Die Photodynamische Therapie (PDT) hat sich zunehmend als vielversprechende Methode zur Behandlung von verschiedenen malignen Neubildungen gezeigt. Die photodynamische Zerstörung der Tumore wird erreicht indem zunächst ein Photosensibilisator entweder lokal oder systemisch appliziert wird und im Anschluss an eine gewisse Inkubationszeit die Tumormasse mittels einer Lichtquelle mit einer spezifischen Wellenlänge durchleuchtet wird. Aufgrund der bevorzugten Anreicherung des Photosensibilisators in Tumorzellen, erlaubt diese Methode eine selektive Abtötung des malignen Tumors, während das umliegende Gewebe weitestgehend verschont wird. Diese Eigenschaften und Anforderungen machen die PDT, insbesondere in den Fällen, wo die chirurgische Enukleation als kurative Option erwogen wird, zu einer attraktiven Therapieoption in der Behandlung von Retinoblastomen (Rb). Die extreme Methode der Enukleation wird noch immer angewendet, wenn die Tumoren nicht ausreichend chemosensibel sind, oder wenn sich die Erkrankung aufgrund von unzureichendem Zugang zu medizinischer Versorgung bereits in einem fortgeschrittenen Stadium befindet. In dieser Studie haben wir zunächst In-Vitro-Untersuchungen mit dem neuen kationischen wasserlöslichen Photosensibilisator Tetrahydroporphyrin-Tetratosylat (THPTS) bezüglich seiner photodynamischen Wirkung auf WERI Rb-1 und Y79-Retinoblastomzellen durchgeführt. Dabei konnten wir zeigen, dass weder die Inkubation mit THPTS ohne anschließende Beleuchtung, noch die alleinige Beleuchtung zu einem signifikanten Effekt auf die Proliferation der Rb-Zellen führte. Die Kombination von THPTS mit anschließender Beleuchtung hingegen führte zu einem maximal zytotoxischen Effekt in den Tumorzellen. Darüber hinaus war die Phototoxizität in normalen Primärzellen des Pigmentepithels der Retina geringer, wodurch ein erhöhter phototoxischer Effekt von THPTS in Krebszellen gegenüber diesem normalen Zelltyp der Retina gezeigt werden konnte. Die vorliegenden Ergebnisse bilden eine ermutigende Grundlage für weiterführende in-vivo-Untersuchungen zum therapeutischen Potential dieses vielversprechenden Photosensibilisators mit der Aussicht auf eine potentiell kurative Therapie des Retinoblastoms unter Erhalt von Augapfel und Visus.:Inhaltsverzeichnis Einleitung 1 Hintergrund und Bedeutung 1 Pathophysiologie 2 Diagnostik und Symptome 3 Klassifizierung 4 Therapie und Prognose 5 Enukleation 5 Perkutane Radiotherapie 6 Brachytherapie 6 Intravenöse Chemotherapie 6 Intraarterielle Chemotherapie 6 Laser-gestützte Verfahren 7 Photodynamische Therapie 7 Mechanismus 7 Eigenschaften von Photosensibilisatoren 8 THPTS-PDT 9 Fragestellung 9 THPTS-PDT on Human Retinoblastoma Cell Lines 11 Zusammenfassung 24 Einleitung 24 Methode 25 Zellkultur primärer humaner Pigmentepithelzellen der Retina (RPE) 25 Photodynamische Therapie von Retinoblastomzellen und RPE-Zellen 25 Clearance von THPTS 25 Real-Time RT-PCR 25 Immunzytochemie und Live-Videoaufnahmen 26 Ergebnisse 26 Effekt der THPTS-PDT auf Retinoblastom-Zelllinien 26 Effekt in Abhängigkeit von Dosis und Einwirkzeit 26 Wirkung der THPTS-PDT auf nicht-maligne Netzhautzellen im Vergleich zu Rb-Zellen 27 Verstoffwechselung von THPTS 27 Genexpression 27 Immunzytochemie und Live-Videoaufnahmen 28 Subzelluläre Anreicherung von THPTS 28 Diskussion 28 ii Literaturverzeichnis vi Anhang x Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit x Wissenschaftliche Publikationen xi

Photodynamic therapy (PDT) has shown to be a promising technique to treat various forms of malignant neoplasia. The photodynamic eradication of the tumor cells is achieved by applying a photosensitizer either locally or systemically and following local activation through irradiation of the tumor mass with light of a specific wavelength after a certain time of incubation. Due to preferential accumulation of the photosensitizer in tumor cells, this procedure allows a selective inactivation of the malignant tumor while sparing the surrounding tissue to the greatest extent. These features and requirements make the PDT an attractive therapeutic option for the treatment of retinoblastoma, especially when surgical enucleation is a curative option. This extreme solution is still in use in case of tumours that are resistant to conventional chemotherapy or handled too late due to poor access to medical care in less advanced country. In this study we initially conducted in-vitro investigations of the new cationic water-soluble photo sensitizer tetrahydroporphyrin-tetratosylat (THPTS) regarding its photodynamic effect on human Rb-1 and Y79 retinoblastoma cells. We were able to show, that neither the incubation with THPTS without following illumination, nor the sole illumination showed a considerable effect on the proliferation of the retinoblastoma cells, whereas the incubation with THPTS combined with following illumination led to a maximal cytotoxic effect on the tumor cells. Moreover the phototoxicity was lower in normal primary cells from retinal pigmented epithelium demonstrating a higher phototoxic effect of THPTS in cancer cells than in this normal retinal cell type. The results at hand form an encouraging foundation for further in-vivo studies on the therapeutic potential of this promising photosensitizer for the eyeball and vision preserving as well as potentially curative therapy of retinoblastoma.

No description available.

So far, glioblastomas cannot be cured by standard therapy and have an extremely poor median survival of about 15 months. The photodynamic therapy (PDT) with next generation photosensitizers, reaching a higher therapeutic depth, might offer a new, adjuvant treatment strategy in brain cancer therapy. Here, we investigated the effect of THPTS-PDT combined with ionizing irradiation (IR) on glioblastoma cells in vitro and in vivo. Results: THPTS colocalized to mitochondria and was not found in the nucleus. THPTS (2–20 μg/ml)-PDT significantly reduced the proliferation, metabolic activity and clonogenic survival and induced cell death mainly through apoptosis and autophagy. THPTS-PDT combined with IR decreased the clonogenicity significantly compared to single treatments. THPTS (≤ 300 μg/ml) alone showed no dark toxicity. The maximum therapeutic depth of THPTS-PDT in C6 glioblastomas was 13 mm. Materials and Methods: Three human glioblastoma cell lines (U-87 MG, A-172, DBTRG-05MG) were incubated with THPTS (1–300 μg/ml) 3–24 hours before laser treatment (760 nm, 30 J/cm²). THPTS localization and effects on metabolic activity, proliferation, cell death mechanisms and long-term reproductive survival were assessed. IR was conducted on an X-ray unit (0.813 Gy/min). Results were verified in vivo on a subcutaneous C6 glioblastoma model in Wistar rats. Conclusions: This study demonstrated efficient THPTS-PDT in glioblastoma cells, in vitro and in vivo. The combinatorial effects of THPTS-PDT and IR are of specific clinical interest as enhanced eradication of infiltrating glioblastoma cells in the tumor surrounding tissue might possibly reduce the commonly occurring local relapses.

Die photodynamische Therapie (PDT) ist eine minimalinvasive, zielgerichtete Therapie solider Tumore, die mit geringen Nebenwirkungen einhergeht. Unter dieser Behandlung zeigen sich ablative Effekte, Gefäßokklusionen und eine Immunstimulationen. Das Wirkprinzip besteht in der Photoaktivierung von nicht-toxischen, lichtreaktiven Photosensibilisatoren (PS), die durch Energieabgabe zur Bildung von Singulettsauerstoff führen, welcher reaktive Sauerstoffspezies bildet. Diese Produkte schädigen die Tumorzellen durch schnelle Inaktivierung lokal und lösen dadurch Apoptose- und Nekroseprozesse aus, wodurch Damage associated molecular patterns freigesetzt werden können. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Effekten der untersuchten PDT auf die Immunzellpopulationen im Harnblasenkarzinom. In der Therapie maligner Hanblasentumore ist kein Standardverfahren der PDT etabliert. Tetrahydroporphyrin-Tetratosylat (THPTS) als PS mit seinem Absorbtionsmaximum im nahen Infrarotbereich (760nm) ermöglicht eine Gewebepenetration von bis zu 15mm und damit die Therapie muskelinvasiver Tumore. Sicherheit und Effektivität durch eine signifikante Reduktion der Tumormasse sind an einem orthotopen Rattenharnblasenmodell, welches der vorliegenden Arbeit als Untersuchungsmaterial dient, nachgewiesen. Der Wirkpfeiler der Immunreaktion wurde im Vorfeld lichtmikroskopisch eruiert. Ziele der Arbeit Die vorgestellte Promotion soll eine Charakterisierung der primären lokalen adaptiven Immunreaktion durch die THPTS-PDT im Harnblasenkarzinom eines orthotopen Rattenmodells vornehmen. Methodik Die Harnblasengewebeschnitte stammen aus den Vorarbeiten der Forschungsgruppe. Als Versuchstiere wurden weibliche F344 Fischerratten verwendet, die einer Inzuchtlinie entstammen und sich als ein immunkompetentes orthotopes Harnblasenmodell eignen. Zur Bildung des Harnblasenkarzinoms wurden AY-27 Urothelkarzinomzellen verwendet. Zur Tumorinokulation wurden die Urothelkarzinomzellen transurethral in die Harnblase der Fischerratten instilliert. So bildeten sich innerhalb von zehn Tagen multifokale Harnblasenkarzinome unterschiedlicher Invasionstiefe. Am zehnten Tag erfolgte die THPTS-PDT. Die lokal behandelte Gruppe (LAG) erhielt den Wirkstoff transurethral. Bei der systemisch behandelten Gruppe (SAG) wurde der Wirkstoff i.v. verabreicht. Die Kontrollgruppe (COG) erhielt Phosphat-gepufferte Saline transurethral. Daraufhin wurden die Gruppen mithilfe einer Glasfaser mit einem 760nm-Laser bestrahlt. Nach 14d wurden die Tiere getötet und die Harnblasen entnommen. Es konnten Schnitte von insgesamt n=26 Ratten untersucht werden: nicht-bestrahlte Kontrollgruppe (COG, n=9), lokale Applikation von THPTS (LAG, n=8), systemische Applikation von THPTS (n=4). Das Gewebe wurde immunhistochemisch für die Fluoreszenzmikrokopie nach einem standardisierten Protokoll gefärbt. Dazu erfolgte das Entparaffinieren und die Antigendemaskierung mittels basischen Puffers im Dampfgarer und Dimethylsulfoxid-Triton X-100-Tris-buffered-Saline. Es wurde mit bovinem Serumalbumin und Ziegen-Normalserum für 2h geblockt und mit den Primärantikörpern zur Doppelmarkierung über Nacht inkubiert. Die genutzten Primärantikörperkombinationen sind CD45/CD3, CD3/CD8, CD3/CD4 und CD19. Danach wurden fluoreszierende oder biotinylierte Sekundärantikörper genutzt, wobei letztere wiederum mit fluoreszierendem Streptavidin gekoppelt wurden. Schließlich erfolgte die Kernmarkierung mittels Diamino-Phenylindol (DAPI). Zu jeder Färbung wurde eine Negativkontrolle angefertigt. Die Antikörper wurden in Gewebe mit erhöhter Expression der Zielepitope etabliert und daraufhin auf das Rattenharnblasengewebe übertragen sowie für die Doppelimmunfluoreszenz kombiniert. Die Bildaufnahmen erfolgten mithilfe des konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops mit einem Plan- Apochromat 40x/0.95 Luft-Objektiv. Jede Aufnahme besteht aus vier Kanälen entsprechend der genutzten Laser: 405nm für die Kerne, 488nm für die Mausantikörper, 561nm für die Kaninchenantikörper und eine Durchlichtaufnahme zur Strukturdarstellung. Jeweils neun Bilder bilden eine quadratische Feldaufnahme mit Ausnahme der Lymphzellcluster, bei denen sich die zusammengefügten Bilder nach der Größe richten. Pro Bereich wurden abhängig von der Ausdehnung maximal fünf Feldaufnahmen angerfertigt. Die Bereiche sind Tumorzentrum, Tumorrand, tumorfreier Bereich und Lymphzellcluster. Letztere sind als Lymphzellansammlungen im Harnblasengewebe unabhängig vom Tumor definiert. Zu analysierende Bereiche (ROI, regions of interest) wurden manuell definiert und mithilfe der Software Fiji (ImageJ2) und einem eigens programmierten Macro die Fläche und die positiv markierten Zellen ermittelt. Die statistische Analyse erfolgte mittels der Software Graph Pad Prism 9.3.1 mit einem Signifikanzniveau von p<0,05%. Ergebnisse Der Datensatz besteht aus insgesamt 1732 Feldaufnahmen, die sich wiederum aus über 14500 High- Powerfield-Bildern zusammensetzen und analysiert wurden. Für die Färbungen ergeben sich pro Tumorareal aufgeschlüsselt auf die Harnblasenbereiche folgende Anzahl an Mittelwerten zur statistischen Analyse: Tumorzentrum COG 24, LAG 15-17, SAG 9-10; Tumorrand COG 23-24, LAG 16-17, SAG 9-10; Tumorfreier Bereich COG 18-19, LAG 12-14, SAG 8; Lymphzellcluster COG 10-15, LAG 16-21, SAG 3-5 Folgende Immunfluoreszenzmarkierungen konnten etabliert werden: CD45-Antikörper zur Darstellung der gesamten Leukozytenpopulation, CD3-Antikörper für die T-Zellen, CD8-Antikörper für den Subtyp der zytotoxischen T-Zellen (CTL), der CD4-Antikörper für den Subtyp der T-Helferzellen (TH) und der CD19-Antikörper für die B-Zellen. Kreuzreaktionen bzw. Hintergrundfluoreszenz traten vor allem im Tumorstroma und dem Endothel bei CD45-, CD19- und CD4-Antikörper auf. Das Signal-Rausch- Verhältnis war jedoch in den meisten Fällen aufgrund der intensiveren Markierung der Lymphozyten- Zellmembranen für die quantitative Analyse ausreichend. Lediglich die Markierung der T-Helferzellen mit dem CD4-Antikörper bereitete durch stärkere Kreuzreaktivitäten Probleme. In der quantitativen Analyse zeigen sich folgende signifikante Ergebnisse: - Reduzierte T-Zelldichte (CD3) der SAG gegenüber der COG im tumorfreien Bereich - Erhöhte T-Zelldichte (CD45/CD3) der SAG gegenüber der LAG im Tumorrand - Reduzierte cytotoxische T-Zelldichte (CD3/CD8) der SAG gegenüber der COG im tumorfreien Bereich - Reduzierte T-Helferzellen (CD3/CD4) der LAG gegenüber der COG im Tumorrand Zieht man die nicht signifikanten Tendenzen der einzelnen Gruppen mit in Betracht, besteht eine verstärkte Immunzelldichte im Tumorzentrum der LAG, wohingegen eine Abnahme dieser im Tumorrand auffällt. Die SAG weist punktuell Reduktionen in der Peripherie, nämlich den tumorfreien Bereichen und Lymphzellclustern auf. Veränderungen im gesamten Tumorbereich, zusammengefasst aus -center und -rand, sind in keiner Immunzellmarkierung vorhanden. Diskussion Die Auswahl der Antikörper erfolgte gemäß aktueller Literatur. Die Spezifität der Immunzellmarkierungen wurde durch die Verwendung von Doppelmarkierungen erhöht. Die Auswahl der untersuchten Bereiche (Tumorzentrum, Tumorrand, tumorfreie Region und Lymphzellcluster) ergeben ein Gesamtbild der Aktivierung des Immunsystems in der Harnblase und erreichen durch die Zahl von insgesamt 1272 Feldaufnahmen des Tumorbereichs eine hohe Repräsentativität. In der Literatur wird die zentrale Stellung der Immunreaktion durch verschiedene PDTs für die Metastasen- und Rezidivkontrolle beschrieben. Dieser Effekt konnte anhand der vorliegenden Ergebnisse nicht untersucht werden. Bei Betrachtung des gesamten Tumorbereichs zeigen sich in keiner Immunzellmarkierung signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen, was eine zusätzliche primäre Tumorkontrolle unwahrscheinlich werden lässt. Hinweise auf Einflüsse auf die Ausbildung einer differenzierten Anti-Tumor-Immunität lassen sich in einer Reduktion der Immunzelldichte im Tumorrand der LAG bei T- und T-Helferzellen und ebenfalls eine Verringerung bei T- und T-Killerzellen in der Peripherie der SAG sehen. Diese Ergebnisse könnten auf eine Migration bei der LAG ins Tumorzentrum und bei der SAG zum Tumorrand verweisen, die sich auch in der tendenziell erhöhten Immunzelldichte des Tumorzentrums der LAG widerspiegelt. Systemische Anti-Tumor-Effekte bleiben so weiterhin vorstellbar. In der vorliegenden Arbeit wurde das Hauptaugenmerk auf die Erfassung der Dichte von Immunzellen in den relevanten Bereichen gelegt. Eine Analyse der Aktivität z.B. der CTL erfolgte nicht. Der Einfluss von Immunzellen auf die Prognose des Harnblasenkarzinoms wird kontrovers diskutiert und ist nicht eindeutig einzuordnen. Kombinationstherapien mit ionisierender Strahlung, Checkpointinhibitoren oder Low-Dose Cyclophosphamid könnten verbesserte Resultate in zukünftigen Arbeiten ermöglichen. Weiterhin sollte ein Augenmerk auf den Zeitrahmen zur Detektion von immunogenen Effekten gelegt werden, vor allem, um akute (48 Stunden) und langfristige (bis zu 90 Tagen) zu detektieren. Subtypenanalyse von T-Helfer- und zytotoxischen T-Zellen sollten erfolgen, um die Anti-Tumor- Immunität differenzierter beurteilen zu können.:1 Abkürzungsverzeichnis 2 Einleitung 2.1 Urothelkarzinom 2.1.1 Epidemiologie und Ätiologie des Urothelkarzinoms 2.1.2 Aktuelle Therapieoptionen des muskelinvasiven Harnblasenkarzinoms 2.2 Anti-Tumor-Immunität 2.2.1 Ausgewählte Prozesse des Immunsystems zum Verständnis der Anti-Tumor-Immunität 2.2.2 Tumormicroenvironment 2.2.3 Übersicht über die Hauptformen des Zelltods und immunmodulatorische Effekte 2.2.4 Damage associated molecular patterns 2.2.5 Tumorantigene 2.3 Photodynamische Therapie 2.3.1Wirkprinzip 2.3.2 Photosensibilisatoren 2.3.3 Einfluss der PDT auf das Immunsystem 2.3.4 Die PDT des Harnblasenkarzinoms 2.3.5 Tetrahydroporphyrin-Tetratosylat: Ein neuer Photosensibilisator zur Therapie des MIBC 3 Ziele der Arbeit 4 Material und Methoden 4.1 Materialien 4.1.1 Asservierte Harnblasengewebeschnitte 4.1.2 Liste der Reagenzien, Verbrauchsmaterialien, Software und Geräte 4.2 Methoden 4.2.1 Vorarbeiten der Forschungsgruppe 4.2.2 Färbeprotokoll Immunfluoreszenz 4.2.3 Etablierung der Antikörper 4.2.4 Aufnahmetechnik 4.2.5 Datenerhebung 4.2.6 Statistik 5 Ergebnisse 5.1 Versuchstiere 5.2 Charakterisierung desDatensatzes 5.3 Qualitative Auswertung 5.4 Quantitative Auswertung 5.4.1 Vergleich der Immunzelldichte in Abhängigkeit von der Behandlung 5.4.1.1 CD45 5.4.1.2 CD3 5.4.1.3 CD8 5.4.1.4 CD4 5.4.1.5 CD19 5.4.1.6 CD45/CD3 5.4.1.7 CD3/CD8 5.4.1.8 CD3/CD4 5.4.1.9 Deskriptive und analytische Daten der Statistik 5.4.1.10 Zusammenfassung des Vergleichs der Immunzelldichten 6 Diskussion 6.1 Methodendiskussion 6.1.1 Auswahl der Antikörper 6.1.2 Beurteilung der CD3-Antikörper 6.1.3 ROI-Auswahl und Beurteilung des Datensatzes 6.2 Ergebnisdiskussion 6.2.1 Beurteilung der Immunreaktion der THPTS-PDT im Kontext anderer PDTs 6.3 Beurteilung der Immunreaktionen beim Harnblasenkarzinom 6.4 Aussichtsreiche Kombinationstherapien 6.5 Umgang mit Schwierigkeiten 7 Schlussbemerkung 8 Zusammenfassung 9 Darstellungsverzeichnis 9.1 Abbildungen 9.2 Tabellen 10 Literaturverzeichnis 11 Anlagen 11.1 Färbeprotokolle 11.1.1 Immunfluoreszenz Doppelmarkierung CD45/CD3 11.1.2 Immunfluoreszenz Doppelmarkierung CD3/CD4 11.1.3 Immunfluoreszenz Doppelmarkierung CD3/CD8 11.1.4 Immunfluoreszenz Einfachmarkierung CD19 11.1.5 Lichtmikroskopie Standardprotokoll in der Etablierungsphase 12 Selbstständigkeitserklärung 13 Lebenslauf 14 Publikationen 15 Danksagung

Trotz einer multimodalen Standardtherapie des Glioblastoma multiforme bestehend aus Resektion, Bestrahlung (IR) und Chemotherapie gehört der WHO Grad IV Tumor mit einer medianen Überlebensrate von nur 14 bis maximal 48 Monaten zu den unheilbaren Tumorentitäten. Die Erweiterung des Therapiestandards um eine Immuntherapie und Photodynamische Therapie könnte die Prognose der Patienten in Zukunft verbessern. Ziel dieser Arbeit war es, eine effektive murine dendritische Zellvakzine zu generieren. Durch die Vorbehandlung der Tumorzellen mit THPTS-PDT und/oder Bestrahlung sollte eine optimale tumorspezifische Aktivierung von Immunzellen induziert werden.

No description available.

Photodynamic therapy (PDT) has shown to be a promising technique to treat various forms of malignant neoplasia. The photodynamic eradication of the tumor cells is achieved by applying a photosensitizer either locally or systemically and following local activation through irradiation of the tumor mass with light of a specific wavelength after a certain time of incubation. Due to preferential accumulation of the photosensitizer in tumor cells, this procedure allows a selective inactivation of the malignant tumor while sparing the surrounding tissue to the greatest extent. These features and requirements make the PDT an attractive therapeutic option for the treatment of retinoblastoma, especially when surgical enucleation is a curative option. This extreme solution is still in use in case of tumours that are resistant to conventional chemotherapy or handled too late due to poor access to medical care in less advanced country. In this study we initially conducted in-vitro investigations of the new cationic water-soluble photo sensitizer tetrahydroporphyrin-tetratosylat (THPTS) regarding its photodynamic effect on human Rb-1 and Y79 retinoblastoma cells. We were able to show, that neither the incubation with THPTS without following illumination, nor the sole illumination showed a considerable effect on the proliferation of the retinoblastoma cells, whereas the incubation with THPTS combined with following illumination led to a maximal cytotoxic effect on the tumor cells. Moreover the phototoxicity was lower in normal primary cells from retinal pigmented epithelium demonstrating a higher phototoxic effect of THPTS in cancer cells than in this normal retinal cell type. The results at hand form an encouraging foundation for further in-vivo studies on the therapeutic potential of this promising photosensitizer for the eyeball and vision preserving as well as potentially curative therapy of retinoblastoma.

In der vorliegenden Arbeit wurden zwei neuartige biodegradierbare Nanopartikel (NP)-Typen definierter Größe auf ihre Eignung als Wirkstofftransporter für die Verwendung in der Photodynamischen Therapie (PDT) untersucht. Die Verwendung biodegradierbarer NP als Wirkstofftransporter in der PDT ist ein vielversprechender neuer Ansatz, der im Rahmen dieser Arbeit erstmalig untersucht wurde. Die in dieser Arbeit untersuchten NP bestehen aus humanem Serumalbumin (HSA), beziehungsweise Polylactid-co-Glycolid (PLGA) und wurden mit den Photosensibilisatoren (PS) Phäophorbid a (Pheo), Meta-Tetra (Hydroxy-Phenyl)- Porphyrin (mTHPP) oder Meta-Tetra (Hydroxy-Phenyl)-Chlorin (mTHPC) beladen. Es wurden die endozytotische Aufnahme, der lysosomale Abbau der NP und die intrazelluläre Freisetzung der PS in Abhängigkeit von der Inkubationszeit in vitro an humanen Krebszellen untersucht. Um die Effizienz der Photosensibilisierung durch die mit PS beladenen NP zu bestimmen, wurden die Phototoxizität und die intrazelluläre Singulettsauerstoffgenerierung bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl HSA- als auch PLGA-NP das Potential besitzen als Wirkstofftransporter in der PDT Verwendung zu finden. Insbesondere mTHPC-beladene NP wirken durch starke intrazelluläre Singulettsauerstoffgenerierung sehr phototoxisch. Die Experimente zeigen, dass die intrazelluläre PS-Konzentration geringeren Einfluss auf die Effizienz der Photosensibilisierung hat als die Freisetzung der PS und deren intrazelluläre Lokalisation. Die Biodegradierbarkeit von HSA und PLGA ermöglicht einen schnellen Abbau. Dadurch kann bereits bei sehr geringen intrazellulären PS-Konzentrationen hohe Phototoxizität erreicht werden. Der Fokus bei der Optimierung sollte einerseits in einer stabilen Verbindung zwischen PS und NP liegen, andererseits in einer effizienten Freisetzung nach der zellulären Aufnahme. Deshalb sind biodegradierbare Polymere sehr vielversprechende Materialien für die Entwicklung von PS-NP-Transportsystemen. / In the present study, two novel biodegradable nanoparticle (NP) types with a defined size were examined for their suitability as drug delivery systems for use in photodynamic therapy (PDT). NP drug transporters already found a successful application in chemotherapy but the use of biodegradable NP in PDT is a new promising challenge. The investigated NP consist of human serum albumin (HSA) and poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) and were loaded with the photosensitizers (PS) pheophorbide a (Pheo), meta-tetra(hydroxy-phenyl)-porphyrin (mTHPP) or meta- tetra(hydroxy-phenyl)-chlorin(mTHPC). The endocytotic intracellular uptake and the time dependent drug release caused by decomposition of the biodegradable PS loaded nanoparticles were studied in vitro on Jurkat cells in suspension. The phototoxicity as well as the intracellular singlet oxygen generation was investigated for different incubation times. It was shown that both, HSA and PLGA NPs are promising carriers for PDT agents regarding uptake and phototoxicity. Especially the mTHPC loaded NPs show a very efficient phototoxicity caused by a very high singlet oxygen generation after the release of the PSs. The experiments show that the overall intracellular PS concentration is of less importance for the efficiency of the photosensitization compared to the amount of intracellular drug release and the intracellular localisation of the PS molecules. The biodegradability of the HSA and PLGA nanoparticles enables a fast intracellular drug release that causes high phototoxicity even for very low intracellular PS concentrations. Thus, the strategy for efficient PS loaded NP carriers is not a maximum loading. The main challenge is to create carriers with highly stable PS NP bonding to prevent any drug release before intracellular uptake combined with the ability of a complete drug release inside the target cells. Thus, biodegradable polymers are very promising materials for the design of NP-PS delivery systems

Die Ausbreitung antimikrobieller Resistenzen stellt ein zunehmendes gesundheitliches und gesellschaftliches Risiko dar. Alternative antimikrobielle Verfahren mit einem geringen Resistenzpotenzial, breiten Wirkspektrum und geringen Umweltrisiko gewinnen an Bedeutung. Ein solches Verfahren stellt die Photodynamische Inaktivierung (PDI) dar. Ihr Wirkmechanismus beruht auf der photosensibilisierten Anregung von Singulettsauerstoff (1O2), der durch oxidativen Stress zum Zelltod führt. Der für die katalytische Aktivierung des Sauerstoffs verantwortliche Photosensibilisator (PS), muss nicht in die Mikroorganismen eindringen und wird durch sichtbares Licht angeregt. Die Übertragung einer stationär vermittelten PDI auf Oberflächen erscheint daher besonders sinnvoll. In der vorliegenden Arbeit werden erstmalig zwei Ansätze untersucht, die sowohl kommerzielle Substrate als auch industrielle Standardverfahren zur Oberflächenveredelung verwenden: Eine Elektronenstrahl-Funktionalisierung von Mikrofiltrationsmembranen und eine textiltechnologische Funktionalisierung von Polyestergeweben, insbesondere Reinraumtextilien. Für die Charakterisierung der Polymeroberflächen werden neben Versuchen zur Zellviabilität, optisch-spektroskopische Methoden und erstmalig orts- sowie zeit-aufgelöste Messungen der 1O2-Lumineszenz herangezogen. Im Resultat erweisen sich beide Funktionalisierungsansätze als geeignet für eine stationär vermittelte PDI. Dabei sind die textiltechnologisch funktionalisierten Polyestergewebe besonders Wirkungsvoll und erzielen bereits nach kurzer Weißlichtbestrahlung von unter 30 Minuten eine antimikrobielle Wirkung. Die Messungen der 1O2-Lumineszenzkinetik erweisen sich als eine vielversprechende Methode eine mögliche PDI-Aktivität vorab zu bewerten und bei der Entwicklung wichtige Impulse für die Oberflächenfunktionalisierung zu setzen. Schließlich ist eine systematisierte Methodologie zur Bewertung PDI-aktiver Oberflächen ein wesentliches Resultat dieser Arbeit. / The spread of antimicrobial resistance is an increasing health and social risk. Alternative antimicrobial methods with a low resistance potential, broad spectrum of activity and low environmental risk are gaining importance. Photodynamic inactivation (PDI) is one such method. Its mechanism of action is based on the photosensitised excitation of singlet oxygen (1O2), which leads to cell death through oxidative stress. The photosensitizer (PS), which is responsible for the catalytic activation of the oxygen, does not have to penetrate the microorganisms and is excited by visible light. The transfer of a stationary-mediated PDI to surfaces therefore seems particularly useful. In the present work, two approaches are investigated for the first time that use both commercial substrates and standard industrial processes for surface modification: An electron beam functionalisation of microfiltration membranes and a textile-technological functionalisation of polyester fabrics, especially cleanroom textiles. In addition to experiments on cell viability, optical spectroscopic methods and, for the first time, spatially and temporally resolved measurements of 1O2 luminescence are used to characterise the polymer surfaces. As a result, both functionalisation approaches prove to be suitable for a stationary-mediated PDI. The textile-technologically functionalised polyester fabrics are particularly effective and achieve an antimicrobial effect after only a short white light irradiation of less than 30 minutes. Measurements of 1O2 luminescence kinetics are proving to be a promising method of evaluating possible PDI activity in advance and providing important impetus for surface functionalisation during development. Finally, a systematised methodology for the evaluation of PDI-active surfaces is an essential result of this work.