Die Einführung von zielgerichteter Therapie und Immuntherapie hat die Behandlungsmöglichkeiten des Melanoms revolutioniert. Jedoch profitieren viele Patienten nicht langfristig von diesen Therapien. Derzeit werden klinische Studien durchgeführt, die zielgerichtete Therapie und Immuntherapie miteinander kombinieren. In dieser Arbeit wurden in vitro Untersuchungen an den drei BRAF-V600E-mutieren Melanomzelllinien UACC 257, Malme 3M und Sk-Mel 5 unter kombinierter MAPK-Inhibitortherapie durchgeführt. Es wurden die aus der klinischen Routine bekannten Kombinationen aus BRAF- und MEK-Inhibitor – Vemurafenib und Cobimetinib, Dabrafenib und Trametinib sowie Encorafenib und Binimetinib – verwendet. Es wurde untersucht, ob obige zielgerichtete Therapeutika einen Effekt auf immunologische Marker im Melanom haben und ob sich eine der Kombinationen in ihrer Wirkung signifikant von den übrigen unterscheidet. Mittels MTS-Assay und Zellzyklusanalysen konnte eine konzentrationsabhängige Wirkung der Inhibitoren gezeigt und in ihrer Wirkung vergleichbare Inhibitorkonzentrationen eingestellt werden. Unter kombinierter MAPK-Inhibitortherapie zeigte sich ein begrenzter Effekt auf die theoretische Immunogenität des Melanoms. So konnte eine erhöhte MHC-I-Expression (+14 %) und eine verminderte PD-L1-Expression (-24 %) gezeigt werden. Die gewählten Dosen an Inhibitoren induzierten keinen ER-Stress. Ebenso konnte keine Ekto-Calreticulin-Expression auf lebenden Zellen nachgewiesen werden. Zwischen den drei Inhibitorkombinationen zeigten sich keine signifikanten Unterschiede. Die in dieser Arbeit gezeigten begrenzten immunologischen Effekte unter kombinierter MAPK-Inhibitortherapie legen nahe, dass eine Kombination mit Immuntherapie in Teilen synergistisch wirken könnte. Hier sind die Ergebnisse weiterer Studien abzuwarten, die zielgerichtete und Immuntherapie miteinander kombinieren, um ein tiefgreifenderes Verständnis bzgl. etwaiger Synergien zu generieren. Da zwischen den Inhibitorkombinationen keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Immunogenität des Melanoms gefunden wurden, ist anzunehmen, dass sie sich grundsätzlich alle gleichermaßen für eine Kombination mit einer Immuntherapie eignen. Die gezeigte MHC-I-Erhöhung trat bereits bei geringen Inhibitorkonzentrationen auf. Möglicherweise genügt bei einer Kombination mit Immuntherapie bereits eine niedrige Dosis der zielgerichteten Therapie, um die Immuntherapie zu boostern. Um die Frage nach einer möglichen Kombinationstherapie fortwährend zu analysieren, sollten zusätzliche Aspekte der Immunogenität unter kombinierter MAPK-Inhibitortherapie untersucht und die Inhibitortitration zum Vergleich der zielgerichteten Therapeutika weiter präzisiert werden. / The approval of targeted therapy and immunotherapy has revolutionized the treatment options for malignant melanoma. However, many patients do not benefit long-term from these therapies. Clinical trials combining targeted therapy and immunotherapy are currently ongoing. In this study, in vitro analyses were performed on the three BRAF-V600E-mutant melanoma cell lines UACC 257, Malme 3M and Sk-Mel 5 under treatment with combined MAPK inhibitor therapy. Combinations of BRAF inhibitors and MEK inhibitors known from clinical routine - vemurafenib and cobimetinib, dabrafenib and trametinib, and encorafenib and binimetinib - were used. We investigated whether above targeted therapies influence immunological markers in malignant melanoma and whether any of the combinations differ significantly in their effect from the others. Using MTS assay and cell cycle analyses, a concentration-dependent effect of the inhibitors was shown. Furthermore, inhibitor concentrations of comparable effect were adjusted. Combined MAPK inhibitor therapy demonstrated a limited effect on the theoretical immunogenicity of malignant melanoma. Increased MHC-I expression (+14%) and decreased PD-L1 expression (-24%) were shown. The selected doses of inhibitors did not induce ER stress. Similarly, no ecto-calreticulin expression was detected on viable cells. There were no significant differences between the three combinations of inhibitors. The limited immunological effects shown in this study using combined MAPK inhibitor therapy suggest that combination with immunotherapy may act partially synergistic. The results of further studies combining targeted therapy and immunotherapy should be awaited to generate a more profound understanding of any synergies. Since no significant differences were found between the inhibitor combinations regarding their effect on the immunogenicity of malignant melanoma, it can be assumed that they are all equally suitable for combination with immunotherapy. The shown increase of MHC-I already occurred at low inhibitor concentrations. Possibly even a low dose of the targeted therapy in combination with immunotherapy is sufficient to boost said immunotherapy. To further analyze the question of a possible combination therapy, additional aspects of immunogenicity under combined MAPK inhibitor therapy should be investigated and the inhibitor titration used to compare the targeted therapeutics should be further refined.

Optimale Konservierungsmethoden sind erforderlich, um die bedarfsgerechte Verfügbarkeit kardiovaskulärer Transplantate für den Ersatz geschädigter Gewebe (Herzklappen oder Gefäße) zu garantieren. Die konventionelle Kryokonservierung (engl.: Conventional Frozen Cryopreservation, CFC) ist derzeit der Standard zur Konservierung kardiovaskulärer Allografts. Jedoch limitieren Immunreaktionen deren Langzeitfunktionalität. Die Alternative der eisfreien Kryokonservierung (engl.: Ice-free Cryopreservation, IFC) wurde kürzlich entwickelt. In der Arbeit wurde die Reaktion des humanen Immunsystems auf allogene kardiovaskuläre Gewebe nach Anwendung unterschiedlicher Konservierungsmethoden umfänglich charakterisiert. Zusätzlich wurde Glutaraldehyd (GA)-fixiertes Gewebe untersucht, um die Ergebnisse in den Gesamtkontext der Gewebekonservierung einzuordnen. Die Analyse des konservierten humanen Aortengewebes, welches als Modellmaterial diente, ergab, dass die Gewebestruktur nach IFC erhalten blieb, jedoch die metabolische Aktivität sowie Apoptose und Nekrose des Gewebes durch IFC reduziert wurde. Dies spiegelte sich auch in der verminderten Freisetzung von Zytokinen aus IFC-Gewebe wider. Funktionelle In-vitro-Tests zeigten deutlich, dass Immunzellen verstärkt in Richtung der löslichen Faktoren aus CFC- und GA-fixiertem Gewebe, jedoch nicht aus IFC-Gewebe migrieren. In Kokulturen der Makrophagen auf dem Aortengewebe konnte ausschließlich bei Makrophagen, welche auf GA-fixiertem Gewebe kultiviert wurden, eine Polarisation zum M1-Phänotyp festgestellt werden. Weiterhin zeigte sich, dass lediglich Faktoren des CFC-Gewebes in der Lage waren, die Aktivierung und Proliferation von T-Zellen zu verstärken. Insgesamt belegen diese Daten detailliert, dass IFC die Eigenschaften des Gewebes selektiv moduliert und dadurch eine verringerte Aktivierung des Immunsystems stattfindet. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass IFC eine aussichtsreiche Strategie zur verbesserten Konservierung darstellt. / Optimal preservation methods are needed, to ensure constant availability of biological matrices for the replacement of damaged cardiovascular structures (heart valves or vessels). Conventional frozen cryopreservation (CFC) is currently the gold standard for cardiovascular allograft preservation. However, inflammation and structural deterioration limit transplant durability. The recently developed method of Ice-free cryopreservation (IFC) might be a superior method. The aim of this study was to characterize the reaction of the human immune system to allogeneic cardiovascular tissues after different cryopreservation methods. Regarding some aspects, the cryopreservation was compared to glutaraldehyde (GA) fixation, which is another common tissue preservation method. Human aortic tissue served as a proof-of-principle material for heart valves and vascular allografts. First, the histological and metabolic features of the differently preserved aortic tissues were analyzed. Tissues preserved by IFC exhibited typical architecture but significantly lower metabolic activity and the absence of necrotic or apoptotic cells. The reduced release of cytokines from IFC-tissue reflected these latter observations. In functional in-vitro-assays it was shown that migration of immune cells was significantly enhanced by soluble factors from CFC and GA-fixed tissue, but not by factors from IFC-tissue. In co-cultures of macrophages on aortic tissue, none of the preserved tissue induced activation. Exclusively GA-fixed tissue triggered the polarization of macrophages towards a M1-phenotype. Moreover, cues from only CFC-tissue but not IFC-tissue amplified T cell activation and proliferation. In conclusion, IFC selectively modulates the characteristics of tissues resulting in an attenuated activation of the human immune system. Therefore, IFC treatment is a promising strategy for improved tissue preservation and storage of cardiovascular allografts for clinical use.

Chronisches Nierenversagen kann zu einem endgültigen Funktionsverlust der Nieren führen. Nierenersatztherapien bleiben dabei die einzigen lebensrettenden Behandlungsmaßnahmen. Der globale Bedarf an Nierenorganen übersteigt jedoch bei weitem die Anzahl verfügbarer Spenderorgane. Humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSC) stellen eine vielversprechende Quelle für die Generierung funktioneller Nierenzellen dar. Die hiPSC-abgeleiteten Nierenzellen könnten zukünftig für zelluläre Ersatztherapien verwendet werden. Innerhalb dieser Arbeit sollten die aus hiPSC-abgeleiteten Nierenzellen auf ihre Immunogenität überprüft werden. Dafür wurden hiPSC-Linien, reprogrammiert aus primären Urinzellen gesunder Spender, generiert. Die hiPSC wurden daraufhin in renale Vorläuferzellen (IM-Zellen) und proximale Tubuluszellen (PT-Zellen) differenziert. Die immunphänotypische Analyse ergab eine generell verminderte Expression immun-relevanter Gene verglichen zu adulten Urinzellen. Für die Immunigenitätsbestimmung wurden die Nierenzellen jeweils mit autologen oder allogenen Zellen des peripheren Blutes (PBMCs) kokultiviert. Die IM- sowie PT-Zell-Kokulturen mit PBMC gesunder Spender sowie von Patienten mit diabetischer Nephropathie ergaben keine Proliferation autoreaktiver sowie allogener T-Zellen, im Vergleich zu primäre Urinzellen mit gleichen HLA-Merkmalen. Des Weiteren wiesen IM- und PT-Zellen aktive immunsupprimierende Eigenschaften auf. Diese konnten in langzeit-kultivierten PT-Zellen nicht mehr beobachtet werden. Zusätzlich zeigten die hiPSC-abgeleiteten Nierenzellen eine Anfälligkeit gegenüber autologe sowie allogene natürliche Killerzellen (NK-Zellen). Diese Studie ergab erstmalig Einblicke in die Dynamiken der T- und NK-Zell-Antworten renal differenzierter hiPSC. Die hier gewonnenen Erkenntnisse können für die Entwicklung zukünftiger Therapien beitragen, um eine sichere Transplantation von hiPSC-abgeleiteten Nierenzellen, selbst im allogenen System, zu ermöglichen. / Kidneys are essential for numerous vital processes. Chronic damage can lead to end stage renal disease with the requirement of kidney replacement therapies. Kidneys are nowadays the most frequently transplanted human organs, however, the transplant demand is far exceeding the number of available donations. Human induced pluripotent stem cells (hiPSC) represent a promising alternative approach for the generation of functional renal differentiated cells suitable for autologous cell replacement therapies (CRT). Yet, the immunogenic potential of hiPSC and their progenies are among the major concerns. This study aimed to analyze immunogenic effects of hiPSC-derived renal cells in autologous and allogeneic settings in vitro. Therefor, primary urinary cells (pUC) from healthy donors were reprogrammed into hiPSC, which were differentiated into renal progenitors (IMC) and into proximal tubular cells (PTC). Immune-phenotypic characterization revealed overall reduced expression of immune-relevant genes in hiPSC and renal derivatives compared to pUC. Co-culture experiments of IMC or PTC with either autologous or allogeneic peripheral blood mononuclear cells of healthy donors or patients with diabetic nephropathy revealed no induction of T cell proliferation in comparison to pUC cells with the same HLA-types. IMC and PTC showed immunomodulatory effects on allogeneic T cell proliferation. These immunosuppressive capacities were lost in long-term cultivated PTC. hiPSC-derived renal cells showed to elicit autologous as well as for allogeneic natural killer cells (NK cells). This study provided insights about the immunogenic properties of hiPSC-derived renal cells. In vitro experiments revealed new hints about the dynamics of T- and NK cell responses dependent on the differentiation status of hiPSC-derived renal cells. These data show translational potential for the development of future CRT strategies aiming safe transplantation of hiPSC-derived renal cells across HLA barriers.

Endothelzell-basierte Therapien vermitteln regenerative Effekte hinsichtlich der Revaskularisierung von ischämischen Geweben. Doch ist die Verfügbarkeit von autologen Endothelzellen aufgrund einer krankheitsbedingt reduzierten Frequenz im peripheren Blut oder einer verminderten Integrität der endogenen Endothelzell-Populationen eingeschränkt. Hingegen ist es möglich, allogene endotheliale Vorläuferzellen aus der Nabelschnur in zelltherapeutisch relevanten Mengen zu isolieren. In der vorliegenden Arbeit wurden zunächst die Eigenschaften allogener humaner Nabelschnur (NS)-abgeleiteter sog. Endothelial Colony-Forming Cells (ECFCs) mit denen von venösen NS-abgeleiteten Endothelzellen verglichen. Aufgrund der nachgewiesenen Immunogenität von allogenen ECFCs wurde eine weiterführende Strategie zur Reduktion dieser immunogenen Eigenschaften durch die Koapplikation mit Mesenchymalen Vorläuferzellen (MSCs) verfolgt. Humane ECFCs wurden mit MSCs desselben Spenders kombiniert und in funktionellen in vitro- und in vivo-Assays untersucht. Dadurch konnte nachgewiesen werden, dass IFNγ-stimulierte ECFC/MSC-Kokulturen eine reduzierte Expression von HLA-Molekülen zeigen. Entsprechend induzierten spezifische CD8+ T-Zellen eine reduzierte Lyse der kokultivierten ECFCs und MSCs. Die Kokultur von ECFCs und MSCs mit allogenen Immunzellen führte zu einer nahezu vollständigen Inhibition der T-Zell-Proliferation. Um die reduzierte Immunogenität von ECFC und MSC in vivo zu verifizieren, wurden die Zellen in immundefiziente Mäuse injiziert, welche nachfolgend mit humanen PBMCs rekonstituiert wurden. So konnte nachgewiesen werden, dass die Koapplikation von ECFCs und MSCs nicht nur die Entstehung von stabilen Gefäßnetzwerken begünstigt, sondern zudem in den Transplantaten zu einer verringerten Immunzell-Infiltration führte. Die Koapplikation von ECFCs mit MSCs könnte daher eine klinische Nutzung dieser allogenen Quelle für die therapeutische Unterstützung der Vaskularisierung ermöglichen. / Endothelial cell-based therapies promote tissue regeneration and vascularization after ischemic damage. The availability of autologous endothelial progenitor cells is restricted in diseased patients, however therapeutically relevant numbers of allogeneic Endothelial Progenitor Cells can be isolated from an umbilical cord (UC). In the present study, the immunogenic properties of these Endothelial Colony Forming Cells (ECFCs) were first compared to human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). Both cytokine-treated endothelial cells induced CD4+ and CD8+ T cell proliferation after coculture with allogeneic immune cells. So far, the potential interactions between ECFCs and Mesenchymal Stem/Progenitor Cells (MSCs) concerning their immunological features is poorly understood, but we hypothesize that MSCs might improve the immune compatibility and vessel building characteristics of ECFCs. Therefore, human UC-derived ECFC and MSC cocultures from the same donor were analyzed using various functional in vitro and in vivo assays. Stimulation of these cocultures with IFNγ caused strongly reduced expression levels of HLA-molecules compared to ECFC monocultures. The decreased molecular density on the cocultured ECFCs resulted in reduced cytotoxic CD8+ T cell-mediated lysis. Further, during IFNγ stimulation, the combination of ECFCs with MSCs prevented initiation of allogeneic T cell proliferation. To verify this concept in vivo, ECFCs and MSCs were co-transplanted in a humanized allograft mouse model in immunodeficient mice in order to effectively induce stable microvessels. These experiments demonstrate that when MSCs are co-applied with ECFCs, they not only support the formation of stable blood vessels, but also lead to fewer HLA-DR+ human vascular structures and fewer infiltrating human leukocytes. The data presented indicate that crosstalk between UC-derived ECFCs and MSCs might lower the risk of allogeneic ECFC rejection.