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Infektionen durch multiresistente Erreger führen jährlich zum Tod von ca. 33.000 Menschen in Europa.192 Insbesondere ist eine weltweite Zunahme von multiresistenten Gram-negativen Bakterien zu verzeichnen.193 Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Projekte bezüglich der Resistenzmechanismen gegenüber Beta-Laktam-Antibiotika bei Gram-negativen Bakterien bearbeitet.
Das Gammaproteobakterium Psychrobacter sanguinis PS2578 wurde im März 2015 von einem Neonaten isoliert und verursachte eine early onset Neugeboreneninfektion. Aufgrund der insuffizienten Datenlage bezüglich Diagnostik, Antibiotikaresistenz und Pathogenität von Psychrobacter spp. wurden diese Aspekte weiter evaluiert. P. sanguinis zeigte geringes Wachstum auf Blutagar und keinerlei Wachstum in Standardnährmedien. Als optimales Nährmedium erwies sich das Spezialmedium BHI mit 10% Fetalem Kälberserum, wobei eine Abhängigkeit des Wachstums von FCS beobachtet wurde. Die Virulenz des klinischen Isolats sowie des Referenzstamms P. sanguinis DSM 23635 war in einem in vivo Infektionsmodell vergleichbar mit klinischen Escherichia coli und Klebsiella pneumoniae Isolaten sowie dem phylogenetisch nahe verwandten Acinetobacter calcoaceticus DSM 30006. Demnach ist die Spezies P. sanguinis moderat virulent und als humanpathogen anzusehen. Als molekulares Äquivalent der phänotypischen Penicillinresistenz wurde die Carbenicillinase CARB-8 (RTG-3) identifiziert, wodurch die These gestützt wird, dass der Genus Psychrobacter spp. ein mögliches Genreservoir von Carbenicillinasen darstellt.3 Im Rahmen dieser Arbeit konnte das Genom der Spezies erstmals komplett sequenziert werden. Es beinhaltete ein Chromosom von 2.946.289 bp, ein größeres Plasmid von 49.981 bp und ein kleineres Plasmid von 11.576 bp, welches blaCARB-8 kodierte.
Der Nachweis von Carbapenem-resistenten Gammaproteobacteria hat sich von 2010 zu 2017 in Deutschland mehr als verzehnfacht. Dabei ist OXA-48 die häufigste Carbapenemase in Europa und tritt vor allem bei den Spezies K. pneumoniae und E. coli auf.75 In dieser Arbeit wurden 62 klinische Stämme hinsichtlich ihres Plasmidtyps und ihres Verwandtschaftsgrads untersucht.
In der Klonalitätsanalyse gehörten 25 (n=44) K. pneumoniae derselben klonalen Linie an. Hiervon wurden 22 (n=25) Isolate in den Jahren 2010 und 2011 isoliert, was einen klonalen Ausbruch vermuten lässt.158 Bei der Spezies E. coli (n=8) waren lediglich zwei Stämme klonal verwandt. Insgesamt indizierten diese Ergebnisse eine hohe Diversität der klinischen Isolate. Die Plasmidtypisierung hingegen zeigte, dass 95% der Stämme (n=62) ein IncL Plasmid aufwiesen. Basierend auf den Selektionskriterien Klonalität und Plasmidtyp wurden 21 Stämme für weitere Analysen mittels Multilocus-Sequenz-Typisierung und Transkonjugation ausgewählt. Es konnten sehr hohe Konjugationsfrequenzen von 7,51 x 10-1 im Intraspezies- und von 8,15 x 10-1 im Intergenus- HGT für das blaOXA-48 IncL Plasmid in vitro ermittelt werden. Unter Verwendung von Galleria mellonella Larven als in vivo Transkonjugationsmodell wurde eine Transkonjugationsfrequenz von nahezu 100% detektiert. Daher lässt sich vermuten, dass der HGT von Antibiotikaresistenzgenen im Darm eines Patienten eine sehr viel höhere Effizienz aufweisen könnte, als bisher basierend auf in vitro generierten Daten angenommen. Dies impliziert, dass die globale Verbreitung von OXA-48 auf dem effizienten horizontalen Gentransfers eines einzigen IncL Plasmids beruht und nicht auf der Expansion einer bestimmten klonalen Linie.
Toll-like Rezeptoren (TLRs) spielen als Pathogen-Erkennungsrezeptoren eine wichtige Rolle und vermitteln die angeborene Immunität. Nach Erkennung spezifischer Pathogene lösen sie in der Rezeptor tragenden Zelle eine Entzündungsreaktion aus und es kommt unter anderem zur Aktivierung von Proteinkinasen, des Transkriptionsfaktors NF-κB und zur Sekretion von Zytokinen. Während der TLR4 für die Erkennung von Lipopolysacchariden (LPS) verantwortlich ist, dient der TLR2 unter anderem als Rezeptor für Peptidoglycan, Lipoteichonsäure und Lipoproteine von gram-positiven Bakterien. In dieser Dissertation wurde das Vorkommen der TLR2 und TLR4 in den circumventriculären Organen (CVO), speziell im Subcommissuralorgan (SCO), untersucht. Im Hinblick darauf, dass die circumventriculären Organe durch das Fehlen einer Blut-Hirn-Schranke gekennzeichnet sind, ist das Vorkommen einer Abwehr durch das angeborene Immunsystem im Sinne von TLR2 und TLR4 von besonderem Interesse gewesen. Zur Darstellung der Verteilung der beiden Rezeptoren wurden immunhistochemische Färbungen an Gewebeschnitten von Wistar-Ratten durchgeführt.
Es konnte ein Vorkommen beider Rezeptor-Typen in den circumventriculären Organen und dem Plexus choroideus nachgewiesen werden. Vor allem zeigt sich ein verstärktes Vorkommen von TLRs an Gefäßen und dem fenestrierten Endothel der circumventriculären Organe sowie den umgebenden perivaskulären Räumen. Das SCO zeigte vor allem dort eine starke Tingierung, wo es in Kontakt zu den Ependymzellen des dritten Ventrikels steht. Die Rezeptoren scheinen auf Eventualitäten an prädisponierten Stellen entwickelt zu sein. Dies ermöglicht eine sofortige Abwehrreaktion auch bei raschem Eindringen von Pathogenen. Es wurden kaum immunreaktive Neurone oder Perikaryen gefunden, was auf eine Auseinandersetzung der Pathogene im zentralen Nervensystem (ZNS) mit den Epithelbarrieren spricht. Die frühzeitige Inhibition der Schadenskaskade durch die TLRs bereits an den Gefäßen der CVOs könnte neuroprotektive Bedeutung haben.
Das adaptive Immunsystem CRISPR (engl. „clustered regularly interspaced short palindromic repeats“) revolutioniert die medizinische Grundlagenforschung. Die Einfachheit, Präzision und Vielseitigkeit der CRISPR-Technologie ermöglicht es nicht nur, Gene gezielt aus- oder einzuschalten, sondern auch zu korrigieren. Die Hoffnung richtet sich auf eine CRISPR-vermittelte Gentherapie, um krebsverursachende Mutationen gezielt zu korrigieren und somit Tumorwachstum zu verhindern oder therapieren zu können. Technisch ist dies zeitnah vorstellbar, doch ethische und rechtliche Rahmenbedingungen sollten dringend vorab geklärt werden. Die durch Gene Editing aufgeworfenen ethischen und rechtlichen Fragen werden zwar schon seit vielen Jahren diskutiert; durch die nun eingetretene rapide technische Entwicklung stellen sie sich jedoch in neuer Dringlichkeit. Eine umfassende ethische Bewertung der Erforschung und möglichen Anwendung ist daher geboten, einschließlich Fragen der Wissenschaftsethik und -kultur sowie längerfristiger potenzieller sozialer Konsequenzen der CRISPR-Technologie. Rechtlich unterliegt die Gentherapie den allgemeinen arzneimittelrechtlichen Regelungen, die Keimbahntherapie dagegen ist in Deutschland verboten. Auf Dauer und angesichts der erwartbaren weltweiten Entwicklung ist dieses Verbot jedoch zu hinterfragen. In der vorliegenden Arbeit erläutern die Autoren technische, ethische und rechtliche Aspekte des Gene Editing in der Krebsforschung und -therapie und diskutieren die daraus resultierenden Fragen: „Was kann, soll und darf gemacht werden?“.
Das Neuroblastom ist der häufigste extrakranielle solide Tumor des Kindesalters. Bei Diagnosestellung befinden sich die meisten Patienten bereits in fortgeschrittenen Tumorstadien; trotz intensiver multimodaler Therapie überleben nur 30-40% der Hochrisikopatienten die Erkrankung. Zum Therapieversagen führt in den meisten Fällen eine Resistenzentwicklung des Tumors gegenüber den Chemotherapeutika. Die Entdeckung neuer effektiver Therapieansätze und Überwindung der Chemoresistenz durch Resensibilisierung der Tumorzellen ist daher ein dringendes Forschungsanliegen.
Zur Charakterisierung der Zelllinien im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Zellmorphologie, die Gen- und Proteinexpression verschiedener Differenzierungs- bzw. Krebsstammzell-Marker und das Anoikis-Verhalten der Neuroblastomzellen UKF-NB-2, UKF-NB-3 und UKF-NB-6 sowie ihrer Cisplatin- und Carboplatin-resistenten Sublinien untersucht. Der zytomorphologischen Phänotyp der untersuchten Zellen ließ keine eindeutigen Schlüsse auf eine neuronale, indifferente oder nicht-neuronale Differenzierung der Zellen zu. Gemessen an der Expression der neuronalen Marker NCAM, TH und der Neurofilamente L, M und H zeigte jedoch die Mehrzahl der untersuchten Cisplatin- und Carboplatin-resistenten Sublinien einen signifikanten Verlust der neuronalen Differenzierung im Vergleich zu ihren parentalen Zellen. Dieser Effekt war auch durch eine temporäre Platinkarenz nicht vollständig reversibel.
Der EGF-Rezeptor, dessen Überexpression als negativer prognostischer Marker für den Therapieerfolg gilt, wurde von allen untersuchten Zelllinien exprimiert, es ließ sich jedoch keine signifikant verstärkte Expression in den resistenten Sublinien nachweisen.
Eine Krebsstammzelle ließ sich in den untersuchten Zelllinien bei schwacher bis fehlender Stammzellmarkerexpression von CD133 und c-Kit nicht eindeutig identifizieren.
Die Resistenz gegenüber Anoikis ist eine Grundvoraussetzung für die Metastasierung von Tumorzellen. Bei den in dieser Arbeit untersuchten Neuroblastomzelllinien zeigten 3 von 8 Zelllinien, UKF-NB-2, UKF-NB-2rCDDP500 und UKF-NB-6, eine Anoikis-Resistenz. UKF-NB-3 sowie ihre beiden Sublinien waren Anoikis-sensibel, sie zeigten alle einen signifikanten Viabilitätsverlust durch Kultivierung auf Poly-HEMA-Beschichtung und daraus resultierendem Adhärenzverlust. Bei UKF-NB-6 nahm durch den Erwerb der Platinresistenz die Toleranz gegenüber Anoikis ab, wie man an dem signifikanten Viabilitätsverlust der Sublinien UKF-NB-6rCDDP1000 und UKF-NB6rCarbo1000 unter nicht-adhärenten Bedingungen sieht. Die Ausbildung der Cisplatin- und insbesondere der Carboplatinresistenz geht hier mit einer signifikant verstärkten Sensitivität der Zellen gegenüber Anoikis einher. Ein synergistischer Effekt auf die Zellviabilität durch Anoikis-induzierende PolyHEMA-Beschichtung und simultane Cisplatin- oder Carboplatin-Exposition ließ sich jedoch nicht beobachten.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden die durch die Connectivity Map ermittelten potentiellen Resensitizer für Cisplatin (Pararosanilin, Tolbutamid, Fludrocortison, 12,13-EODE und Topiramat) und deren Wirkung auf die Viabilität der Neuroblastomzelllinien (IMR-5, NGP, SK-N-AS, UKF-NB-2, UKF-NB-3 und UKF-NB-6) sowie ihrer Cisplatin-resistenten Sublinien untersucht.
Hierbei zeigte die Kombinationstherapie von Cisplatin mit 12,13-EODE, Topiramat oder Fludrocortison keine signifikante Reduktion der Zellviabilität im Vergleich zur Therapie mit Cisplatin alleine. Ein z. T. signifikanter Anstieg des IC50-Werts von Cisplatin in den getesteten parentalen Zellen und resistenten Sublinien ließ eher einen desensibilisierenden Effekt dieser Stoffe gegenüber Cisplatin vermuten.
Die Kombination von Cisplatin mit Pararosanilin oder Tolbutamid hingegen hatte einen deutlich wachstumshemmenden Effekt auf alle untersuchten resistenten Sublinien. Die IC50-Werte von Cisplatin wurden hier in fast allen Zelllinien signifikant reduziert, z. T. bis um den Faktor 2,45, was einer Halbierung der Cisplatindosis entspricht. Pararosanilin und Tolbutamid erwiesen sich somit als mögliche Resensitizer für Cisplatin in Cisplatin-resistenten Neuroblastomzellen.
Diese Daten lassen erkennen, dass die Connectivity Map ein vielversprechendes Werkzeug in der gezielten Therapie von chemoresistenten Neuroblastomen sein kann. In Kombination mit bisher gängigen Therapieschemata könnten Resensitizer den Erfolg der Behandlung möglicherweise deutlich verbessern. Die mögliche Toxizität der identifizierten Resensitizer, insbesondere Pararosanilin, und damit den tatsächlichen Stellenwert dieses Therapieansatzes wird man jedoch zunächst in vivo noch weiter untersuchen müssen.
Die spontan bakterielle Peritonitis (SBP) ist eine spontan auftretende, bakterielle Infektion des Peritoneums und gilt als eine der schwerwiegendsten Akutkomplikationen der dekompensierten Leberzirrhose. Die Diagnosestellung der SBP erfolgt aufgrund der okkulten klinischen Symptome häufig verspätet, was mit einer deutlich verkürzten Lebenserwartung einhergeht. Auch im Falle einer Kolonisation oder Infektion durch multiresistente Erreger (MRE) ist die Prognose bei Patienten mit dekompensierter Leberzirrhose deutlich vermindert. Der pathophysiologische Zusammenhang sowie die prognostische Relevanz von MRE als Auslöser einer SBP sind bislang nicht bekannt. Die Prävalenz der MRE bei Patienten mit Leberzirrhose ist jedoch steigend. Die Identifizierung von Patienten mit hohem Risiko für eine Infektion mit MRE ist unerlässlich für eine frühzeitige Anpassung der Antibiotikatherapie bei diesen Patienten. In einem Ansatz, die Wahrscheinlichkeit einer durch MRE ausgelösten SBP (MRE-SBP) zu beurteilen, wurde untersucht, ob in Asziteskulturen nachgewiesene MRE auch durch nicht-invasive Screening-Verfahren ermittelt werden können.
Die vorliegende Arbeit wurde am Leberzentrum des Universitätsklinikums Frankfurt am Main durchgeführt. In einer retrospektiven Studie untersuchten wir Patienten aus den Jahren 2011 bis 2016 mit Diagnose einer SBP, bei denen aerobe und anaerobe Asziteskulturen entnommen worden sind und ein vollständiges MRE-Screening (multiresistente gram-negative Bakterien, Vancomycin-resistente Enterokokken (VRE) oder Methicillin-resistenter Staphylokokkus aureus (MRSA)) durchgeführt worden ist. Ziel der Studie war letztlich die Charakterisierung von Patienten mit SBP und MRE-Nachweis (MRE- SBP), die Untersuchung des Überlebens dieser Patienten und die Definition von Risikofaktoren für eine MRE-SBP.
133 Patienten erfüllten die Einschlusskriterien. Unter diesen hatten 75/133 Patienten (56%) positive Asziteskulturen und 22/133 (17%) eine SBP mit kulturellem MRE-Nachweis im Aszites (MRE-SBP). Von den Patienten mit positiven Asziteskulturen hatten 29/75 (39%) gram-positive, 25/75 (33%) gram- negative und 21/75 (28%) sowohl gram-positive als auch gram-negative Erreger
im Aszites. Multiresistente Erreger (multiresistente gram-negative Erreger, VRE oder MRSA) wurden insgesamt bei 72/133 Patienten (54%) ermittelt. Unter den Patienten mit MRE-SBP dominierten der multiresistente Escherichia coli (E.coli) (10/22; 46%) und VRE (7/22; 31%). Rektalabstriche identifizierten MRE bei 17/22 Patienten (77%), die eine MRE-SBP mit einer zeitabhängigen Sensitivität von 77% und 87% innerhalb von 30 bzw. 90 Tagen nach dem Screening entwickelten; der negativ prädiktive Wert betrug 83% bzw. 76%. Es bestand kein relevanter Unterschied des MELD-, CLIF-AD- und ALBI-Scores bei Patienten mit und ohne MRE-SBP. Eine Sepsis war auch bei Patienten mit MRE-SBP die Haupttodesursache (8/22; 36%; p<0.001) verglichen mit anderen Todesursachen in 7/22 Fällen (32%). Eine Umstellung der initialen antiinfektiven Therapie ging mit einem erhöhten Sterblichkeitsrisiko bei Patienten mit (p=0.002) und ohne MRE-SBP (p=0.014) einher.
Wir konnten zeigen, dass unabhängig von der Leberfunktion das Überleben bei Patienten mit MRE-SBP stärker beeinträchtigt ist als bei anderen Patienten mit SBP. Das Auftreten von multiresistenten Organismen ist eine schwerwiegende Komplikation bei Patienten mit dekompensierter Leberzirrhose und Ansätze zur Verbesserung des Überlebens dieser Patienten sind erforderlich. Unter Berücksichtigung der Hospitalisierungsdauer, MRE-Historie und ggfs. des zu erwartenden Erregerspektrums der hiesigen Stationen muss daher bereits initial eine individuelle, empirische antiinfektive Therapie gewählt werden. Eine entsprechende Anpassung nach Erhalt des Antibiogramms kann erforderlich sein. Weiterhin untersuchten wir den Nutzen eines nicht-invasiven Screenings (rektales, nasopharyngeales und kutanes MRE-Screening), um Patienten mit Risiko für eine MRE-SBP zu identifizieren. Das MRE-Screening kann als nicht- invasives diagnostisches Instrument hierfür dienen. Patienten mit dekompensierter Leberzirrhose sollten vom ersten Tag der stationären Behandlung auf Kolonisierung mit MRE untersucht werden.
Die Prognose eines malignen Glioms ist trotz verschiedener Therapiemöglichkeiten noch immer sehr schlecht. Zwar hat sich für die Primärsituation seit 2005 eine Standardtherapie etabliert, doch im Rezidivfall fehlt es weiterhin an einer einheitlichen Behandlung. Das Ziel dieser retrospektiven Datenerfassung war es, den prognostischen Stellenwert klinisch- pathologischer Parameter zu vergleichen und eine Konsensempfehlung zu erarbeiten. Zusätzlich wurde ein Teil dieser Daten im Rahmen einer multizentrischen retrospektiven Analyse des DKTKs zur Validierung des im Zuge dessen entwickelten prognostischen RRRSs erhoben und verwendet.
Grundlage dafür bildeten die in der internen Datenbank „Orbis“ und in archivierten Patientenakten gespeicherten Daten von Patienten, die zwischen 07/2009 und 02/2017 in der Klinik für Strahlentherapie am Universitätsklinikum Frankfurt am Main therapiert wurden. Hierbei handelte es sich um Patienten mit einem histologisch gesicherten Glioblastomen WHO Grad IV zum Zeitpunkt der ReRT. Die mediane Gesamtdosis betrug 28 Gy (20-60 Gy), die mediane Einzeldosis 3,5 Gy/Tag (1,8-4 Gy).
Es wurden 102 Patienten eingeschlossen, wobei zwei Patienten als primäre Diagnose ein niedriggradiges Gliom WHO Grad I/II, sechs ein Astrozytom WHO Grad III und 96 ein Glioblastomen WHO Grad IV aufwiesen. Das durchschnittliche Alter betrug 55 Jahre und die mittlere Zeit zwischen initialer und erneuter RT 21,07 Monate. Im Rezidivfall unterzogen sich 40 Patienten einer chirurgischen Intervention, bei welcher es sich in 32 der Fälle um eine totale und acht Mal um eine subtotale Resektion handelte. Des Weiteren erhielten 52 der Patienten eine Chemotherapie mit Temozolomid, 20 eine mit CCNU, 17 mit Avastin und fünf bzw. acht ein anderes oder kein Chemotherapeutikum.
Das mOS nach initialer Diagnosestellung eines malignen Glioms ergab 42,64 Monaten, das progressionsfreie Überleben 14,77 Monate. Das mOS nach der ReRT lag bei 11,8 Monaten und der mediane Zeitraum bis zu einem erneuten Progress betrug 4,25 Monate.
Bezüglich der Primärdiagnose konnten die initiale Histologie (p = 0,002), das Alter (p = 0,016) und der MGMT-Promotor-Status (p = 0,001) als statistisch signifikante Einflussfaktoren identifiziert werden. Demnach wiesen jüngere Patienten mit einer niedriggradigeren Histologie sowie einer Hypermethylierung des MGMT-Promotors eine bessere Prognose auf. Der KPS (p < 0,001), die Zeit zwischen erster und zweiter Bestrahlung (p = 0,003), der MGMT-Promotor-Status (p = 0,025) und das Tumorwachstum (p = 0,024) waren determinante Faktoren hinsichtlich des Outcomes nach der ReRT. Außerdem zeigte sich, dass eine Gesamtstrahlendosis von mehr als 28,90 Gy auf statistisch signifikante Art und Weise (p = 0,042) mit einem längeren OS nach erneuter RT assoziiert war, sowie eine Parietal- bzw. Temporallappenlokalisation (p = 0,009) mit einem längeren progressionsfreien Überleben. Was die Therapiemodalitäten angeht, zeigte sich keine der anderen überlegen.
Die erneute Validierung dieser Daten mit dem RRRS ergab ebenfalls ein statistisch signifikantes Ergebnis bezogen auf die durchschnittliche Überlebenszeit zwischen den einzelnen prognostischen Gruppen ab dem Zeitpunkt der ReRT.
Die Ergebnisse dieser Arbeit legen dar, dass noch immer keine optimale Therapie für Patienten mit rezidivierendem Glioblastomen existiert und weiterhin Forschungsbedarf in der Modifizierung bestehender Behandlungsoptionen sowie in der Entwicklung neuer Therapiemöglichkeiten besteht. Des Weiteren unterstreichen sie die Wichtigkeit und den Wert spezifischer Einflussfaktoren zur Prognoseabschätzung und die Notwendigkeit des Einschlusses bedeutender neuer molekularer Marker anhand der WHO- Klassifikation von 2016 für zukünftige Studien.