug concentrations in the brain is essential for the treatment of cerebral diseases such as cerebral metastatic breast cancer. The goal of this study was to identify drugs that increase the permeability of the BBB. The substance database LO1208 from Sigma-Aldrich was examined for its permeability-influencing properties as part of a high throughput drug screening (HTS). 31 of the examined substances showed an increase of the permeability on brain-like endothelial cells (BLECs) by at least 50%. Thereof 4-amino-1,8-naphthalimide (PARP inhibitor) and GW2974 (TKI) were selected for a more detailed analysis. Ibudilast (inhibitor of PDE4, MIF and Toll-like receptor-4) was found to be the third most active substance, although it did not cause any significant change in permeability. The measurement of the trans endothelial electrical resistance (TEER) and the permeability for fluorescein confirmed the results from the HTS and therefore is suggested to be used in further permeability tests in the future. Cell viability is not affected by 4 amino-1,8-naphthalmide. GW2974 and Ibudilast have a toxic effect on MCF-7 cells at a concentration of 500 µM, whereas BLECs are inhibited at a concentration of 100 µM of GW2974. The results show that the increased permeability is associated with a change in tight junction protein expression. 4-Amino-1,8-naphthalimide decreases the expression of occludin at mRNA and protein level. GW2974 also reduces the expression of VE-cadherin, claudin-5 and ZO-1. In addition to the abovementioned analysis, also the effect on efflux pumps was investigated. As the results of the mRNA and protein expression differ from each other, a more detailed analysis will be necessary to investigate the translation process. Glut-1 is overexpressed in GW2974-treated cells, which indicates an increased activity of the BLECs. GW2974 and 4-amino-1,8-naphthalimide could increase the response rate to systemic therapy of patients with cerebral metastatic breast cancer through their permeability-enhancing effect and thereby improve their prognosis. Detailed studies on combination therapies, the necessary drug concentrations and possible negative neurological effects are recommended to gain further insight.

Die Dissertation hat sich mit der Aufgabe befasst, durch Kombination von IR-Spektroskopie und chemometrischen Auswertungsalgorithmen eine Differenzierung und Klassifizierung von Hirnmetastasen-Dünnschnitten zu erreichen. Die Untersuchungen konzentrieren sich dabei auf jene fünf Primärtumoren, die besonders oft Metastasen im Gehirn bilden. Das sind kolorektale Karzinome, Mammakarzinome, maligne Melanome, Nierenzellkarzinome und Bronchialkarzinome. Metastasen tragen die molekularen Informationen der Gewebezellen des Primärtumors in sich. Die Anwendung von IR-spektroskopischen Methoden stellt deshalb einen innovativen Ansatz zur Identifikation des Primärtumors von Hirnmetastasen dar, da die Spektren einem molekularen Fingerabdruck entsprechen. Als Klassifizierungsalgorithmen wurden SIMCA (soft independent modeling of class analogies) und ANN (artificial neural networks) herangezogen. Die Entwicklung der Klassifizierungsverfahren gliederte sich in drei Teile. Im ersten Teil wurden Trainingsmodelle mit den ausgewählten homogenen Bereichen der Metastasengewebeschnitte erstellt und an unabhängigen Daten weiterer Proben bekannter und unbekannter Organherkunft getestet. Im zweiten Teil wurden die Modelle mit Hilfe homogener Tumorzelllinien optimiert und auf die Zuordnung der Hirnmetastasen zu den Primärtumoren angewandt. Eine zweistufige Klassifizierungsstrategie gewährleistet damit eine Genauigkeit der Klassifizierung von über 80%.

Die Dissertation hat sich mit der Aufgabe befasst, durch Kombination von IR-Spektroskopie und chemometrischen Auswertungsalgorithmen eine Differenzierung und Klassifizierung von Hirnmetastasen-Dünnschnitten zu erreichen. Die Untersuchungen konzentrieren sich dabei auf jene fünf Primärtumoren, die besonders oft Metastasen im Gehirn bilden. Das sind kolorektale Karzinome, Mammakarzinome, maligne Melanome, Nierenzellkarzinome und Bronchialkarzinome. Metastasen tragen die molekularen Informationen der Gewebezellen des Primärtumors in sich. Die Anwendung von IR-spektroskopischen Methoden stellt deshalb einen innovativen Ansatz zur Identifikation des Primärtumors von Hirnmetastasen dar, da die Spektren einem molekularen Fingerabdruck entsprechen. Als Klassifizierungsalgorithmen wurden SIMCA (soft independent modeling of class analogies) und ANN (artificial neural networks) herangezogen. Die Entwicklung der Klassifizierungsverfahren gliederte sich in drei Teile. Im ersten Teil wurden Trainingsmodelle mit den ausgewählten homogenen Bereichen der Metastasengewebeschnitte erstellt und an unabhängigen Daten weiterer Proben bekannter und unbekannter Organherkunft getestet. Im zweiten Teil wurden die Modelle mit Hilfe homogener Tumorzelllinien optimiert und auf die Zuordnung der Hirnmetastasen zu den Primärtumoren angewandt. Eine zweistufige Klassifizierungsstrategie gewährleistet damit eine Genauigkeit der Klassifizierung von über 80%.