Bonn, Universiẗat, Diss., 2008.

Die AML stellt mit einem Anteil von 80 % an den akuten Leukämien bei Erwachsenen eine bedeutende Erkrankung für die Gesellschaft dar. Aufgrund fehlender durchbrechender Erfolge in der Therapieentwicklung liegt die durchschnittliche Fünfjahresüberlebensrate dennoch nur bei etwa 25 %. Der Blick auf die Kraft des Graft-versus-Leukämie-Effekts nach allogener Stammzelltransplantation, eine Langzeitremission der AML erzielen zu können, weist jedoch auf die Immunogenität und Eignung der Erkrankung für neue immuntherapeutische Ansätze hin. Anhand der Kartierung der in-vivo präsentierten MHC-Klasse-I-Peptidome auf AML-Blasten sollten in dieser Arbeit potenziell geeignete Therapietargets identifiziert werden, um eine breitere Anwendung immuntherapeutischer Strategien bei AML-Patienten zu ermöglichen. Auf primären Patientenmaterialien, Zelllinien und benignen Zellen wurden hierzu über eine Immunoaffinitätschromatographie mit nachfolgenden Purifizierungsschritten die MHC-präsentierten Peptide massenspekrometrisch-basiert identifiziert. Zusätzlich erfolgte eine Quantifizierung der Oberflächen- und intrazellulären MHC-Klasse-I-Moleküle der verwendeten Proben durch einen indirekten Immunfluoreszenz-Assay. Unter der Gesamtheit von 17.750 identifizierten nicht-redundanten MHC-Klasse- I-präsentierten Peptiden konnte eine Vielzahl von 5.626 Peptiden mit Präsentationsfrequenzen bis zu 72 % als AML-exklusiv beschrieben werden. Hierunter wurden 240 kryptische Peptide vermeintlich nicht-codierenden Ursprungs identifiziert. Zudem wurden mehrere potenziell CMV-kreuzreaktive AML-Peptide erfasst, die zu der reduzierten Rezidivrate bei CMV-Infektion nach allogener Stammzelltransplantation führen könnten. Bei der MHC-Quantifizierung wiesen die AML-Blasten keine verminderte MHC-Expression auf und stellten sich somit als geeignete Target-Zellen für eine T-Zell-Immuntherapie dar. / AML is a disease with huge society impacts since it represents 80 % of all acute leukemia in adults. However, due to the lack of breakthroughs in the development of new therapies, the average five-year survival rate is only around 25%. The Graft-versus-Leukemia-Effect after allogeneic stem cell transplantation, which can achieve long-term remission in AML-patients, provides evidence for the immunogenicity and therefore suitability of the disease for new immunotherapeutic approaches. The aim of this these is to enable a broader application of immunotherapeutic strategies in AML patients by mapping the in-vivo presented peptidomes of the MHC-class-I-pathway. For this purpose, primary patient materials, cell lines and benign cells were analyzed using immunoaffinity chromatography with several subsequential purification steps and mass-spectrometric-based identification. In addition, the surface and intracellular MHC-class-I-molecules of the samples used were quantified by an indirect immunofluorescence assay. Among the total of 17,750 identified non-redundant MHC-class-I-presented peptides, a large number of 5,626 peptides with presentation frequencies of up to 72% could be described as AML-exclusive. Among them, 240 cryptic peptides of supposedly non-coding origin were identified. In addition, several potentially CMV-cross-reactive AML-peptides were identified. Such a cross reactivity could explain the reduced recurrence rate through CMV infection after allogeneic stem cell transplantation. The MHC-class-I-quantification of the AML-blasts did not show any reduced MHC-expression and would therefore be suitable target cells for T-cell-immunotherapy.

Background: Treatment options for poorly differentiated (PDTC) and anaplastic (ATC) thyroid carcinoma are unsatisfactory and prognosis is generally poor. Lenvatinib (LEN), a multi-tyrosine kinase inhibitor targeting fibroblast growth factor receptors (FGFR) 1-4 is approved for advanced radioiodine refractory thyroid carcinoma, but response to single agent is poor in ATC. Recent reports of combining LEN with PD-1 inhibitor pembrolizumab (PEM) are promising. Materials and methods: Primary ATC (n=93) and PDTC (n=47) tissue samples diagnosed 1997-2019 at five German tertiary care centers were assessed for PD-L1 expression by immunohistochemistry using Tumor Proportion Score (TPS). FGFR 1-4 mRNA was quantified in 31 ATC and 14 PDTC with RNAscope in-situ hybridization. Normal thyroid tissue (NT) and papillary thyroid carcinoma (PTC) served as controls. Disease specific survival (DSS) was the primary outcome variable. Results: PD-L1 TPS≥50% was observed in 42% of ATC and 26% of PDTC specimens. Mean PD-L1 expression was significantly higher in ATC (TPS 30%) than in PDTC (5%; p<0.01) and NT (0%, p<0.001). 53% of PDTC samples had PD-L1 expression ≤5%. FGFR mRNA expression was generally low in all samples but combined FGFR1-4 expression was significantly higher in PDTC and ATC compared to NT (each p<0.001). No impact of PD-L1 and FGFR 1-4 expression was observed on DSS. Conclusion: High tumoral expression of PD-L1 in a large proportion of ATCs and a subgroup of PDTCs provides a rationale for immune checkpoint inhibition. FGFR expression is low thyroid tumor cells. The clinically observed synergism of PEM with LEN may be caused by immune modulation. / Hintergrund: Die therapeutischen Optionen für das gering differenzierte (PDTC) und anaplastische (ATC) Schilddrüsenkarzinom sind limitiert, weshalb diese Erkrankungen überwiegend mit einer schlechten Prognose einhergehen. Lenvatinib (LEN) ist ein Multityrosinkinase-Inhibitor, der unter anderem die Fibroblasten-Wachstumsfaktor-Rezeptoren (FGFR) 1-4 inhibiert und zur Therapie des fortgeschrittenen radiojodrefraktären Schilddrüsenkarzinoms zugelassen ist. Es zeigt sich nur ein geringes Ansprechen auf die Monotherapie bei ATCs, wobei neuere Studien eine therapeutische Überlegenheit der Kombination aus LEN und dem PD-1-Inhibitor Pembrolizumab (PEM) beschreiben. Material und Methoden: Die Expression von PD-L1 wurde in ATC (n=93)- und PDTC (n=47)-Primärtumorgewebe von 1997-2019 aus fünf deutschen (Universitäts-)Kliniken mittels Immunhistochemie analysiert und mit dem Tumor Proportion Score (TPS) quantifiziert. Der Nachweis von FGFR1-4-mRNA wurde bei 31 ATC- und 14 PDTC-Gewebeproben mittels RNAscope In-situ-Hybridisierung quantifiziert. Als Kontrollgruppe wurde normales Schilddrüsengewebe (NT) und Gewebe von papillären Schilddrüsenkarzinomen (PTC) verwendet. Der primäre Endpunkt war das krankheitsspezifische Überleben (DSS). Ergebnisse: Eine PD-L1-Expression mit einem TPS ≥50% konnte in 42% der ATC- und in 26% der PDTC-Proben nachgewiesen werden. Die mediane PD-L1-Expression war in ATC-(TPS 30%) signifikant höher im Vergleich zu PDTC-Proben (5%; p<0,01) und NT (0%; p<0,001). 53% der PDTC-Proben zeigten eine PD-L1-Expression ≤5%. Die Expression von FGFR-mRNA war in allen Proben sehr gering, wobei die kombinierte FGFR1-4-Expression in PDTC- und ATC-Gewebe im Vergleich zu normalem Schilddrüsengewebe signifikant höher war (jeweils p<0,001). Es ergab sich keine Assoziation zwischen der PD-L1- und FGFR1-4-Expression mit dem krankheitsspezifischen Überleben. Schlussfolgerung: Eine hohe PD-L1-Expression in einem großen Anteil der ATCs und einem Viertel der PDTCs, könnte auf eine Rationale zur Therapieentscheidung für Immuncheckpoint-Inhibioren hinweisen. Die FGFR-Expression war in allen Schilddrüsenkarzinomen sehr gering. Der klinisch beobachtete Synergismus von PEM und LEN könnte durch immunmodulatorische Effekte hervorgerufen werden.

Brustkrebs ist die häufigste diagnostizierte Krebserkrankung weltweit. Trotz der vielfältigen Behandlungsmöglichkeiten endet die Diagnose Brustkrebs in vielen Fällen noch immer tödlich. Aus diesem Grund ist die Entwicklung neuer Therapieansätze wichtig. Ein Therapieansatz, der in den letzten zehn Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen hat, ist die Immuntherapie. Allerdings konnte sie bei Brustkrebs noch keine großen Erfolge erzielen. Ursache hierfür ist die geringe Immunzellinfiltration in Brusttumoren. Um Brustkrebs für Immuntherapie empfänglicher zu machen, müssten Immuntherapeutika in Kombination mit Medikamenten angewendet werden, die die Immunzellinfiltration steigern. Um die Wirksamkeit solcher Medikamente in präklinischen Studien zu testen, braucht es eine Methode, mit der man die T-Zellverteilung innerhalb des Tumors darstellen kann. Für umfassendes Verständnis ist dreidimensionale Darstellung der Zellen im Tumor notwendig, da es einen großen Unterschied macht, ob sich die T-Zellen im Tumorstroma oder in unmittelbarer Nähe zu den Tumorzellen befinden. Die starke Fibrotisierung der Extrazellulären Matrix, die typisch für Brusttumoren ist, erschwert nicht nur die Immunzellinfiltration, sondern auch die Diffusion der fluoreszierenden Antikörper ins Gewebe. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, um im dreidimensionalen CD4 und CD8-positive T-Zellen in Brusttumoren darzustellen. Dies gelang mittels Immunfluoreszenzfärbung und anschließender dreidimensionaler Aufnahme mithilfe optischer Sektionierung am Lichtblattmikroskop. Erreicht wurde dies durch deutliche Erhöhung der Inkubationszeiten, aggressive Permeabilisierung des Gewebes, Testen unterschiedlicher Antikörper bzw. Antikörperkombinationen und Entfärbung sowie Klärung des Tumorgewebes. Darüber hinaus konnten erste Schritte in der nachträglichen Bearbeitung der Aufnahmen inklusive Rekonstruktion der Zellen gemacht werden. Für die Anwendung des Verfahrens in Studien zur Medikamentenwirksamkeit ist noch weitere Optimierung notwendig. / Breast cancer is the most frequently diagnosed cancer worldwide. Despite the wide range of treatment options available, the diagnosis of breast cancer is still fatal in many cases. For this reason, the development of new therapeutic approaches is important. One therapeutic approach that has become increasingly important in the last ten years is immunotherapy. However has not yet been very successful in breast cancer. The reason for this is the low level of immune cell infiltration in breast tumours. To make breast cancer more receptive to immunotherapy, immunotherapeutics could be used in combination with drugs that increase immune cell infiltration. In order to test the efficacy of such drugs in preclinical studies, a method is needed that can be used to visualise the T cell distribution within the tumour. For a comprehensive understanding, three-dimensional visualisation of the cells in the tumour is necessary, as it makes a big difference whether the T cells are located in the tumour stroma or in close proximity to the tumour cells. The strong fibrotisation of the extracellular matrix, which is typical of breast tumours, not only makes T cell infiltration, but also the diffusion of the fluorescent antibodies into the tissue difficult. In the course of this work, a method was developed to visualise CD4 and CD8-positive T cells in breast tumours in three dimensions. This was achieved by significantly increasing incubation times, aggressive permeabilisation of the tissue, testing different antibodies and antibody combinations and decolourisation as well as clarification of the tumour tissue. In addition, the first steps were taken in the subsequent processing of the images, including reconstruction of the cells. However further optimisation is still required before the method can be used in drug efficacy studies.

Ziel der Arbeit ist unter anderem die Entwicklung von Vakzinen gegen maligne Neoplasien auf der Basis von attenuierten Bakterien. Sie dienen hierbei als Träger von tumorspezifischen Antigenen. Diese können mit Hilfe des E. coli Hämolysin-a-Sekretionssystems von Salmonella-Bakterienstämmen sezerniert werden und eine spezifische Immunreaktion induzieren. Sowohl die Gene, die für das Sekretionssystem kodieren als auch die Gensequenzen des tumorspezifische Antigens sind bei dem Projekt auf dem detailliert beschriebenen Antigendelivery Plasmid pMO kodiert. Die bis dato angewandte Methode der pMO-Plasmidstabilisierung mit Hilfe von Antibiotikaresistenzgenen beinhaltet jedoch zahlreiche, beschriebene Probleme und wird seitens der Behörden in Impfstämmen zunehmend restriktiv gehandhabt. Im Rahmen der Entwicklung eines bakteriellen Tumorimpfstoffes war es daher das Ziel dieser Arbeit ein System zur Stabilisierung des Antigendelivery Plasmids pMO zu etablieren, das auf den Einsatz von Antibiotikaresistenzgenen verzichtet. / Development of a system to stabilize plasmids in bacteria, by using a balanced lethal system, Development of tumor vaccines by using Salmonella bacteria

Charakterisierung und Weiterentwicklung eines Systems zur antibiotikafreien Plasmidstabilisierung und Sekretion heterologer Antigene über das Hämolysin a-Sekretionssystem in attenuiereten Salmonella-Stämmen. Ziel ist die Entwicklung tumorspezifischer Vakzine. / Characterization and further development of a system for antibiotic-free plasmid stabilization in attenuated salmonella strains and secretion-enabling of heterologous antigens via the hemolysin a-secretion system. Goal is the development of tumor-specific vaccines.

The advances in genetic engineering have enabled us to confer T cells new desired functions or delete their specific undesired endogenous properties for improving their antitumor function. Due to their efficient gene delivery, viral vectors have been successfully used in T-cell engineering to provide gene transfer medicinal products for the treatment of human disease. One example is adoptive cell therapy with T cells that were genetically modified with gamma-retroviral and lentiviral (LV) delivery vectors to express a CD19-specific chimeric antigen receptor (CAR) for cancer treatment. This therapeutic approach has shown remarkable results against B-cell malignancies in pilot clinical trials. Consequently, there is a strong desire to make CAR T cell therapy scalable and globally available to patients. However, there are persistent concerns and limitations with the use of viral vectors for CAR T cell generation with regard to safety, cost and scale of vector production. In order to address these concerns, we aimed to improve non-viral gene transfer and genome editing tools as an effective, safe and broadly applicable alternative to viral delivery methods for T-cell engineering. In the first part of the study, we engineered CAR T cells through non-viral Sleeping Beauty (SB) transposition of CAR genes from minimalistic DNA vectors called minicircles rather than conventional SB plasmids. This novel approach dramatically increased stable gene transfer rate and cell viability and resulted in higher yield of CAR+ T cells without the need of long ex vivo expansion to generate therapeutic doses of CAR+ T cells. Importantly, CD19-CAR T cells modified by MC-based SB transposition were equally effective as LV transduced CD19-CAR T cells in vitro and in a murine xenograft model (NSG/Raji-ffLuc), where a single administration of CD8+ and CD4+ CAR T cells led to complete eradication of lymphoma and memory formation of CAR T cells after lymphoma clearance. To characterize the biosafety profile of the CAR T cell products, we did the most comprehensive genomic insertion site analysis performed so far in T cells modified with SB. The data showed a close-to-random integration profile of the SB transposon with a higher number of insertions in genomic safe harbors compared to LV integrants. We developed a droplet digital PCR assay that enables rapid determination of CAR copy numbers for clinical applications. In the second part of the study, we ablated expression of PD-1, a checkpoint and negative regulator of T cell function to improve the therapeutic index of CAR T cells. This was accomplished using non-viral CRISPR/Cas9 via pre-assemble Cas9 protein and in vitro-transcribed sgRNA (Cas9 RNP). Finally, we combined our developed Cas9 RNP tool with CAR transposition from MC vectors into a single-step protocol and successfully generated PD-1 knockout CAR+ T cells. Based on the promising results achieved from antibody-mediated PD-1 blockade in the treatment of hematological and solid tumors, we are confident that PD-1 knockout CAR T cells enhance the potency of CAR T cell therapies for treatment of cancers without the side effects of antibody-based therapies. In conclusion, we provide a novel platform for virus-free genetic engineering of CAR T cells that can be broadly applied in T-cell cancer therapy. The high level of gene transfer rate and efficient genome editing, superior safety profile as well as ease-of-handling and production of non-viral MC vectors and Cas9 RNP position our developed non-viral strategies to become preferred approaches in advanced cellular and gene-therapy. / Die Fortschritte des genetischen Engineerings erlauben uns, T-Zellen neue, erwünschte Funktionen zu verleihen oder ihnen bestimmte, unerwünschte endogenen Eigenschaften zu nehmen, um ihre Antitumorfunktion zu verbessern. Aufgrund ihrer Effizienz im Gentransport, werden virale Vektoren für das TZellengineering verwendet, um gentransferierte, medizinische Produkte zur Behandlung humaner Krankheiten herzustellen. Ein Beispiel hierfür ist die adoptive Zelltherapie mit T-Zellen, die mit gamma-retroviralen und lentiviralen (LV) Vektoren genetisch modifiziert wurden, so dass sie einen CD19-spezifischen chimären Antigenrezeptor (CAR) exprimieren. In klinischen Pilotstudien zu B-Zellerkrankungen zeigte dieser therapeutische Ansatz bereits beachtliche Erfolge. Hieraus resultiert das Bestreben, die CAR-T-Zelltherapie für Patienten skalierbar und weltweit zugänglich zu machen. Aufgrund gesundheitlicher Risiken, finanzieller Kosten und dem Umfang der Vektorenproduktion bestehen jedoch anhaltende Bedenken und Grenzen bezüglich der Verwendung viraler Vektoren für die Herstellung von CAR-T-Zellen. Um diese Problematiken zu umgehen, beabsichtigten wir, den nicht-viralen Gentransfer sowie genomverändernde Techniken soweit zu verbessern, dass sie als eine effiziente, sichere und umfassend einsetzbare Alternative zum virusbasierten T-Zellengineering verwendet werden können. Im ersten Teil dieser Arbeit stellten wir durch die Sleeping Beauty (SB) Transposition von CAR-Genen auf minimalistischen DNA Vektoren (sogenannten Minicircles) CART-Zellen her. Die Minicircles wurden anstelle von konventionellen SB Plasmiden verwendet. Mithilfe dieser neuen Vorgehensweise wurden die Rate des stabilen Gentransfers sowie das Überleben der Zellen drastisch erhöht und führte zu einer gesteigerten Rate an CAR+ T-Zellen, ohne dass eine langwierige ex vivo Expansion zur Herstellung therapeutisch relevanter CAR-T-Zelldosen nötig wurde. CD19-CART-Zellen, die mit MC-basierter SB-Transposition modifiziert wurden, zeigten in vitro und in einem murinen Xenograftmodell (NSG/Raji-ffLuc) eine vergleichbar hohe Effizienz, wie LV-transduzierte CD19-CAR-T-Zellen. Hierbei genügte eine einzige Verabreichung von CD4+ und CD8+ CAR-T-Zellen für eine komplette Eliminierung des Lymphoms und der anschließenden Gedächtnisbildung von CAR-T-Zellen. Um die Biosicherheit der CAR-T-Zellprodukte zu charakterisieren, führten wir die bislang umfassendste vergleichende Analyse von Genominsertionsstellen nach SB-basierter Modifikation von T-Zellen durch. Im Vergleich zur LV Integration zeigten diese Daten ein beinahe zufälliges Integrationsmuster des SB Transposons mit höheren Integrationsraten in genomisch „sicheren Häfen“. Wir entwickelten eine Analyse basierend auf digitaler Tröpfchen-PCR, um eine rasche Ermittlung der Anzahl an CAR-Genkopien in klinischen Anwendungen zu ermöglichen. Im zweiten Teil der Arbeit verminderten wir die Expression von PD-1, einer Prüfstelle und negativen Regulator der T-Zellfunktion, um den therapeutischen Index der CART- Zellen zu verbessern. Dies wurde durch die Verwendung eines nicht-viralen CRISPR/Cas9, durch das Zusammensetzen von Cas9 Protein und in vitrotranskribierter sgRNA (Cas9 RNP), erzielt. Schließlich verwendeten wir unsere entwickelte Cas9 RNP-Technik in Kombination mit CAR-Transposition von MCVektoren, um PD-1-knock out, CAR-positive T-Zellen herzustellen. Da die antikörperbasierte PD-1-Blockade in der Behandlung hämatologischer und solider Tumore vielversprechende Ergebnisse zeigt, sind wir zuversichtlich, dass PD-1-knock out CAR-T-Zellen die Effizienz von CAR-T-Zelltherapien verschiedener Krebsarten verbessern können und dabei die Nebenwirkungen der antikörperbasierten Therapien umgehen. Wir zeigen in der vorliegenden Arbeit Möglichkeiten mit virusfreien, gentechnischen Methoden CAR-T-Zellen herzustellen, die in der T-Zellkrebstherapie umfassend Anwendung finden können. Das hohe Level der Gentransferraten und der effizienten Genomeditierung, ein zu bevorzugendes Sicherheitsprofil sowie die einfache Handhabung und Produktion nichtviraler MC-Vektoren und Cas9 RNP machen es möglich, dass unser neuentwickelter, nichtviraler Ansatz zu einer bevorzugten Herangehensweise in der künftigen Zell- und Gentherapie werden kann.

Background: Birch pollen is an important outdoor allergen able to aggravate symptoms in atopic dermatitis (AD). Specific immunotherapy (SIT), an established procedure for allergic airway diseases, might also represent an attractive therapeutic option for the causal treatment of allergen-triggered cutaneous symptoms in these patients. Studies with house dust mite SIT have already shown beneficial effects in AD patients, whereas the safety and efficacy of SIT with birch pollen extract in AD patients have not been studied so far. The aim of this study was to evaluate for the first time the safety and efficacy of SIT with a depigmented polymerized birch pollen extract in AD patients. Methods: Fifty-five adult patients with moderate-to-severe AD and clinically relevant sensitization to birch pollen received SIT for 12 weeks. SIT was continued during birch pollen season. The assessment of safety, the total SCORAD value, and the Dermatology Life Quality Index (DLQI) were evaluated. Results: The median total SCORAD value was reduced by 34% (p < 0.001) during the course of treatment and the mean DLQI improved by 49% (p < 0.001) despite strong simultaneous birch pollen exposure. Eight patients (14.5%) developed systemic reactions and 19 patients (34.5%) developed local reactions which were of mild intensity in most cases. No patient discontinued the study prematurely due to adverse drug reactions. Coseasonal treatment was well tolerated. Conclusion: SIT with a depigmented polymerized birch pollen extract leads to significant improvement of the SCORAD value and the DLQI in patients suffering from moderate-to-severe AD sensitized to birch pollen. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Tübingen, Univ., Diss., 2004.

Die Hymenopterengiftallergie ist eine IgE-vermittelte Überempfindlichkeit, welche innerhalb der Allgemeinbevölkerung weit verbreitet ist und im Rahmen einer Anaphylaxie lebensbedrohlich werden kann. Geht die Reaktion auf einen Insektenstich über Symptome im Bereich der Einstichstelle hinaus spricht man von systemischen oder anaphylaktischen Reaktionen. Insektengift ist im Kindesalter mit 20,2 % der zweithäufigste Auslöser einer Anaphylaxie. Bei mittel- bis schwergradigen allergischen Stichreaktionen (Grad II-IV nach Ring und Messer) ist die Spezifische Immuntherapie (SIT) indiziert, welche als einzige kausale Therapie zur Verfügung steht. Die SIT ist ein Verfahren welches durch schrittweise Desensibilisierung eine Allergentoleranz induziert. Während der Ablauf und die Wirksamkeit der SIT mittlerweile recht gut erforscht sind, gibt es bislang wenige Erkenntnisse über den Langzeitverlauf der Hymenopterengiftallergie nach Therapieabschluss bei pädiatrischen Patienten. Ziel dieser Arbeit war es das Langzeitoutcome von Kindern und Jugendlichen mit Hymenopterengiftallergie nach SIT, sowie die Einhaltung von Anaphylaxieleitlinien im Hinblick auf Notfallsets und Wissensstand der Patienten zu untersuchen.