Zugl.: Würzburg, Univ., Habil.-Schr., 1853

Regensburg, Univ., Diss., 2009.

In Deutschland treten bei Kindern ca. 400 Neuerkrankungen an Hirntumoren pro Jahr auf. Den größten Anteil an dieser sehr heterogenen Krankheitsgruppe haben benigne niedriggradige Gliome und maligne Medulloblastome. Der Rolle des Immunsystems bei Krebserkrankungen ist schon seit über 100 Jahren Thema der Forschung. Im Zentrum dieser Studie stand der Einfluss des Immunssystems und insbesondere der Cytokine IL-4, IL-6, IL-10, TNF-α, TGF-β und IFN-γ auf die Entwicklung und Prognose bei Kindern mit Hirntumoren. Dabei wurden die jeweiligen Cytokin Gen-Polymorphismen bei 175 Hirntumorpatienten mittels PCR bestimmt. Diese Daten wurden mit den klinischen Parametern der Patienten korreliert und so der Einfluss der jeweiligen Genotypen und Phänotypen auf die Prognose der Erkrankungen untersucht. In einem weiteren Schritt erfolgte eine Analyse der direkten Ausschüttung von Cytokinen durch T-Lymphozyten nach In-vitro Stimulation der Zellen. Die T-Lymphozyten wurden aus dem extrahierten Blut der Studienteilnehmer isoliert und nach einem festen Schema stimuliert. In der Durchflusszytologie wurde dann die Menge an Cytokin-positiven T-Lymphozyten für die entsprechenden Cytokine gemessen und mit einer altersangepassten gesunden Vergleichspopulation verglichen. Als Nullhypothesen wurde definiert, dass in der Studienpopulation die Genotypen und die Phänotypen bei den Cytokin Gen-Polymorphismen und die Menge an Cytokin-positiven T-Lymphozyten durch Stimulation sich nicht signifikant von den entsprechenden Vergleichskohorten unterscheiden. Beide Nullhypothesen können abgelehnt werden. Es gibt, insbesondere bei der direkten In-vitro Stimulation, teils hochsignifikante Unterschiede. Das adaptierte Immunsystem nimmt also auch bei pädiatrischen Tumorerkrankungen des zentralen Nervensystems eine wichtige Funktion ein. Cytokine spielen hierbei durchaus vielfältige und mitunter sogar entgegengesetzte Rollen, wie durch die vorliegenden Untersuchungen gezeigt werden konnten. So hat eine verstärkte Ausschüttung von TGF-β einen protektiven Effekt. Im späteren Verlauf wird durch die immunsuppressive Wirkung des TGF-β wiederum eine adäquate antitumorale Immunreaktion verhindert und so ein Progress der jeweiligen Tumorentitäten begünstigt. Dies kann auch erklären, weswegen eine einfache Hemmung der Cytokine bisher nicht die gewünschten therapeutischen Resultate erbrachte. Aufgrund ihrer enormen Bedeutung für die Generierung einer Immunantwort sind Cytokine eine wichtige Stellschraube in onkologischen Erkrankungen und deren Verlauf. Eine weitere differenzierende Untersuchung der einzelnen Cytokine, aber auch die funktionierende Gesamtheit der Cytokine und des Immunsystems, ist wichtig für die Entwicklung hochwertiger und effektiver immunologischer Therapieansätze. / In Germany the incidence of pediatric brain tumors is about 400 cases per year. We investigated the influence of the cytokines IL-4, IL-6, IL-10, TNF-α, TGF-β and IFN-γ on the development and prognosis in children with brain tumors. Determination of Cytokine gene polymorphisms in 175 children suffering from brain tumors was performed and matched with clinical outcome. In a further step, an analysis of cytokines in T-lymphocytes after in-vitro stimulation was conducted. In FACS Analysis the amount of cytokine-positive T-lymphocytes was measured and compared with an age-matched, healthy comparison population. There were significant differences between the patient population and the healthy comparison population. The adaptive immune system plays an important role in the development and prognosis of pediatric tumors of the central nervous system.

Thesis (doctoral)--Mainz, 1982.

Diskussion der häufigsten soliden Hirntumorentitäten in der Pädiatrie. Analyse der im Rahmen der HIT-2000-Studie angefertigten Liquorpräparate sowie der im Rahmen dieser Studie gesammelten persönlichen Daten der betroffenen Kinder bezüglich der Häufigkeitsverteilung der einzelnen Entitäten, des Eintretens einer zytologischen / radiologischen Meningeose oder von soliden Metastasen, Vergeich der Sensitivität radiologischer und zytologischer Verfahren, Vergleich des jeweils möglichen Resektionsausmaßes, Häufigkeit des Auftretens von Rezidiven oder Todesfällen, Aussagemöglichkeiten der Zytologie. / Discussion about the most frequently seen solid brain tumors in pediatrics. Analysis of liquor specimens made in the course of the HIT-2000-Study and personal datas of the affected children who participated in this study: possible precications of cytology, frequency scale of the different entities, cytologic vs. radiologic meningeosis or solid metastasis, comparison of sensitivity of cytologic vs. radiologic techniques, extent of resection, occurrence of relapse or death.

In der Nachsorge des Medulloblastoms wird standardmäßig auf die Bildgebung mittels Magnetresonanztomographie zurück gegriffen. Da die Erkrankung vor allem entlang der Liquorwege in Form einer kranialen oder spinalen Meningeose metastasiert, wurde anhand Daten der Therapieoptimierungsstudie "HIT 2000" verglichen, welche Lokalisation am häufigsten betroffen ist. Es zeigte sich, dass zu einem hohen Prozentanteil vor allem eine kombinierte Meningeose im Rezidiv oder Progress auftritt, gefolgt von einer kranialen Metastasierung. Dennoch gibt es eine Gruppe an Patienten, die eine isolierte spinale Meningeose entwickeln. / In the follow-up of patients with medulloblastoma, the MRI has been established as standard procedure. The tumor most often spreads via the cerebrospinal fluid as cranial oder spinal meningeoses. We compared the frequency of progress or relapse in children undergoing treatment according to the "HIT 2000" protocol. There could be shown, that the most common localization of meningeosis is both cranial and spinal, followed by isolated cranial meningeosis. Nevertheless there is a group of patients, developing an isolated spinal meningeosis.

Univ., Diss.--Regensburg, 1998.

Glioblastoma (GBM) sind bösartige hirneigene Tumore, deren schlechte Prognose einer innovativen Therapie bedarf. Aus diesem Grund wurde ein neuer Therapieansatz entwickelt, der auf einer lokalen Ultraschall-vermittelten Zytostatika Applikation beruht. Hierfür wurden stabile Microbubbles (MB) bestehend aus Phospholipiden synthetisiert. Es konnte gezeigt werden, dass MB als auch fokussierter Ultraschall niedriger Intensität (LIFU) keinen negativen Einfluss auf GBM-Zellen hat. MB hingegen konnten mittels LIFU destruiert werden, wodurch das in den MB eingeschlossene Chemotherapeutikum freigesetzt werden kann. Es wurden verschiedene Platin(II)- und Palladium(II)-Komplexe auf GBM Zellen getestet. Zur Beladung der MB wurde Doxorubicin (Dox) verwendet. Es konnte eine Beladungseffizienz der MB mit Dox von 52 % erreicht werden, auch eine Aufreinigung dieser mittel Ionenaustausch-Chromatographie und Dialyse war erfolgreich. Die Austestung der mit Dox beladenen MB (MBDox) erfolgte auf GBM-Zellen in 2D- und 3D-Zelkulturmodellen. Dabei zeigte sich, dass die Behandlung mit MBDox und LIFU für 48 h eine zytotoxische Wirkung hatte, die sich signifikant von der Behandlung mit MBDox ohne LIFU unterschied. Zur Austestung der MBDox in 3D-Zellkulturmodellen wurden zwei Scaffold-Systeme eingesetzt. Es zeigte sich in den Versuchen, dass MBDox mit LIFU im Vergleich zu MBDox ohne LIFU Applikation einen zytotoxischen Effekt auf GBM-Zellen haben. Somit konnte die Wirksamkeit der Zytostatika Applikation mittels MB und LIFU in 2D- und 3D-Zellkulturmodellen erfolgreich etabliert werden. Als weiterer Schritt wurden zwei 3D in vitro Modelle erarbeitet. Dabei wurden zunächst organotypische hippocampale Slice Kulturen (organotypic hippocampal brain slice cultures, OHSC) aus der Maus hergestellt und anschließend mit fluoreszent-markierten Mikrotumoren aus GBM-Zelllinien, Primärzellen (PZ) und aus Patienten generierten GBM-Organoiden hergestellt. Diese GBM-Modelle wurden mit Tumor Treating Fields (TTFields) behandelt. Dabei war eine Abnahme der Tumorgröße von Mikrotumoren aus GBM-Zellen und PZ unter TTFields-Behandlung für 72 h messbar. Als weiteres in vitro Modell wurden humane Tumorschnitte aus intraoperativ entferntem GBM-Patientenmaterial hergestellt. Die Schnitte wiesen ein heterogenes Ansprechen nach 72 h TTFields-Applikation auf. Dies spiegelt die Heterogenität des GBM sehr gut wider und bestärkt die Eignung des Modelles zur Untersuchung von neuen Therapieansätzen zur Behandlung von GBM. / Glioblastoma (GBM) are malignant brain tumor with a poor prognosis requiring innovative therapy. For this reason, a new therapeutic approach based on local ultrasound-mediated cytostatic application is now being established. For this purpose, stable microbubbles (MB) consisting of phospholipids were synthesized. It could be shown that MB as well as focused low intensity ultrasound (LIFU) had no negative effect on GBM cells. MB, on the other hand, could be destroyed by LIFU, allowing the release of the chemotherapeutic agent entrapped in MB. Different platinum(II) and palladium(II) complexes were tested on GBM cells. Doxorubicin (Dox) was used to load the MB. Loading efficiency of MB with Dox of 52% was achieved, and purification of these by ion-exchange chromatography and dialysis was also successful. Dox-loaded MB (MBDox) was tested on GBM cells in 2D and 3D cell culture models. This showed that treatment with MBDox and LIFU for 48 h had a cytotoxic effect that was significantly different from treatment with MBDox without LIFU. Two scaffold systems were used to test MBDox in 3D cell culture models. It was shown in the experiments that MBDox with LIFU had a cytotoxic effect on GBM cells compared with MBDox without LIFU application. Thus, the efficacy of cytostatic drug application using MB and LIFU was successfully established in 2D and 3D cell culture models. As a further step, two 3D in vitro models were developed. Here, organotypic hippocampal brain slice cultures (OHSC) were first prepared from mice and then with fluorescent-labeled microtumors from GBM cell lines, primary cells (PZ), and GBM organoids generated from patients. These GBM models were treated with tumor treating fields (TTFields). Thereby, a decrease in tumor size of microtumors derived from GBM cells and PZ was measurable under TTFields treatment for 72 h. As another in vitro model, human tumor sections were prepared from intraoperatively removed GBM patient material. The sections showed heterogeneous responses after 72 h of TTFields application. This reflects the heterogeneity of GBM very well and reinforces the suitability of the model to investigate new therapeutic approaches for the treatment of GBM.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Rezidivmuster der Medulloblastome aufzuzeigen. Die Bedeutung prognostischer Faktoren, wie Therapie oder initiale Erkrankungsausdehnung soll im Zusammenhang mit dem Auftreten eines Rezidivs oder einer Progression näher untersucht werden. Es handelt sich um ein Patientenkollektiv von 40 Kindern mit einem Rezidiv eines Medulloblastoms. Die Patienten sind Teil des HIT 2000 Kollektivs, ein Patient war Teil der HIT ´91 Studie, 7 waren Beobachtungspatienten. Die Altersverteilung der Rezidivpatienten unterschied sich von der Altersverteilung aller HIT 2000-Studienpatienten. Die Patienten in der Gruppe der unter Vierjährigen mit einem Rezidiv waren signifikant jünger als die des gesamten Kollektivs unter vier Jahren. Bei den älteren Kindern war der Unterschied nicht signifikant. Von insgesamt 40 Kindern fanden sich acht Patienten mit Lokalrezidiv (20%) und 32 Patienten mit einem Rezidiv in Form einer Meningeose (80%). Bei Patienten mit Lokalrezidiv zeigte ein postoperativ verbliebener Resttumor keinen Einfluß auf das Entstehen eines Lokalrezidivs. 100% der Patienten, die Angaben zu einem verbliebenen Resttumor hatten, waren S0 reseziert. Fünf der acht Kinder wurden aufgrund ihres jungen Alters nicht bestrahlt. 32 Patienten (80%) zeigten eine Meningeose als Rezidiv auf. 73,3% der Patienten wiesen bereits initial eine Disseminationen in den Meningen auf. 50% der Patienten (n=16) boten die Dissemination im frontalen oder frontobasalen Bereich. Alle lokal begrenzten, frontalen Meningeoseherde traten an einer vorher nicht betroffenen Stelle auf. Es ließen sich keine Hinweise auf eine Unterdosierung der Radiatio als Ursache finden. Ein Einfluß der Chemotherapie unter Berücksichtigung der durch die Liquorzirkulation bedingten Schwankungen in den Wirkspiegeln bleibt zu klären und wird Gegenstand weiterer Studien sein müssen. / We have retrospectively analyzed 38 consecutive patients with a recurrence of medulloblastoma treated according to a national multicenter protocol. Two of 38 patients studied relapsed twice and were thus counted twice resulting in a total number of 40 patients. Most patients (n=32) were treated according to the current national treatment study for medulloblastomas (HIT 2000), one patient was treated according to the preceding trial Hit’91 and 7 children were observational patients of the HIT 2000 study. All patients with relapse younger than four years of age were significantely younger than all patients with medulloblastoma registered in HIT 2000. 38 children treated for medulloblastoma showed 40 events of recurrences. 8 patients relapsed with an isolated local recurrence of the tumour. We did not find any correlation to an incomplete surgical removal or a violation to the treatment protocol. 50% of these children were younger than 4 years at the time of initial presentation and thus were not treated primarily with radiotherapy. 32 events were recurrences with a meningeal dissemination. 50% of these recurrences were found in the frontal region and 25% as isolated nodular frontal and frontobasal meningeal disease. We could not find any correlation to possible treatment violations especially to a lower irradiation dose of the frontobasal region. Other explanations, e.g. reduced biodistribution of chemotherapeutic agents to these areas have to be sought for.

Der Atypische teratoid/rhabdoide Tumor (ATRT) und der primitive neuroektodermale Tumor (PNET) sind hochmaligne Tumorentitäten (WHO-Grad IV) des zentralen Nervensystems, die überwiegend im Kleinkindalter auftreten. Beide zeigen eine sehr heterogene morphologische Struktur und sind bisher nur mittels Histopathologie und Immunhistochemie voneinander zu differenzieren. Bisherige Untersuchungen ließen noch keine neuroradiologische Unterscheidbarkeit zwischen beiden Tumorentitäten erkennen. Die vorliegende Arbeit befasst sich anhand eines diesbezüglich einmalig großen Patientenkollektives (23 ATRT, 36 PNET) mit den spezifisichen morphologischen Kriterien des supratentoriellen (st) ATRT und PNET in der Magnetresonanztomographie (MRT). Die Patienten rekrutierten sich aus der multizentrischen Hirntumorstudie HIT 2000 (Teil des Kompetenznetzes der Hirntumorstudien der „Gesellschaft für pädiatrische Onkologie und Hämatologie“). Retrospektiv wurden MRT-Bilder aus einem Zeitraum von 5 Jahren ausgewertet. Untersucht wurden T1- und T2-Wichtung, nativ und unter Kontrastmittelapplikation. Zur Abgrenzung beider Entitäten voneinander wurden verschiedene Kriterien herausgearbeitet. Dazu zählten zunächst die Darstellung in der nativen T1-Wichtung, die Schärfe der Tumorbegrenzung, das zeitgleiche Vorliegen von Zysten, Ödemen und Blutungen sowie die Ausprägung des Kontrastmittel-Enhancements. Als zentrales Ergebnis der Arbeit konnte ein markantes strukturelles Muster des Kontrastmittel-Enhancements herausgearbeitet werden, welches sich als charakteristisch für den stATRT erwies, während es nur bei einem sehr geringen Prozentsatz der stPNETs anzutreffen war. Hierbei handelt es sich um ein girlandenförmiges Band, welches den Tumor randständig um eine zentrale Nekrose herum auskleidet. Dieses als „ATRT-typisch“ bezeichnete Muster wiesen zehn der stATRTs (43,5%) und drei der stPNETs (8,3%) auf. Darüber hinaus konnte man bei fünf stATRTs (21,7%) Areale mit wie in der Girlande anzutreffenden vesikulären Strukturen aber ohne begleitende zentrale Tumornekrose beobachten. Nur ein stPNET (2,8%) wies ebenfalls vesikuläre Anteile ohne zentrale Nekrose auf. Es konnten somit charakteristische Muster identifiziert werden, welche auffällig häufig in Kontrastmittel-verstärkten T1-gewichteten MRT-Bildern des stATRT in Erscheinung treten, während sie bei stPNETs nur ausgesprochen selten vorzufinden sind. / Atypicial teratoid/rhabdoid tumor (ATRT) and primitive neuroectodermal tumor (PNET) are highly malignant tumors (WHO grade IV) of the central nervous system, basically occurring in early childhood. Both show a very heterogeneous morphological structure and can be differentiated only by histopathology and immunohistochemistry, still not neuroradiologically. This study reports on the specific morphological criteria in magnetic resonance imaging (MRI) of supratentorial (st) ATRT and PNET, presenting a unique collective of 23 stATRT and 36 stPNET. Data was gathered from the multicentric study on brain tumors HIT2000 (part of a german network on brain tumors of the „Society for pediatric oncology and hematology"). MRI images (T1 and T2 weighted, native and contrast enhanced) over a period of 5 years have been evaluated retrospectively. Several criteria have been worked out to differentiate between both tumor entities. Among these especially the appearance of the tumor in T1 weighted images, tumor demarcation, coexistence of cysts, edema and hemorrhages and characteristics of contrast enhancement. As the central finding of this study a characteristic pattern of contrast enhancement of the tumor could be identified, found in many stATRT but only in few stPNET: around a central necrosis the solid part of the tumor was lined by a garland-like inhomogeneous band of contrast enhancement. This "ATRT-typical" pattern was found in ten stATRT (43,5%) and three stPNET (8,3%). Furthermore a pattern comparable to that of the garland, just without a central necrosis could be identified in five stATRT (21,7%) but only in one stPNET (2,8%). Thus characteristic patterns could be identified which seem to present remarkably often in contrast enhanced T1 weighted MRI images of supratentorial ATRT but only rarely in supratentorial PNET.