TY  - THES
A1  - Peindl, Matthias
T1  - Refinement of 3D lung cancer models for automation and patient stratification with mode-of-action studies
T1  - Weiterentwicklung von 3D Lungentumormodellen zur Automatisierung und Patienten-Stratifizierung mit Untersuchungen zur Wirkungsweise
N2  - Lung cancer is the main cause of cancer-related deaths worldwide. Despite the availability of several targeted therapies and immunotherapies in the clinics, the prognosis for lung cancer remains poor. A major problem for the low benefit of these therapies is intrinsic and acquired resistance, asking for pre-clinical models for closer investigation of predictive biomarkers for refined personalized medicine and testing of possible combination therapies as well as novel therapeutic approaches to break resistances. 
One third of all lung adenocarcinoma harbor mutations in the KRAS gene, of which 39 % are transitions from glycine to cysteine in codon 12 (KRASG12C). Being considered “undruggable” in previous decades, KRASG12C-inhibitors now paved the way into the standard-of-care for lung adenocarcinoma treatment in the clinics. Still, the overall response rates as well as overall survival of patients treated with KRASG12C-inhibitors are sobering. Therefore, 3D KRASG12C-biomarker in vitro models were developed based on a decellularized porcine jejunum (SISmuc) using commercial and PDX-derived cell lines and characterized in regards of epithelial-mesenchymal-transition (EMT), stemness, proliferation, invasion and c-MYC expression as well as the sensitivity towards KRASG12C-inhibiton. The phenotype of lung tumors harboring KRAS mutations together with a c-MYC overexpression described in the literature regarding invasion and proliferation for in vivo models was well represented in the SISmuc models. A higher resistance towards targeted therapies was validated in the 3D models compared to 2D cultures, while reduced viability after treatment with combination therapies were exclusively observed in the 3D models. In the test system neither EMT, stemness nor the c-MYC expression were directly predictive for drug sensitivity. Testing of a panel of combination therapies, a sensitizing effect of the aurora kinase A (AURKA) inhibitor alisertib for the KRASG12C-inhibitor ARS-1620 directly correlating with the level of c-MYC expression in the corresponding 3D models was observed. Thereby, the capability of SISmuc tumor models as an in vitro test system for patient stratification was demonstrated, holding the possibility to reduce animal experiments.
Besides targeted therapies the treatment of NSCLC with oncolytic viruses (OVs) is a promising approach. However, a lack of in vitro models to test novel OVs limits the transfer from bench to bedside. In this study, 3D NSCLC models based on the SISmuc were evaluated for their capability to perform efficacy and risk assessment of oncolytic viruses (OVs) in a pre-clinical setting. Hereby, the infection of cocultures of tumor cells and fibroblasts on the SISmuc with provided viruses demonstrated that in contrast to a wildtype herpes simplex virus 1 (HSV-1) based OV, the attenuated version of the OV exhibited specificity for NSCLC cells with a more advanced and highly proliferative phenotype, while fibroblasts were no longer permissive for infection. This approach introduced SISmuc tumor models as novel test system for in vitro validation of OVs. 
Finally, a workflow for validating the efficacy of anti-cancer therapies in 3D tumor spheroids was established for the transfer to an automated platform based on a two-arm-robot system. In a proof-of-concept process, H358 spheroids were characterized and treated with the KRASG12C-inhibitor ARS-1620. A time- and dose-dependent reduction of the spheroid area after treatment was defined together with a live/dead-staining as easy-to-perform and cost-effective assays for automated drug testing that can be readily performed in situ in an automated system.
N2  - Lungentumoren sind die Hauptursache für krebsbedingte Todesfälle weltweit. Trotz der Verfügbarkeit diverser zielgerichteter Therapien und Immuntherapien im klinischen Alltag ist die Prognose für Lungenkrebs nach wie vor schlecht. Eine Hauptursache hierfür sind intrinsische und erworbene Resistenzen. Hieraus ergibt sich ein Bedarf für präklinische Modelle zur genaueren Untersuchung prädiktiver Biomarker für eine verbesserte personalisierte Medizin und zur Testung von Kombinationstherapien sowie neuartiger therapeutischer Ansätze, um bestehende Resistenzen zu brechen. Ein Drittel aller Lungen-Adenokarzinome weisen Mutationen im KRAS-Gen auf, von denen 39 % Transitionen von Glycin zu Cystein in Codon 12 (KRASG12C) darstellen. Obwohl KRAS in den vergangenen Jahrzehnten als "unbehandelbar" galt, haben sich KRASG12C-Inhibitoren nun den Weg in die klinische Standardbehandlung von Lungen-Adenokarzinomen gebahnt. Jedoch sind die Ansprech- und Überlebensraten von Patienten, die mit KRASG12C-Inhibitoren behandelt werden, ernüchternd. Daher wurden in dieser Arbeit 3D KRASG12C-Biomarker in vitro Modelle basierend auf dezellularisierten Schweinedünndarm (SISmuc) unter Verwendung kommerzieller und PDX-abgeleiteter Zelllinien aufgebaut und hinsichtlich der epithelial-mesenchymalen Transition (EMT), Stammzell-Eigenschaften, Proliferation, Invasion und c MYC-Expression sowie der Sensitivität gegenüber KRASG12C-Inhibitoren charakterisiert. Der in der Literatur für in vivo Modelle beschriebene Phänotyp von Lungentumoren mit KRAS-Mutationen und c-MYC-Überexpression in Bezug auf Invasion und Proliferation war in den SISmuc-Modellen reproduzierbar. Während in den 3D Modellen erhöhte Resistenz gegenüber zielgerichteten Therapien im Vergleich zu 2D beobachtet wurde, konnte eine verringerte Viabilität nach der Behandlung mit Kombinationstherapien ausschließlich in den 3D Modellen beobachtet werden. Im Test-System zeigten sich weder EMT noch die c-MYC-Expression als direkt prädiktiv für die Sensitivität gegenüber KRASG12C-Inhibitoren. Bei der Prüfung von verschiedenen Kombinationstherapien, wurde eine sensibilisierende Wirkung des Aurora-Kinase A (AURKA)-Inhibitors Alisertib für den KRASG12C-Inhibitor ARS-1620 beobachtet, welche direkt mit dem Grad der c-MYC-Expression in den entsprechenden 3D-Modellen korrelierte.  Hierdurch konnte die Eignung von SISmuc Tumor Modellen als in vitro Test-System zur Patienten-Stratifizierung gezeigt werden, welches die Möglichkeit einer Reduktion von Tierversuchen birgt. Neben zielgerichteten Therapien ist die Behandlung von NSCLC mit onkolytischen Viren (OVs) ein vielversprechender Ansatz. Es mangelt jedoch an in vitro Modellen, um neue OVs in einer präklinischen Umgebung zu testen. Hierfür wurden 3D-NSCLC-Modelle auf der Grundlage der SISmuc bezüglich ihrer Eignung zur Durchführung von Wirksamkeits- und Risikobewertungen von OVs untersucht. Dabei zeigte die Infektion von Kokulturen aus Tumorzellen und Fibroblasten auf der SISmuc mit bereitgestellten Viren, dass die abgeschwächte Version des OV im Gegensatz zu einem auf dem Wildtyp des Herpes Simplex Virus 1 (HSV-1) basierenden OV eine Spezifität für NSCLC-Zellen mit einem fortgeschritteneren und stark proliferativen Phänotyp aufwies, während Fibroblasten sich für eine Infektion nicht länger permissiv zeigten. Dieser Ansatz stellt unter Beweis, dass SISmuc-Tumormodelle sich als neues Test-System zur in vitro Prüfung von OVs eignen. Schließlich wurde ein Arbeitsablauf zur Validierung der Wirksamkeit von Krebstherapien in 3D-Tumor-Sphäroiden für die Übertragung auf eine automatisierte Plattform auf der Grundlage eines zweiarmigen Robotersystems entwickelt. In einem Proof-of-Concept-Prozess wurden H358-Sphäroide charakterisiert und mit dem KRASG12C-Inhibitor ARS-1620 behandelt. Eine zeit- und dosisabhängige Reduktion der Sphäroid-Fläche nach der Behandlung wurde zusammen mit einer Lebend/Tot-Färbung als einfach durchzuführender und kostengünstiger Assay für automatisierte Medikamententests definiert, welche in situ in einer automatisierten Umgebung durchgeführt werden können.
KW  - Krebs <Medizin>
KW  - Tissue Engineering
KW  - Tumor models
KW  - Cancer
KW  - Targeted therapies
KW  - Automation
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-310693
ER  - 
TY  - THES
A1  - Garcia Guerrero, Estefania
T1  - Strategies to Obtain Tumor-Reactive Cells for Cancer Immunotherapy by Cell Sorting and Genetic Modifications of T Lymphocytes
T1  - Zellsortierung und genetische Modifikation von T-Lymphozyten zur Gewinnung tumorreaktiver Zellen für die Krebsimmuntherapie
N2  - Recent advances in the field of cancer immunotherapy have enabled this therapeutic approach to enter the mainstream of modern cancer treatment. In particular, adoptive T cell therapy (ACT) is a potentially powerful immunotherapy approach that relies on the administration of tumor-specific T cells into the patient. There are several strategies to obtain tumor-reactive cytotoxic T lymphocytes (CTLs), which have already been shown to induce remarkable responses in the clinical setting. However, there are concerns and limitations regarding the conventional approaches to obtain tumor-reactive T cells, such as accuracy of the procedure and reproducibility. Therefore, we aimed to develop two approaches to improve the precision and efficacy of tumor-reactive T cells therapy. These two techniques could constitute effective, safe and broadly applicable alternatives to the conventional methods for obtaining tumor-specific CTLs.
The first approach of this study is the so called “Doublet Technology”. Here, we demonstrate that peptide-human leukocyte antigen-T cell receptor (pHLA-TCR) interactions that involve immune reactive peptides are stable and strong. Therefore, the CTLs that are bound by their TCR to tumor cells can be selected and isolated through FACS-based cell sorting taking advantage of this stable interaction between the CTLs and the target cells. The CTLs from acute myeloid leukemia (AML) patients obtained with this technique show cytolytic activity against blast cells suggesting a potential clinical use of these CTLs. “Doublet Technology” offers a personalized therapy in which there is no need for a priori knowledge of the exact tumor antigen.
The second approach of this study is the Chimeric Antigen Receptor (CAR) Technology. We design several CARs targeting the B-Cell Maturation Antigen (BCMA). BCMA CAR T cells show antigen-specific cytolytic activity, production of cytokines including IFN-γ and IL-2, as well as productive proliferation. Although we confirm the presence of soluble BCMA in serum of multiple myeloma (MM) patients, we demonstrate that the presence of soluble protein does not abrogate the efficacy of BCMA CAR T cells suggesting that BCMA CAR T cells can be used in the clinical setting to treat MM patients. The high antigen specificity of CAR T cells allows efficient tumor cell eradication and makes CAR Technology attractive for broadly applicable therapies.
N2  - Durch jüngste Fortschritte auf dem Gebiet der Krebsimmuntherapie konnte dieser therapeutische Ansatz in der Mitte moderner Krebsbehandlungen ankommen. Insbesondere die adoptive T-Zelltherapie (ACT), die auf der Verabreichung tumorspezifischer T-Zellen an den Patienten beruht, stellt einen potentiell schlagkräftigen immuntherapeutischen Ansatz dar. Es existieren bereits verschiedene Strategien um tumorreaktive zytotoxische T-Lymphozyten (CTL) herzustellen, von denen bereits gezeigt wurde, dass sie klinisch bemerkenswerte Antworten hervorrufen. Dennoch gibt es Bedenken und Grenzen bezüglich dieser konventionellen Ansätze zur Herstellung tumorreaktiver T-Zellen, wie zum Beispiel die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Verfahrens. Daher arbeiteten wir an der Entwicklung zweier Ansätze um die Präzision und Effizienz der tumorreaktiven T-Zelltherapie zu verbessern. Diese beiden Techniken könnten effektive, sichere und breit anwendbare Alternativen zu den konventionellen Methoden der tumorspezifischen CTL-Gewinnung darstellen. Der erste Ansatz dieser Studie wird als „Doublet Technology“ bezeichnet. Hierbei zeigen wir, dass die Interaktionen zwischen Peptid/MHC-Komplex und T-Zellrezeptor (pHLA-TCR), die immunreaktive Peptide involvieren, stabil und solide sind. Außerdem zeigen wir, dass CTLs, die über ihren TCR an Tumorzellen gebunden sind, selektioniert und durch FACS-basierte Zellsortierung isoliert werden können. Hierbei wird die Stabilität der Interaktion von CTLs und Zielzellen genutzt. Die CTLs von Patienten mit Akuter Myeloischer Leukämie (AML), die auf diese Weise gewonnen werden, zeigen zytolytische Aktivität gegenüber Blasten, was auf einen potentiellen klinischen Nutzen dieser CTLs hinweisen könnte. Die „Doublet Technology“ bietet eine personalisierte Therapie, die kein vorheriges Wissen über ein exaktes Tumorantigen erfordert. Der zweite Ansatz dieser Studie ist die Chimere Antigenrezeptor (CAR) Technologie. Wir entwickeln verschiedene CARs gegen das B-Zellmaturationsantigen (BCMA). BCMA-CAR T-Zellen zeigen antigenspezifische zytolytische Aktivität, Produktion der Zytokine IFN-γ und IL-2 sowie produktive Proliferation. Obwohl wir bestätigen, dass lösliches BCMA im Serum von Multiplen Myelompatienten zu finden ist, zeigen wir auch, dass dieses lösliche Protein nicht die Effizienz von BCMA-CAR T-Zellen beeinträchtigt und somit BCMA-CAR T-Zellen zur Behandlung von Multiplen Myelompatienten klinisch genutzt werden können. Die hohe Antigenspezifität der CAR-T-Zellen erlaubt eine effiziente Vernichtung von Tumorzellen und macht die CAR-Technologie attraktiv für breit einsetzbare Therapien.
KW  - Immunotherapy
KW  - Cancer
KW  - Strategies to Obtain Tumor-Reactive Cells
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-150547
ER  -