Durch ihren Tumortropismus haben mesenchymale Stammzellen (MSCs) das Interesse der onkologischen Forschung geweckt. Sie werden als potenzielles Vehikel für die zielgerichtete Tumortherapie diskutiert. Ihre Wirkung auf Tumore ist jedoch nach wie vor unklar: Es werden sowohl tumorfördernde als auch tumorhemmende Eigenschaften in der Literatur beschrieben. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von nativen und andifferenzierten MSCs aus dem Knochenmark auf Proliferation und Vitalität von Kopf-Hals-Tumorzellen in vitro systematisch untersucht. Entsprechend der Ergebnisse des durchgeführten Proliferationsassay und des Dot Blot Assay muss von einer protumorigenen Wirkung der MSCs auf HNSCC ausgegangen werden. Mit Hilfe von ELISA und Western Blot konnte gezeigt werden, dass der IL-6 vermittelte Aktivierung von ERK1/2 und STAT3 eine wichtige Rolle in der Interaktion zwischen MSC und HNSCC zukommt. Angesichts dieser Ergebnisse müssen hinsichtlich eines Einsatzes von MSC in der Tumortherapie Bedenken geäußert werden. Weitere Untersuchungen zum besseren Verständnis der Interaktion sind notwendig.

Hintergrund: Über den Verlauf der Expression von Osteopontin (OPN) nach Tumorresektion ist bisher wenig bekannt. In dieser Studie bestimmten wir den zeitlichen Verlauf der OPN Plasmaspiegel vor und nach Operation. Methoden: Zwischen 2011 und 2013 wurden 41 Patienten mit HNO-Tumoren in einer prospektiven Studie erfasst (Gruppe A). Zu verschiedenen Zeitpunkten wurden Plasmaproben entnommen: T 0) vor, T1) am ersten postoperativen Tag, T2) eine Woche nach Operation und T3) vier Wochen nach Operation. Osteopontin und TGF β1 Plasmaspiegel wurden mit kommerziellen ELISA-Systemen bestimmt. Die Ergebnisse wurden mit 131 HNO-Tumorpatienten verglichen, von denen n=42 (Gruppe B1) primär bestrahlt, beziehungsweise n=89 (Gruppe B2) postoperativ bestrahlt wurden. Ergebnisse: Es zeigte sich ein signifikanter OPN Anstieg am ersten postoperativen Tag (T0 vs T1, p<0,01). OPN Plasmaspiegel sanken drei bis 4 Wochen nach der Operation zurück auf ihren Ausgangswert. OPN Plasmaspiegel waren positiv mit der postoperativen TGF β1 Expression korreliert, was ein Zusammenhang zu Wundheilungsprozessen vermuten lässt. Die Auswertung der Überlebenszahlen zeigte einen signifikanten Vorsprung für Patienten mit niedrigen OPN Plasmaspiegeln sowohl in der primär bestrahlten, als auch in der postoperativ bestrahlten Gruppe (B1: 33 vs 11,5 Monate, p>0,017, B2: Median nicht erreicht vs 33,4 Monate, p=0,031). TGF β1 war in Gruppe B1 ebenso prognostisch signifikant (33,0 vs 10,7 Monate, p=0,003). Schlussfolgerung: Patienten mit HNO-Tumoren zeigten einen Anstieg von Osteopontin Plasmaspiegeln unmittelbar nach Operation. Innerhalb der folgenden vier Wochen sinken die OPN Plasmaspiegel wieder auf ihr präoperatives Niveau. Der langanhaltende Anstieg hängt wahrscheinlich mit Wundheilprozessen zusammen. Die prätherapeutischen Plasmaspiegel von Osteopontin und TGF β1 hatten prognostische Aussagekraft.

Bei der zystischen Fibrose (CF) sowie der primären Ziliendyskinesie (PCD) handelt es sich um zwei seltene Erkrankungen, die unter anderem den mukoziliären Transport beeinträchtigen. CF gehört hierbei zu den am häufigsten vorkommenden angeborenen Stoffwechselerkrankungen, wobei Betroffene unter einem Defekt des Cystic Fibrosis Transmembrane Conductor Regulator (CFTR)-Gens leiden, der durch die Produktion von hochviskosem Sekret in muzinproduzierenden Organen, wie dem gastrointestinalen Trakt und der Lunge, gekennzeichnet ist. Patienten, die an PCD leiden, weisen Defekte in, zum jetzigen Zeitpunkt, ca. 38 bekannten und PCD-assoziierten Genen auf, die in strukturellen Defekten des ziliären Apparats und somit in dysfunktionalen Kinozilien resultieren. Da aktuell weder für die CF noch für die PCD eine Heilung möglich ist, steht bei der Therapie vor allem die Linderung der Symptome im Fokus. Grundlegendes Ziel ist der langfristige Erhalt der Lungenfunktion sowie die Prävention bakterieller Infekte. Als bisherige Modellsysteme zur Erforschung möglicher Therapeutika gelten Tiermodelle, die den humanen Phänotyp aufgrund von Speziesdiversität nicht vollständig abbilden können. Als vielversprechende Testsysteme für die zystische Fibrose gelten humane intestinale Organoidkulturen. Nachdem allerdings vorwiegend respiratorische Symptome für die Mortalität der Patienten verantwortlich sind, stellen CF-Atemwegsmodelle bessere Testsysteme für zukünftige Therapeutika dar. Atmungsorganoidkulturen wurden verwendet, um die CFTR-Funktionalität zu untersuchen, repräsentieren aber nicht vollständig die in vivo Situation. Deshalb werden zur Entwicklung neuer Therapiestrategien patientenspezifische 3D in vitro Testsysteme der humanen Atemwege benötigt, die insbesondere im Hinblick auf personalisierte Medizin ihren Einsatz finden. In der vorliegenden Arbeit wurde eine für den Lehrstuhl neue Methode zur Zellgewinnung aus nasalen Schleimhautabstrichen etabliert, die eine standardisierte Versorgung mit humanem Primärmaterial garantiert. Zur Generierung einer krankheitsspezifischen Zelllinie, wie beispielsweise einer PCD-Zelllinie mit Hilfe des CRISPR/Cas9-Systems, ist eine Atemwegszelllinie erforderlich, die die in vivo Situation vollständig repräsentiert. So wurden vier verschiedene respiratorische Epithelzelllinien (HBEC3-KT, Calu-3, VA10 und Cl-huAEC) auf ihren mukoziliären Phänotyp hin untersucht, wobei lediglich die Zelllinie HBEC3-KT in zilientragende Zellen differenzierte. Diese zeigten jedoch nur auf ca. 5 % der Modelloberfläche Kinozilien, wodurch die humane respiratorische Mukosa nicht komplett abgebildet werden konnte und die HBEC3-KT-Zelllinie keine geeignete Zelllinie zur Generierung einer PCD-Zelllinie darstellte. Mit Hilfe des Tissue Engineering war es möglich, 3D in vitro Testsysteme basierend auf zwei unterschiedlichen Matrices, der biologischen SIS (small intestinal submucosa) und der synthetischen Polyethylenterephthalat (PET)-Membran, aufzubauen. Es wurden 3D Atemwegstestsysteme mit humanen primären nasalen und tracheobronchialen Epithelzellen generiert. Ergänzend zu histologischen Untersuchungen und zur Charakterisierung spezifischer Marker des respiratorischen Systems mittels Immunfluoreszenz, wurde die Ultrastruktur der Modelle, mit speziellem Fokus auf ziliäre Strukturen, analysiert. Um Rückschlüsse auf die ziliäre Funktionalität ziehen zu können und somit eine hohe in vivo Korrelation zu bestätigen, wurde im Rahmen dieser Arbeit am Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regenerative Medizin die Methode der Hochgeschwindigkeitsvideomikroskopie etabliert, welche die Analyse der Zilienschlagfrequenz sowie des mukoziliären Transports ermöglicht. Ebenfalls wurde der Einfluss von isotoner Kochsalzlösung und des � 2-adrenergen Agonisten Salbutamol, das vor allem als Bronchodilatator bei Asthmapatienten eingesetzt wird, auf die Zilienschlagfrequenz analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass beide Substanzen den Zilienschlag im Atemwegsmodell erhöhen. Zur Generierung der Testsysteme der beiden seltenen Erkrankungen CF und PCD wurden Epithelzellen der betroffenen Patienten zunächst mittels nicht-invasiver Raman-Spektroskopie auf einen potentiellen Biomarker untersucht, welcher Einsatz in der Diagnostik der beiden Krankheiten finden könnte. Es konnte jedoch weder für die CF noch für die PCD ein Biomarker aufgedeckt werden. Jedoch zeigten PCD-Zellen eine geringe Auftrennung gegenüber nicht-PCD Zellen. Anschließend wurden 3D-Atemwegstestsysteme basierend auf Patientenzellen aufgebaut. Der Phänotyp der CF-Modelle wurde mittels immunhistologischer Färbung und der Analyse des gestörten mukoziliären Transports verifiziert. Strukturelle ziliäre Defekte konnten durch die ultrastrukturelle Analyse von Zilienquerschnitten in drei donorspezifischen PCD-Modellen identifiziert werden. Darüber hinaus konnte die ziliäre Funktionalität mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitsvideomikroskopie nicht nachgewiesen werden. Zusammenfassend ist es in dieser Arbeit gelungen, eine neue Methode zur vollständigen Charakterisierung von 3D-Atemwegstestsystemen zu etablieren, die die Analyse der Zilienschlagfrequenz sowie des mukoziliären Transports ermöglicht. Es konnte erstmalig gezeigt werden, dass mit Hilfe des Tissue Engineering ein personalisiertes Krankheitsmodell für die PCD auf Segmenten eines dezellularisierten porzinen Jejunums generiert werden kann, das zukünftig ein Testsystem für potentielle Therapeutika darstellen kann.

Ergebnisse einer retrospektiven Studie an der Universität Würzburg: Patienten und Methoden: In einer retrospektiven Studie wurden Einflussfaktoren auf die Lokoregionäre Kontrolle, das Gesamtüberleben und das rezidivfreie Überleben von 106 Patienten, mit histologisch gesicherten Oropharynxkarzinomen (28 T1, 46 T2, 25 T3 und 7 T4 Tumore, mit lymphatischer Beteiligung in 78 Fällen), mit uni- und multivariaten Analysen untersucht. Das mediane Alter bei Primärdiagnose betrug 55 Jahre. Es wurde eine mediane Nachbeobachtungszeit 36 Monaten erreicht (zwischen 5 bis 126 Monate). In 18 Fällen (17%) konnte der Primärtumor in sano entfernt werden (Sicherheitsabstand > 3mm). In 34 Fällen (32%) bestand ein knapper Sicherheitsabstand (definitionsgemäß < als 3mm) und in 54 Fällen (51%) waren die Resektatränder nicht frei von Tumorzellen (R1 Resektion). Patienten, welche eine Chemotherapie aufgrund des erhöhten Rezidivrisikos erhielten, machten 24% (25 Patienten) des Patientenkollektivs aus. Behandlungskonzept Das Tumorbett des Primärtumors und die zervikalen lymphatischen Abflussgebiete erhielten mediane Bestrahlungsdosen von 56 Gy (2 Gy/ Behandlung, 5 Fraktionen pro Woche). Patienten mit R0-Resektion erhielten Bestrahlungsdosen von 56-60Gy. Bei Patienten mit knappen Resektatrand wurde das Tumorbett mit einer höheren Dosis von 60-66Gy bestrahlt, R1 Resektionen wurden mit einer Boost-Aufsättigung bis zu einer Gesamtdosis von 66-70 Gy behandelt. Patienten im UICC-Stadium 4, mit erhöhtem Rezidivrisiko, machten 24% (25 Patienten) des Patientenkollektivs aus. Diese Patienten erhielten je nach Nierenfunktion und Blutbild eine zusätzliche Chemotherapie mit Cisplatin (40mg/m² wöchentlich) in 1-4 Zyklen, sowie eine Boost-Aufsättigung des Tumorbettes bis zu einer Gesamtdosis von 66-70 Gy. Ergebnisse der univariaten Analysen mittels Kaplan-Maier Plot Verfahren: lokoregionäre Kontrolle Mit einer medianen Nachbeobachtungszeit von 36 Monaten wurde eine 5 Jahres Rezidivfreiheit bei 87% der Patienten erzielt. Davon wurden 80% der Rezidive innerhalb der ersten 24 Monate diagnostiziert. Bei Patienten mit R0 Status wurde in 16,7 % ein Rezidiv diagnostiziert, bei Patienten mit R1 Situation in 17% und bei Patienten mit knappen Resektatrand wurde nur in 6 % ein Rezidiv diagnostiziert. Als statistisch signifikanter Einflussfaktor des Rezidiv erwies sich nur das Gesamttumorvolumen. Gesamtüberlebensrate Es wurde eine 3- und 5- Jahresüberlebensrate von 75% und 66% erreicht. Die 5JÜR bezüglich der Radikalität der Resektion erreichte bei R0 Resektion 61%, 71% bei Patienten mit knappen Resektatrand und 65% bei R1 Situation. Bei Patienten mit einem T1 Tumorstadium ergab sich eine 5JÜR von 82%, bei T2 67%, bei T3 52% und für Patienten im T4 Stadium ergab sich eine 5JÜR von 43 %. Patienten mit N0-Status verzeichneten eine 5JÜR von 68%, mit N1-Status 82%, N2a,b-Status 68%, N2c-Status 36% und N3-Status ergab 43%. Patienten ohne adjuvante Chemotherapie erzielten eine 5JÜR von 69% und Patienten, die aufgrund des erhöhten Rezidivrisikos eine Chemotherapie erhielten, erreichten 56%. Die Einflussgröße der Rezidiventwicklung erbrachte eine 5JÜR von 13%, wogegen sie bei Patienten ohne Rezidiv 75% betrug. Patienten, welche einen 2. Tumor entwickelten, verzeichneten eine 5JÜR von 45% gegenüber 71% bei Patienten ohne 2.Tumor. Der Vergleich der Bestrahlungsdosen im Tumorbett ergab, dass Patienten mit einer Gesamtdosis unter/gleich 66Gy eine 5JÜR von 71% erreichten und 62% bei Gesamtdosen über 66Gy. Die 5JÜR bezüglich des Tumorvolumens des Primärtumors, inklusive der befallenen Lymphknoten, erbrachte in der ersten Gruppe von unter 10ml Tumorvolumen 77%, von 10 bis 20ml 83%, von 20 bis 50ml 52% und in der vierten Gruppe mit über 50ml Tumorvolumen 33%. Mit einem Grading von 2 wurde 69% und mit einem Grading von 3 wurde bei Patienten eine 5JÜR von 61% berechnet. In der univariaten Analyse mittels des Kaplan-Maier-Plot-Verfahrens, zeigte sich in der 5-Jahres Überlebenskurve eine Signifikanz der Einflussgrößen Tumorstadium (p-Wert 0,003), Rezidivereignis (p-Wert 0,000), 2.Tumor (p-Wert 0,001) und Tumorvolumen (p-Wert 0,000). Rezidivfreies Überleben Das rezidivfreie Überleben betrug nach 3 Jahren 68% und nach 5 Jahren 64%. Bezüglich der Radikalität der Resektion ermittelte man für Patienten mit R0 Resektion nach 5 Jahren ein rezidivfreies Überleben von 61%, 71% bei knappen Resektatrand und 61% bei R1 Situation. Patienten mit einem T1 Stadium erreichten ein 5 jähriges rezidivfreies Überleben in 82%, mit T2 Stadium 67%, mit T3 Stadium 48% und Patienten im T4 Tumorstadium erzielten 43 %. Patienten mit N0-Status verzeichneten ein 5 jähriges rezidivfreies Überleben von 64%, mit N1-Status 82%, N2a,b-Status 68%, N2c-Status 27% und ein N3-Status ergab 43%. Patienten ohne adjuvante Chemotherapie erreichten in 68% und Patienten, welche eine Chemotherapie erhielten, erreichten ein 5 jähriges rezidivfreies Überleben in 52%. Patienten, welche einen 2. Tumor entwickelten, verzeichneten eine 5 jähriges rezidivfreies Überleben von 45%, gegenüber 68% bei Patienten ohne 2.Tumor. Die Gegenüberstellung der Bestrahlungsdosen im Tumorbett ergab, dass Patienten mit einer Gesamtdosis unter/gleich 66Gy ein rezidivfreies 5-jähriges Überleben von 69% erreichten, hingegen Patienten mit mehr als 66Gy Bestrahlungsdosis 60% erzielten. Das 5 jährige rezidivfreie Überleben in Bezug auf das Tumorvolumen des Primärtumors, inklusive der befallenen Lymphknoten, erbrachte in der ersten Gruppe von unter 10ml Tumorvolumen 77%, von 10 bis 20ml 79%, in der dritten Gruppe von 20 bis 50ml 48% und in der vierten Gruppe mit über 50ml Tumorvolumen wurde nach 5 Jahren ein rezidivfreies Überleben von 33% verzeichnet. Mit einem Grading von 2, wurde 66% und mit einem Grading von 3 ergaben sich für die Patienten ein 5 jähriges rezidivfreies Überleben von 61%. In der univariaten Analyse mittels des Kaplan-Maier-Plot-Verfahren, zeigte sich in der Kurve für das 5-jährige rezidivfreie Überleben, eine Signifikanz der Einflussgrößen Tumorstadium (p-Wert 0,003), Lymphknotenstatus (p-Wert 0,048), Chemotherapie (p-Wert 0,047), 2.Tumor (p-Wert 0,003) und Tumorvolumen (p-Wert 0,000). Ergebnisse der multivarianten Analysen In einer multivariaten Cox-Regressions Analyse erwiesen sich die Einflussgrößen des Tumorstadiums und die Entwicklung eines 2. Tumors, bezüglich des Gesamt- und des rezidivfreien Überlebens, als statistisch signifikant. Das Tumorstadium konnte, in Bezug auf das Gesamtüberleben, eine Signifikanz von 0,015 ermittelt werden. Im Hinblick auf das rezidivfreie Überleben konnte ihm eine Signifikanz von 0,03 zugeschreiben werden. Die Einflussgröße des 2.Tumors ergab für das Gesamtüberleben eine Signifikanz von ebenfalls 0,015 und eine Signifikanz von 0,025 bezüglich des rezidivfreien Überlebens. Schlussfolgerung: Mit dem Therapiekonzept konnte eine Verbesserung der 5JÜR und des 5-jährigen rezidivfreien Überlebens erzielt werden. Die Patienten mit knappen Resektatrand wiesen durchweg bessere Ergebnisse auf als Patienten mit R0-Resektion. Als Konsequenz dieser Ergebnisse müsste man eine Angleichung des bisherigen Therapiekonzeptes der R0 Patienten an das der knapp resezierten Patienten vornehmen. Bei Patienten mit einem primär erhöhtem Rezidivrisiko, welche eine simultane Radiochemotherapie erhielten, erzielte man mit diesem Therapiekonzept eine Angleichung der 5JÜR an Patienten ohne dieses. Es zeigte sich hierbei in der multivariaten Analyse, sowohl beim Gesamtüberleben, als auch beim rezidivfreien Überleben kein statistisch signifikanter Unterschied (Gesamtüberleben p-Wert 0,064, rezidivfreies Überleben p-Wert 0,085).

In der vorliegenden experimentellen Arbeit wurde in in-vitro-Modellen der Zusammenhang zwischen Expression der Tumorantigene MAGE-A (melanoma-associated antigenes) und der Wirksamkeit von Chemotherapeutika untersucht. Die MAGE-Antigene MAGE-A1 bis MAGE-A12 (ohne A7) kommen in diversen malignen Tumoren vor; neben Melanomen auch in Tumoren der Lunge, Brust, Prostata, Ovarien, Harnblase, des Gastrointestinal-Trakts und des Kopf-Hals-Bereichs. Bereits vielfach wurden Zusammenhänge zwischen MAGE-A-Tumorantigen-Expression und einer erhöhten Tumorinvasivität, Zellproliferation, Metastasierungsrate und kürzerem Überleben hergestellt. In dieser Arbeit gelang nun der erstmalige Nachweis, dass MAGE-A-Tumorantigene die chemotherapeutische Wirksamkeit beeinflussen. Zunächst gelang der Nachweis, dass die Expression von MAGE-A11 mit geringer Cisplatin-Wirksamkeit korreliert. Eine im Anschluss generierte MAGE-A11 überexprimierende Zelllinie zeigte ein durchschnittlich um 9 % schlechteres Ansprechen auf Cisplatin als die Kontrollzelllinie.