In spite of the progress made in deciphering regulatory networks of cancer cells on the molecular level, the interaction of tumour cells with their stroma has not been adequately analyzed. Earlier, we have addressed the hypothesis that the murine embryonic microenvironment can induce the differentiation of human tumour cells. To examine such interactions, human leukaemic AML cells were injected into pre-implantation murine blastocysts at embryonic day 3.5 of gestation. Analysis of developing mice revealed the presence of human AML cells in chimaeric embryos and adults and the appearance of haematopoietic differentiation markers on progeny of injected human AML cells. This finding strengthens the notion that the embryonic microenvironment is capable of regulating the proliferation and differentiation of leukaemic AML cells. Based on these results, I embarked to analyse the consequences of stromal environment-induced changes in human AML cells upon in vitro coculture with selected haematopoietic stromal cell lines in terms of changes in differentiation and proliferation properties of AML cells. For this purpose, established human AML cell lines were cocultured on a variety of mitotically inactivated stromal cell lines derived from different murine embryonic/foetal haematopoietic sites such as yolk sac, aorta-gonad-mesonephros (AGM) region and foetal liver. To score for coculture-induced changes, I compared the morphology, histo-chemical properties, immunophenotype, proliferation rate, and gene expression profile in cocultured and non-cocultured AML cells. Results show that, upon coculture of Kasumi-1 cells- a cell line established from a FAB class M2 patient - with AGM-derived DAS 104-4, but not with other stromal cell lines, Kasumi-1 AML cells exibit decreased proliferation and colony formation capabilities and acquire differentiated morphologies. Along this line, coculturing of Kasumi-1 cells resulted in the up-regulation of the myelo-monocytic lineage cell surface markers CD11b and CD14. Coculture also resulted in increase in lysosomal marker CD68, a hallmark of myeloid differentiation. Interestingly, apart from cell lines, coculture on DAS 104-4 stroma was also efficient in inducing myeloid differentiation of patient derived primary M2-AML cells. Moreover, cocultivation of KG-1 cell line on DAS 104-4 showed activation of -globin transcription and up-regulation of Glycophorin A on its surface, which indicate DAS 104-4 coculture-induced erythroid differentiation of KG-1 cells. Analysis of the proliferation rate of Kasumi-1 cells using the CFSE retention assay revealed that upon cocultivation on DAS 104-4, but not on NIH 3T3 cells, there is a decrease both in the proliferation rate and in the frequency of colony forming cells in clonogenic methyl cellulose cultures. Cell cycle analysis revealed the coculture-induced accumulation of G1-G0 stage cells. Gene-expression analysis by quantitative RT-PCR revealed a substantial decrease in the amount of AML1 and AML1-ETO fusion transcripts in parallel with an increase in p16, p21, C/EBP and PU.1 transcription levels. Interestingly, AML1-ETO transcription down-regulation of AML cells needs direct contact with DAS 104-4 cells. Knocking down AML1-ETO expression by siRNA strategy led to reduction in proliferation and depletion of colony forming cells in Kasumi1 cell population. siRNA-mediated AML1-ETO knock-down Kasumi-1 cells showed increased susceptibility to stroma-induced myeloid differentiation. However, on its own, AML1-ETO down-regulation was not sufficient to induce myeloid differentiation. This indicates that AML1-ETO down-regulation may have an active role on the coculture-induced effect but in addition to AML1-ETO down-regulation, further stimuli are required for the coculture-induced myeloid differentiation in the AML cells. In summary, in the present study I established and characterised a coculture-based in vitro system, which is capable of reducing the proliferation while inducing differentiation of human AML cells. The concept emerging from the studies indicates that the stroma environment can affect leukaemic cell proliferation and differentiation in contact-dependent and CD44 activation-independent manner. Furthermore, this study emphasizes the role of AML1-ETO in AML and indicates that AML1-ETO down-regulation is involved in the stroma-induced differentiation of Kasumi-1 cells. The result described here encourages further investigation into the mechanistic details of molecular and cellular interactions between the leukaemic cells and their stroma, which in turn may lead to the identification of new paradigms for a knowledge-based control and reprogramming of leukaemic cells. / Neuere Erkenntnisse in der Tumorforschung belegen, dass die Mikroumgebung neben anderen Faktoren eine bedeutende Komponente im komplexen regulatorischen Netzwerk von Tumorzellen darstellt. Doch obwohl in den letzten Jahren große Fortschritte hinsichtlich des molekularen Verständnisses der Tumorzell-Regulation gemacht wurden, wurden die Interaktionen zwischen Tumor- und Stromazellen bislang nur unzureichend analysiert. In früheren Untersuchungen stellten wir die Hypothese auf, dass die murine embryonale Mikroumgebung humane Tumorzellen zur Differenzierung anregen kann. Um diese Wechselwirkungen zu untersuchen, wurden humane AML-Zellen in murine Blastozysten injiziert und diese in scheinträchtige Ammentiere implantiert. Humane Zellen konnten sowohl in den sich entwickelnden Embryonen als auch in daraus hervorgegangenen adulten Tieren nachgewiesen werden. Außerdem exprimierten die Nachkommen der injizierten AML-Zellen hämatopoetische Differenzierungsmarker. Diese Beobachtungen unterstützen die Hypothese, dass die embryonale Mikroumgebung in der Lage ist, die Proliferation und Differenzierung humaner Leukämiezellen zu beeinflussen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen habe ich damit begonnen, die Stroma-vermittelten Veränderungen in humanen AML-Zellen hinsichtlich ihres Proliferations- und Differenzierungsverhaltens in einem in vitro Kokultur-System zu untersuchen. Hierzu wurden etablierte humane AML-Zelllinien mit verschiedenen murinen Stromazelllinien kokultiviert, die embryonalen hämatopoetisch aktiven Geweben (Dottersack, Aorta-Gonaden-Mesonephros-Region, foetale Leber) entstammen. Anschließend wurden verschiedene Parameter, wie Morphology, Histochemie, Immunphänotyp, Proliferationsrate und Expression bestimmter Gene, kokultivierter und nicht kokultivierter AML-Zellen verglichen. Die Ergebnisse zeigen für Kasumi-1 Zellen, eine etablierte humane Leukämie-Zelllinie vom AML FAB-Typ M2, dass die Kokultur mit DAS 104-4, einer murinen Sromazelllinie, die der AGM-Region entstammt, eine Reduzierung der Proliferations- und Koloniebildungs-Fähigkeit hervorruft und sich die Morphologie der AML-Zellen in Richtung eines differenzierteren Zelltyps ändert. Übereinstimmend damit können nach Kokultur die myelo-monozytären Differenzierungsmarker CD11b und CD14 auf der Oberfläche der Kasumi-1-Zellen nachgewiesen werden. Die Kokultur führte ebenfalls zu einer Zunahme des lysosomalen Markers CD68, der ebenfalls eine myeloide Differenzierung kennzeichnet. Bemerkenswert ist, dass DAS 104-4 Stromazellen in der Lage sind, myeloide Differenzierung auch in primären M2-AML-Zellen aus einem leukämischen Patienten zu induzieren. Außerdem wurde in KG-1 AML Zellen nach Kokultur mit DAS 104-4 eine Aktivierung der -Globin-Transkription und eine verstärkte Glycophorin-A-Expression beobachtet, was auf eine Differenzierung der KG-1-Zellen in Richtung erythroide Linie hindeutet. Untersuchungen zur Proliferationsfähigkeit von Kasumi-1-Zellen mittels CFSE-Retentions-Messungen ergaben, dass nach Kokultur mit DAS 104-4 - nicht aber mit NIH 3T3-Kontrollzellen - die Zellteilungsrate vermindert ist. Gleiches gilt für die Koloniebildungs-Kapazität in Methylzellulose-Kulturen. Zellzyklus-Analysen zeigen eine kokulturinduzierte Akkumulation der AML-Zellen im G1-G0 Stadium. Genexpressionsanalysen mit Hilfe quantitativer RT-PCR verweisen auf eine deutlich herabgesetzte Transkription von AML1 und dem AML1-ETO-Fusionsgen, verbunden mit einem Anstieg der p16-, p21-, C/EBP und PU.1-Transkription. Interessanterweise ist die Abnahme von AML1-ETO Transkripten abhängig vom direkten Zellkontakt zwischen AML- und DAS 104-4-Zellen. Wird die AML1-ETO-Expression nach Einsatz spezifischer siRNA herunter reguliert, führt dies zu einer verminderten Proliferation und zur Depletion koloniebildender Zellen innerhalb der Kasumi-1-Population. Außerdem bewirkt der siRNA-vermittelte knockdown von AML1-ETO eine höhere Empfänglichkeit der Kasumi-1-Zellen für die Stroma-induzierte myeloide Differenzierung. Die Verringerung von AML1-ETO Transkripten allein hat allerdings keinen differenzierenden Effekt. Diese Beobachtungen sprechen dafür, dass AML1-ETO zwar aktiv an der kokultur-vermittelten Reaktion beteiligt ist, dass aber zusätzliche Stimuli nötig sind, um myeloide Differenzierung in den AML-Zellen auszulösen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass in der vorliegenden Arbeit ein Kokultur-basiertes in vitro System entwickelt und charakterisiert wurde, das in der Lage ist, die Proliferationsfähigkeit von humanen AML-Zellen zu senken und ihre Differenzierung in die myeloide Linie zu induzieren. Aus den dargestellten Ergebnissen lässt sich schließen, dass das umgebende embryonale Stroma die Proliferation und Differenzierung leukämischer Zellen beeinflussen kann. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind abhängig vom direkten Kontakt zwischen Stroma- und AML-Zellen. Eine CD44-Aktivierung konnte nicht beobachtet werden. Weiterhin liefert die vorliegende Arbeit Hinweise darauf, dass die Verminderung der AML1-ETO-Transkription ein bedeutendes, jedoch nicht das allein auslösende, Ereignis der stroma-induzierten Differenzierung von Kasumi-1-Zellen darstellt. Die hier beschriebenen Resultate regen zu weiterführenden Untersuchungen an, die Aufschluss über zelluläre und molekulare Details der Interaktionen zwischen Leukämischen und Stromazellen geben sollen. Neue Erkenntnisse über die beteiligten Mechanismen könnten den Ansatz bieten, der es erlaubt, leukämische Zellen aktiv zu kontrollieren und zu reprogrammieren.

Der orale Tyrosinkinaseinhibitor (TKI) Imatinib wurde 2002 zur Behandlung der chronischen myeloischen Leukämie (CML) zugelassen und ist als „targeted therapy“, die sich gegen das die Erkrankung in den meisten Fällen verursachende BCR/ABL1-Fusionsprotein richtet, als Meilenstein in der Therapie der CML zu sehen. Neben verschiedenen unerwünschten Arzneimittelwirkungen (UAW) stellt auch eine niedrige Rate der Adhärenz, also der Übereinstimmung des Patientenverhaltens mit den Empfehlungen der behandelnden Ärzte, ein entscheidendes Problemfeld im klinischen Einsatz von Imatinib dar. Zusätzlich zu persönlichen Eigenschaften des Patienten und speziellen Merkmalen der Erkrankung spielt hierbei unter anderem auch die Interaktion zwischen Arzt und Patient eine herausragende Rolle. Fälschlicherweise wird bei Patienten mit einer malignen Neoplasie prinzipiell von adhärentem Verhalten ausgegangen; mangelnde Patientenschulung oder Arzneimittelinteraktionen führen jedoch häufig zu Nonadhärenz mit zum Teil lebensbedrohlichen Folgen. So postuliert etwa die 2009 von Noens et al. veröffentlichte ADAGIO-Studie bei lediglich 14,2 % der Patienten unter TKI Therapie bei CML ein absolut adhärentes Verhalten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich in diesem Kontext schwerpunktmäßig mit steuerbaren Einflussfaktoren wie Copingstrategien und dem Wissensstand der Patienten über die Therapie ihrer Erkrankung. Hierzu wurde bei 37 in einer universitären Spezialambulanz behandelten CML-Patienten (21 Männer und 16 Frauen mit einem mittleren Alter von 59 Jahren) zunächst mittels des „Basel Assessment of Adherence Scale with Immunosuppressive Medication“ (BAASIS) die Adhärenz unter Imatinib erhoben. Dabei ergab sich eine Adhärenzrate von 49 %, die niedrig, aber tendenziell höher als erwartet ausfiel. Bei einer moderateren Definition von adhärentem Verhalten zeigt sich sogar eine Adhärenzrate von 84 %. Eine Auswertung des „Freiburger Fragebogens zur Krankheitsverarbeitung“ im selben Patientenkollektiv verdeutlicht wie wichtig ein stabiles Arzt-Patienten-Verhältnis ist, auch wenn keine signifikante Korrelation zwischen positivem Coping und adhärentem Verhalten gezeigt werden konnte. Bisher in diesem Rahmen wenig erforscht ist die Angst vor einem Fortschreiten der Erkrankung, die mit dem Progredienzangst-Fragebogen von Herschbach erfasst werden kann. Von dieser Angst ist die Mehrheit der Studienteilnehmer betroffen (73 % mittleres Ausmaß, 16 % hohes Ausmaß an Progredienzangst). Vermutlich bedingt durch die kleine Stichprobengröße ließ sich auch hier keine signifkante Korrelation zur Adhärenz herstellen. Mit einem p-Wert von 0,003 zeigt sich jedoch ein statistisch signifikanter Zusammenhang zwischen maladaptiven Copingstrategien („Bagatellisierung und Wunschdenken“) und verstärkter Progredienzangst. Auch bei depressiven Verarbeitungsstrukturen lässt sich die Tendenz zu einer Korrelation erkennen (p-Wert 0,06). Neben einem Progress der Erkrankung ist die Angst vor unerwünschten Nebenwirkungen für Patienten von großer Bedeutung. Insbesondere bei den – selbst in der moderateren Auslegung des BAASIS – nonadhärenten Patienten zeigt sich eine signifikante Korrelation (p-Wert 0,023). Dadurch wird der Stellenwert einer guten Aufklärung und Schulung der Patienten deutlich, vor allem da Patienten ihr konkretes Wissen bezüglich Krankheit und Therapie oft zu überschätzen scheinen. Abschließend bleibt festzuhalten, dass eine Förderung adhärenten Verhaltens auch bei onkologischen Patienten von enormer Bedeutung ist. Besonders zu berücksichtigende Themen sind Verarbeitungsstrategien, der Umgang mit Ängsten sowie die Information und Schulung der Patienten. / The oral tyrosine kinase inhibitor imatinib was approved for the treatment of chronic myeloid leukemia (CML) in 2002 and is said to be a milestone in the treatment of CML, as it is a targeted therapy that addresses the BCR/ABL1 fusion protein which causes the disease in most cases. Besides unwanted side effects a low rate of adherence, i.e. the correspondence of a patient’s behaviour with recommendations of the attending physicians, are important themes in the clinical use of imatinib. In addition to personal traits of the patient and special characteristics of the disease, the interaction between physician and patient plays an outstanding role. Misleadingly one tends to assume adherent behaviour in patients with a malignant neoplasia; a lack of patients’ education or drug interactions often lead to nonadherence with to some extent life-threatening consequences. Noens and colleagues postulate perfectly adherent behaviour regarding the TKI therapy only for 14.2 % of CML patients in their 2009 published ADAGIO study. In this context the present work deals mainly with modifiable parameters like coping strategies and the patients’ knowledge about the treatment of their disease. For this the adherence to imatinib was measured with the “Basel Assessment of Adherence Scale with Immunosuppressive Medication” (BAASIS) in 37 outpatients (21 men and 16 women with a mean age of 59 years) treated for CML. The result was an adherence rate of 49 %, which was low but tended to be higher than expected. Applying a more moderate definition of adherent behaviour we even got an adherence rate of 84 %. The analysis of the “Freiburg Questionnaire on Coping with Illness” among these patients makes clear how important a stable relationship between patient and physician is, even though no significant correlation between positive coping and adherent behaviour could be demonstrated. So far there is little research about the fear of progression, which can be assessed with the “Fear of Progression Questionnaire” by Herschbach. This fear affects the majority of the study’s participants (73 % moderate level, 16 % high level of fear of progression). Probably because of the small sample size no significant correlation to adherence could be shown also in this case. However with a p-value of 0.003 there was a statistically significant correlation between maladaptive coping strategies (“extenuation and wishful thinking”) and increased fear of progression. Also for depressive coping a tendency to association can be seen (p-value 0.06). Besides the progress of the disease the fear of unwanted side effects is of big importance to the patients. Particularly for the – even with the moderate interpretation of the BAASIS – nonadherent patients a significant correlation is shown (p-value 0.023). Thereby the value of good education and instructions becomes apparent, especially as patients seem to overestimate their precise knowledge about the disease and the treatment. It remains to be noted that encouragement to adherent behaviour is of enormous relevance also with oncological patients. In particular to consider are coping strategies, dealing with fears as well as the information and education of the patients.

Wilms tumor protein 1 (WT1) is a suitable target to develop an immunotherapeutic approach against high risk acute myeloid leukemia (AML), particularly their relapse after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT). As an intracellular protein traversing between nucleus and cytoplasm, recombinant expression of WT1 is difficult. Therefore, an induction of WT1-specific T-cell responses is mostly based on peptide vaccination as well as dendritic cell (DC) electroporation with mRNA encoding full-length protein to mount WT1-derived peptide variations presented to T cells. Alternatively, the WT1 peptide presentation could be broadened by forcing receptor-mediated endocytosis of DCs. In this study, antibody fusion proteins consisting of an antibody specific to the human DEC205 endocytic receptor and various fragments of WT1 (anti-hDEC205-WT1) were generated for a potential DC-targeted recombinant WT1 vaccine. Anti-hDEC205-WT1 antibody fusion proteins containing full-length or major parts of WT1 were not efficiently expressed and secreted due to their poor solubility and secretory capacity. However, small fragment-containing variants: anti-hDEC205-WT110-35, anti-hDEC205-WT191-138, anti-hDEC205-WT1223-273, and anti-hDEC205-WT1324-371 were obtained in good yields. Since three of these fusion proteins contain the most of the known immunogenic epitopes in their sequences, the anti-hDEC205-WT191-138, anti-hDEC205-WT1223-273, and anti-hDEC205-WT1324-371 were tested for their T-cell stimulatory capacities. Mature monocyte-derived DCs loaded with anti-hDEC205-WT191-138 could induce ex vivo T-cell responses in 12 of 16 blood samples collected from either healthy or HSC transplanted individuals compared to included controls (P < 0.01). Furthermore, these T cells could kill WT1-overexpressing THP-1 leukemia cells in vitro after expansion. In conclusion, alongside proving the difficulty in expression and purification of intracellular WT1 as a vaccine protein, our results from this work introduce an alternative therapeutic vaccine approach to improve an anti-leukemia immune response in the context of allogeneic HSCT and potentially beyond. / Für die Entwicklung eines immuntherapeutischen Ansatzes zur Behandlung von hoch Risikopatienten mit akuter myeloischer Leukämie (AML) und insbesondere zur Vorbeugung von Rezidiven nach allogener Stammzelltransplantation (SZT) stellt das Wilms-Tumor-Protein 1 (WT1) ein geeignetes Angriffsziel dar. Die rekombinante Expression von WT1, welches als Transkriptionsfaktor vom Zytosol in den Zellkern transloziert, gestaltet sich äußerst schwierig. WT1-spezifische T-Zellantworten werden daher hauptsächlich mittels Peptidvakzinierung oder Transfektion dendritischer Zellen (DC) mit mRNA, welche das vollständige WT1-Protein kodiert, herbeigeführt. Letzterer Ansatz bietet den Vorteil, dass passierenden T-Zellen eine größere Vielfalt an WT1-Peptidvarianten präsentiert werden kann. Eine verbesserte Peptidpräsentation kann außerdem über eine Optimierung der Rezeptor-vermittelten Endozytose der DCs erzielt werden. Ziel der folgenden Arbeit war es, ein rekombinantes DC-gerichtetes WT1-Vakzin zu entwickeln. Dazu wurden anti-hDEC205-WT1-Fusionsproteine, bestehend aus einem Antikörper gegen den humanen DEC205-Endozytoserezeptor und verschiedenen WT1-Fragmenten, konstruiert. Während sich Fusionsproteine, die das vollständige WT1-Protein oder große Teile dessen beinhalteten, aufgrund ihrer schlechten Löslichkeit und schwachen Sekretion kaum exprimieren und aufreinigen ließen, lieferte die Produktion der Fusionsproteine mit kürzeren WT1-Fragmenten, anti-hDEC205-WT110-35, anti-hDEC205-WT191-138, anti-hDEC205-WT1223-273 und anti-hDEC205-WT1324-371, sehr gute Ausbeuten. Da letztere drei Proteine die meisten bislang bekannten immunogenen WT1-Peptide in ihrer Sequenz enthalten, wurde anschließend ihre Fähigkeit zur T-Zellstimulation untersucht. Dabei konnte in 12 von 16 Blutproben, die entweder von gesunden Spendern oder SZT-Patienten stammten, gezeigt werden, dass mit anti-hDEC205-WT191-138 beladene, reife, aus Monozyten generierte DCs ex vivo signifikant stärkere T-Zellantworten auslösen als die jeweils mitgeführten Kontrollen (P < 0.01). Nach Expansion waren die so aktivierten WT1-spezifischen T-Zellen sogar in der Lage, die WT1-überexprimierende AML-Zelllinie THP-1 in vitro zu lysieren. In der vorliegenden Arbeit konnten daher nicht nur die bereits bekannten Schwierigkeiten der WT1-Expression und Aufreinigung bestätigt werden, sondern darüber hinaus konnte eine alternative therapeutische Vakzinierungsmethode zur Optimierung der anti-leukämischen Immunantwort im Rahmen einer allogenen SZT entwickelt werden.

In Deutschland erkranken jährlich etwa 500.000 Menschen an Krebs, wovon circa 12.000 die Diagnose „Leukämie“ gestellt bekommen [1]. Unter den Leukämien weist die akute myeloische Leukämie (AML) die ungünstigste Prognose auf, sodass hier erheblicher Forschungsbedarf besteht. Zusätzlich schnitten viele potentielle Therapeutika, die sich in bisherigen präklinischen Testsystemen als vielversprechend erwiesen haben, in klinischen Studien schlecht ab [8]. Ziel dieser Arbeit war daher die Etablierung eines 3D in vitro Blutgefäß-/Gewebemodells als verbessertes präklinisches System zur Testung von Therapeutika, die zur erfolgreichen Behandlung von Leukämien beitragen sollen. Das 3D Blutgefäßmodell bestand aus humanen primären Endothelzellen, welche als Monolayer auf der Serosaseite einer dezellularisierten, porzinen, intestinalen Kollagenmatrix (SIS-Ser) wuchsen. Nach 14-tägiger Zellkultur wurden dem Versuchsansatz entsprechend nichtadhärente THP-1 Zellen (AML-M5-Zelllinie) und Tipifarnib oder entsprechende Kontrolllösungen beziehungsweise bimolekulare Antikörperkonstrukte mit PBMCs als Effektorzellen hinzupipettiert. Nach 5-tägiger Inkubation mit Tipifarnib beziehungsweise 24-stündiger Behandlung mit Antikörperkonstrukten wurde der therapiebedingte Anstieg der Apoptoserate in den malignen THP-1 Zellen mittels durchflusszytometrischer Analyse der Modellüberstände ermittelt. Zum Ausschluss verbliebener und durchflusszytometrisch zu analysierender Zellen wurde, stellvertretend für alle Suspensionszellen, eine Anti-CD13/DAB-Färbung durchgeführt, welche negativ ausfiel. Mögliche Kollateralschäden am Endothel wurden mittels histologischen Färbemethoden an Gewebeparaffinschnitten untersucht. In der Durchflusszytometrie zeigte Tipifarnib sowohl im 2D als auch im 3D Modell äquivalente, dosisabhängige und antileukämische Auswirkungen auf die THP-1 Zellen. Bei Applikation der Antikörperkonstrukte ließ lediglich die Kombination beider Hemibodies signifikante Effekte auf die THP-1 Zellen erkennen. Dabei zeigten sich bei konstanten Konzentrationen der Antikörperkonstrukte im 3D Modell deutlich höhere Apoptoseraten (58%) als im 2D Modell (38%). Stellt man Vergleiche von Tipifarnib mit den T-Zell-rekrutierenden Antikörperkonstrukten an, so ließen sich im 2D Modell ähnliche Apoptoseraten in den THP-1 Zellen erzielen (jeweils 38% bei Anwendung von 500 nM Tipifarnib). In den 3D Modellen erzielten jedoch die niedriger konzentrierten Antikörperkonstrukte bei kürzerer Inkubationsdauer eine noch höhere spezifische Apoptoserate in den THP-1 Zellen (im Mittel 58%) als 500 nM Tipifarnib (mittlere Apoptoserate 40%). Bezüglich der Nebenwirkungen ließ sich im 3D Modell nach Applikation von Antikörperkonstrukten kein wesentlicher Einfluss auf das Endothel erkennen, während Tipifarnib/DMSO als auch die mit DMSO versetzten Kontrolllösungen zu einer dosisabhänigen Destruktion des ursprünglichen Endothelzellmonolayers führten. Damit stellt die hier beschriebene, hoch spezifische, Hemibody-vermittelte Immuntherapie einen vielversprechenden Ansatz für zukünftige onkologische Therapien dar. Mithilfe des etablierten humanen 3D in vitro Modells konnte im Vergleich zur konventionellen Zellkultur eine natürlichere Mikroumgebung für Zellen geschaffen und die Auswirkungen der Testsubstanzen sowohl auf maligne Zellen, als auch auf die Gefäßstrukturen untersucht werden. / In Germany every year about 500,000 people contract cancer whereof about 12,000 have leukemia [1]. Among all types of leukemia, acute myeloid leukemia (AML) has the worst prognosis so that there is an increased need for research. In addition many potential therapeutic agents, which had been very promising in previous preclinical tests, subsequently performed poorly in clinical studies [8]. The aim of this work was to establish a 3D in vitro blood vessel /tissue model as an enhanced preclinical test system for therapeutic agents, which could contribute to successful treatment of leukemia. The 3D blood vessel model consists of human primary endothelial cells growing as a monolayer on the serosa site of a decellularized porcine intestinal collagen matrix (called SIS-Ser). After 14 days in cell culture non-adherent THP-1 cells (AML-M5) and Tipifarnib or control solution, or other bimolecular antibody constructs and PBMC as effector cells were added to the experimental setting. After 5 days treatment with Tipifarnib or 24 hours with antibody constructs the therapy related effects on THP-1 cells were observed by flow cytometric analysis of the model remants. For exclusion of adherent suspension cells on the matrix an anti CD-13/DAB labeling was carried out, which was negative. Damaging effects on endothelial cells were assessed by histological staining of paraffin sections. In 2D as well as in 3D tipifarnib showed equivalent dose-dependent antileukemic effects on THP-1 by flow cytometry. After application of antibody constructs only the combination of both hemibodies showed significant effects on THP-1. While having constant concentrations in 2D and 3D the antibody constructs resulted in higher apoptotic rate in 3D (58%) than in 2D (38%). In comparison to tipifarnib, the t-cell recruting antibody constructs resulted in a similar apoptotic rate in THP-1 in 2D (38% when using 500 nM tipifarnib) whereas they had higher specific effects on THP-1 in 3D by a shorter incubation period and lower concentrations (58% versus 40% after incubation with 500 nM tipifarnib). Concerning side effects, the hemibodies had no significant influence on the endothelial monolayer whereas tipifarnib/DMSO and DMSO alone led to damage in a dose-dependent manner. So highly specific hemibody- mediated immunotherapy shows a promising approach for future cancer treatment. With this human 3D in vitro model a more natural mico-environment was created for the cells in comparison to conventional cell cultures and it is was possible to investigate the anti-leukemic effects of therapeutic drugs as well as their impact on the endothelial monolayer.

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.

In der vorliegenden Arbeit wurde das Auftreten von Clostridium difficile Infektionen bei AML-Patienten in der medizinischen Klinik und Poliklinik II der Universität Würzburg zwischen Januar 2000 und Juni 2005 untersucht. Es wurden retrospektiv die Akten von 116 Patienten ausgewertet. Davon entwickelten 36 Patienten, als 31% mindestens einmal eine Infektion mit Clostridium difficile. Bei 329 verabreichten Zyklen Polychemotherapie kam es in 53 Fällen, also in 16% zu einer Infektion mit Clostridium difficile. In allen Fällen ging der Clostridium difficile Infektion zusätzlich zur Polychemotherpie auch eine Antibiotikatherapie voraus. Clostridium difficile Infektionen unabhängig von einer Antibiotikatherapie wurden nicht beobachtet. Insbesondere beim zweiten verabreichten Zyklus einer Chemotherapie kam es gehäuft zu Clostridium difficile Infektionen. Bei Patienten unter 60 Jahren kam es in 39% aller verabreichten Zyklen zu einer Clostridium difficile Infektion, bei Patienten, die älter waren als 60 Jahre, nur in 11%. Möglicherweise sind hier die intensiveren Chemotherapieschemata verantwortlich, die jüngeren Patienten verabreicht wird. Es konnten Schwankungen in der Inzidenz von Clostridium difficile in Abhängigkeit vom verwendeten Chemotherapieprotokoll festgestellt werden. Besonders deutlich zeigte sich dies beim Vergleich der Doppel-Induktion nach dem DA-Protokoll und der Induktion nach dem MAV-MAMAC Protokoll. Bei der Doppelinduktion nach dem DA-Protokolle kam es bei 15% der Patienten zu einer Clostridium difficile induzierten Diarrhö, bei Doppelinduktion nach dem MAV- MAMAC- Protokoll in 60% der Fälle. Rückfälle der Clostridium difficile Infektion stellen ein häufiges Problem dar. Bei einem Drittel der Patienten mit Clostridium difficile Infektion, die mehr als einen Zyklus Chemotherapie erhielten kam es zu einem erneuten Auftreten der Erkrankung. Die Inzidenz der Clostridium difficile Infektionen in den verschiedenen Jahren schwankte erheblich zwischen 4% und 32% der Fälle. Besonders auffällig war eine hohe Inzidenz im Jahr 2000. Dabei kann retrospektiv nicht mehr festgestellt werden, was die Ursache war. Möglicherweise handelte es sich hier um einen besonders virulenten Stamm. Eine weitere Ursache könnte sein, dass es im Jahr 2000 Probleme bei der Einhaltung der Hygienemaßnahmen gab. / In this retrospective study we evaluated the incidence of infections with clostridium difficle in patients with acute myeloic leukemia, who were treated at the "Medizinische Klinik und Poliklinik II" of the university of Würzburg between january 2000 and june 2005. The occurence of infections with clostridium difficile patiens was with 31% of patients affected high. Recurrences of clostridium difficle infections were a frequent problem. Young patients were more often than elder patients affected by this infection. Subject to the chemotherapy protocol used,we found different incidence of clostridium difficle infections. There was a high fluctuance of infections between the different years.

In dieser Arbeit wurde untersucht, ob es bei der Nachsorge von Patienten in erster kompletter Remission (CR) einer akuten myeloischen Leukämie (AML) Parameter gibt, deren Veränderung ein Rezidiv ankündigen und ob die Struktur des Nachsorgeprogramms geeignet ist, ein Rezidiv frühzeitig zu erkennen. Bei 29 Patienten der 52 analysierten Patienten kam es zu einem Rezidiv. Bei 48% dieser Patienten war der Rezidivverdacht bereits aufgrund klinischer Beschwerden wie Leistungsabfall und Dyspnoe oder durch ein pathologisches Blutbild bei der hausärztlichen Kontrolle zu stellen. Am Rezidivtermin zeigten alle Rezidivpatienten pathologische Veränderungen von LDH, Hämoglobin, Leuko- oder Thrombozyten. Der Rezidivverdacht wurde also nicht erst durch eine Knochenmarkpunktion gestellt. Für viele AML Patienten in erster CR sind regelmäßige Kontrolluntersuchungen beim Hausarzt ausreichend, eine Knochenmarkpunktion ist nicht routinemäßig erforderlich. / This analysis surveyed follow up parameters of patients with acute myeloid leukemia in first remission. The goal was to find parameters, indicating a relaps and to survey the value of follow up programs. 29 of the 52 analyzed patients got a relaps. In 48% of these patients a relaps was suspected due to clinical compliants (like weakness, dyspnea) or abnormal blood cell count during routine lab testing by family doctor.The remaining patients with relaps showed abnormal LDH, hemoglobin or blood cell count. The bone marrow examination was not nessesary to suspect the relaps. Thus for many patients in first remission bone marrow examinations are not routinely necessary. The routine blood testing and follow up examinations by the family doctor seem to be sufficient.

Das Ziel der Arbeit war, die Einflüsse verschiedener Zytokine bzw. Wachstumsfaktoren (unter anderem Stammzellfaktor (SCF), Thrombopoetin (TPO), Flt3-Ligand (FL-3), Interleukin-3 (IL-3), Tumornekrosefaktor-a (TNF-a) und Granulozyten-Makrophagen-Stimulierender-Faktor (GM-CSF)) auf humane hämatopoetische, CD34-positive Stammzellen (HSZ) zu evaluieren. Eine relativ hohe Zellamplifikation bei gleichzeitig geringer Differenzierungsinduktion ermöglichte eine Kombination der Zytokine TSF, SCF und FL-3. Eine gezielte Differenzierung von CD14-positiven, monozytären Zellen gelang am besten mit einer Kombination der Zytokine TSF, SCF, FL-3 und IL-3. Für die Generierung von dendritischen Zellen eignete sich eine Zytokinkombination aus IL-4, TNF-a und GM-CSF. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Verhalten von Philadelphiachromosom-positiven CML-Stammzellen (CML = chronisch myeloische Leukämie) im Vergleich zu benignen HSZ, analog zu den obigen Gesichtspunkten, evaluiert. Die CML-Stammzellen zeigten bei Inkubation mit Zwei- und Mehrfachzytokinkombinationen eine z.T. deutlich höhere Amplifikation als die Vergleichsansätze mit benignen Zellen. In den Mehrfachzytokinansätzen fand sich im zeitlichen Verlauf darüberhinaus eine größere, verbleibende CD34-positive Zell-Population als in den benignen Vergleichsansätzen. Bei der zielgerichteten dendritischen Zelldifferenzierung verhielten sich die CML-Stammzellen ähnlich wie die benigen Zellen, wobei die Differenzierung in den Kulturen zu einem späteren Zeitpunkt auftrat. Ein Unterschied gegenüber den benignen Ansätzen zeigte sich bei den CML-Stammzellen in einer nahezu fehlenden Differenzierungsfähigkeit in CD14-positive, monozytäre Zellen. Dieser Differenzierungsblock ließ sich jedoch durch eine Kombination der verwendeten Zytokine mit Vitamin D3 überwinden. / the intention of our studies was, to explore the cytokine-influence on humane hematopoetic stem cells (amongst others there were used stem-cell-factor (SCF), thrombopoetine (TPO), Flt3-Ligand (FL-3), Interleukine-3 (IL-3), Tumornecrosisfactor-a (TNF-a) und Granulocyte-Makrophage-stimulating-Factor (GM-CSF). A relatively high cell-amplification combined with a low induction of cell-differentiation was found in a cytokine cocktail made up of SCF, TPO and FL-3. A selective differentiation of CD14-positive, monocytic cells was found in presence of TSF, SCF, FL-3 und IL-3. The generation of dendritic cells succeeded with a combination of IL-4, TNF-a and GM-CSF. The intention of the second part of the studies was, to analyze the characteristics of Philadelphia-chromosome-positive CML-Stem (cml = chronic myeloic leukemia) cells compared to benign stem cells. The CML-stem cells were featured by a very high cell-amplification. Furthermore we found a very high persistent CD34-positive Population in the Cytokine Cultures containing two or more cytokines (compared to benign stem cells). Looking at the selective differentiation of dendritic cells, the findings are assimilable with the results found with benign stem cells, though the cml-stem cells differentiated at a later date. A main difference between benign and cml-stem cells was found in the differentiation in CD14-positive, monocytic cells. We found a lack of monocytic differentiation in the cml stem cells. However, this effect could be overcome by a incubation of the CML cells with a combination of cytokines and vitamine D3.

Das elementare Kennzeichen der eukaryontischen Zelle ist der Zellkern, in welchem die Erbinformation in Form der DNA vorliegt. Dieser ist von einer äußeren Kernhülle umgeben, welche kontinuierlich in das endoplasmatische Retikulum übergeht. An der inneren Kernhülle setzt die Kernlamina an. Unterbrochen wird die Kernhülle durch die Kernporen. Diese bestehen aus Untereinheiten, welche als Nukleoporine bezeichnet werden. Eine wesentliche Aufgabe der Kernporen ist der Transport von Makromolekülen, welche durch spezifische Transportsignalsequenzen gekennzeichnet sind. Es mehren sich die Hinweise, dass die Nukleoporine nicht allein für den Kerntransport verantwortlich sind, sondern auch regulatorische Eigenschaften bei Mitose, der Expression von Proteinen und der Stabilisierung des Genoms übernehmen. Nach der Entdeckung der Philadelphia Translokation bei der chronisch myeloischen Leukämie wurden eine Reihe weiterer chromosomaler Translokationen im Rahmen von hämatologischen Neoplasien beschrieben. Hierbei sind auch Nukleoporine involviert. Es entstehen Fusionsproteine, welche ein neues Verteilungsmuster der Proteine erzeugen und möglicherweise auch neue Funktionen innehaben. Nup214/CAN ist ein Onkogen, welches in akuten myeloischen Leukämien mit einer chromosomalen Translokation einhergeht t(6;9). Diese Translokation t(6;9) ist mit einer schlechteren Prognose für den Patienten verbunden. Der genaue onkogene Mechanismus ist noch nicht ausreichend verstanden. Ziel dieser Doktorarbeit war die Frage, welches Verteilungsmuster Nup214 als Fusionsprotein mit einer veränderten NLS in Leukämiezellen der chromosomalen Translokation t(6;9) aufweist, zu beantworten. Zu diesem Zweck wurden die Fusionsproteinfragmente DEK, CAN Mitte und CAN 80/81 in E. coli exprimiert, aufgereinigt und der Herstellung eines spezifischen Antikörpers zugeführt. Hierzu wurden die mit den Proteinfragmenten transfizierten E. coli amplifiziert. Nach Lyse der Zellen wurden die Proteinfragmente elektrophoretisch getrennt und den ermittelten Molekulargewichten zugeordnet. Mit Hilfe einer Affinitätschromatographie und einem Proteintransfer auf Nitrozellulosemembran wurde mit polyvalentem Serum eine Affinitätsreinigung des Antikörpers durchgeführt. Dadurch konnten spezifische Antikörper generiert werden, welche in der Immunfloureszenz die physiologischen Verteilungsmuster zeigten. In einem nachfolgenden Schritt konnte in Kooperation mit dem Biologischen Institut Basel mittels Immuno-Gold-Lokalisation von Nup214/CAN in Leukämiezellen mit einer chromosomalen Translokation t(6;9) erstmalig die Lokalisation des Proteins auf zytoplasmatischer und nukleoplasmatischer Seite einer Kernpore gezeigt werden. Dies legt die Vermutung nahe, dass es durch diese Mislokalisation zu einer Störung des nukleären Transports kommen kann, der wiederum zu einem Wachstumsvorteil oder einer Inhibition der Apoptose der Leukämiezellen führt. / The cell nucleus is the fundamental hallmark in eukaryotic cells. It is surrounded by the outer nuclear membrane, which pass into the endoplasmic reticulum. The inner nuclear membrane is lined with the lamina. Nuclear pore complexes interrupt the nuclear membrane. Subunits are called nucleoporines. One major task is the transport of macromolecules with a determined transport sequence. There is evidence, that nucleoporines are not only responsible for the nucleocytoplasmatic transport. They are also involved in mitosis, stabilisation of the genome or protein expression. After discovery of the Philadelphia translocation in chronic myeloid leukaemia a number of other chromosomal translocation in haematological neoplasm were depicted. New types of fusion proteins Nucleoporines are described, which have a new distribution pattern and also might have new functions. The nuclear pore protein Nup214/CAN is an oncogene in acute myeloid leukaemia characterized by a (6;9)(p23;q34) chromosomal translocation. The detailed oncogenic mechanism is still not well known. The objective of this thesis was the distribution pattern of Nup214 in leukaemoid blasts. For this purpose fragments of the fusion protein DEK, CAN Mitte, and CAN 80/81 were expressed in E.coli in order to generate a specific purified antibody. For this transfected E.coli were multiplied. After lysis protein fragments of the fusion protein were electrophoretically separated and then matched to the calculated molecular weight. After affinity chromatographic purification and protein transfer via Western Blot affinity purification was performed. With this procedure affinity purified antibodies were assembled. In cooperation with the Biological Institute Basel, Switzerland in leukaemia cells with a (6;9)-translocation, but not in controll cells, antibodies labelled both sides of the nuclear pore complex, indicating a localization of the oncogenic DEK-CAN fusion protein on the nucleoplasmic side of the NPC. This can be seen to imply, that mislocalization of Nup214/CAN in the fusion protein to the nucleoplasmic surface of the pore might disturb transport equilibrium and therefore benefit cell growth or lead to inhibition of apoptosis.

The value of the combination of gemtuzumab ozogamicin (GO) and chemotherapy for the treatment of acute myeloid leukemia (AML) is currently analyzed within clinical trials. GO (6 mg/m2) and standard-dose cytarabine (100 mg/m2) is evaluated for the treatment of newly diagnosed AML in elderly patients in the SAL phase II trial. Preliminary results of the MRC AML15 trial support the application of GO 3 mg/m2 with standard- and high-dose cytarabine and anthracyclines for the treatment of de novo AML. Within this trial the addition of GO seems especially of value for favorable and intermediate cytogenetic risk groups. The combination of GO (3 mg/m2) and high-dose cytarabine (3 g/m2) is safe and more effective for the treatment of refractory AML than previous combinations from the AMLSG study group. First results prove the possibility of allogeneic stem cell transplantation after GO therapy. Initial data of a phase II trial document the safety and efficacy profile of GO within a reduced-intensity conditioning protocol applying fludarabine and total body irradiation. / Der Stellenwert von Gemtuzumab Ozogamicin (GO) in der Kombination mit Chemotherapie für die Behandlung der akuten myeloischen Leukämie (AML) wird derzeit auch in Europa untersucht. Der Einsatz von GO (6 mg/m2) in Kombination mit Cytarabin (100 mg/m2) bei der Primärbehandlung älterer Patienten mit AML wird in der SAL-Phase-II-Studie geprüft. Das in der MRC-AML15-Studie nachgewiesene verbesserte krankheitsfreie Überleben belegt den Stellenwert von GO (3 mg/m2) in Kombination mit Standard- und hoch dosiertem Cytarabin und einem Anthrazyklin für die Induktion und Konsolidierung bei neu diagnostizierter AML. Insbesondere Patienten mit einem günstigen und intermediären zytogenetischen Risikoprofil scheinen von der Gabe von GO zu profitieren. In der Behandlung von AML-Rezidiven oder refraktärer Erkrankung erwies sich GO (3 mg/m2) als sicher mit hoch dosiertem Cytarabin (3 g/m2) kombinierbar und war in der Wirksamkeit historischen Vergleichskollektiven der AMLSG-Studiengruppe überlegen. Erste Ergebnisse dokumentieren die Möglichkeit einer allogenen Stammzelltransplantation nach GO-Therapie. Erste Daten einer laufenden Studie belegen auch die Einsatzmöglichkeit und das Sicherheitsprofil von GO als Bestandteil einer Konditionierungstherapie von reduzierter Intensität mit Fludarabin und Ganzkörperbestrahlung. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.