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Erkrankungs- und transplantationsassoziierte Nebenwirkungen (z.B. Mukositis, Neutropenie) und Komplikationen (z.B. Infektionen, Abstoßung) führen zu einem radikalen Rückgang der körperlichen Leistungsfähigkeit während der Hämatopoetischen Stammzelltransplantation (HSZT). Ein Großteil der Patienten leidet vor Beginn der Transplantation bereits an ausgeprägten muskulären sowie kardiopulmonalen Defiziten. Randomisiert-kontrollierte Interventionsstudien mit Erwachsenen weisen auf positive multidimensionale Effekte einer Bewegungstherapie vor, während und nach der Transplantation hin. Wiskemann et al. [2013] identifizierten zudem das Fitnesslevel zu Transplantationsbeginn als relevanten Prädiktor für trainingsinduzierte Adaptionen. Im klinischen Sektor der pädiatrischen HSZT wird der wissenschaftliche Forschungsstand im als unzureichend eingestuft. Neben der Evaluation der Wirksamkeit pädiatrischer Bewegungsprogramme besteht dringender Bedarf zur Identifikation geeigneter Trainingsmethoden. Auf Basis dessen evaluierte die vorliegende Arbeit als Primärziel den Einfluss der körperlichen Leistungsfähigkeit zu Transplantationsbeginn auf die Effekte einer Sporttherapie während pädiatrischer HSZT. Darüber hinaus erfolgte eine Überprüfung der Machbarkeit des Interventionskonzeptes und eine explorative Analyse der sportlichen Belastbarkeit während der stationären Behandlung. In dieser Subanalyse der BISON-Studie (RCT, n=70) wurden 53 hämato-onkologisch erkrankte Kinder und Jugendliche (35 m 18 w, 10.9±3.5 Jahre) mit Indikation zur HSZT computergestützt in eine Interventions- (IG) oder bewegungsarme Kontrollgruppe (KG) randomisiert. Im Rahmen der Transplantation führte die IG eine Sporttherapie, bestehend aus einem täglichen Ausdauer-, Kraft- und Beweglichkeitstraining (täglich, 30–60min), die KG ein Konzentrations- und Entspannungstraining von gleichem Umfang durch. Die individualisierten Trainingseinheiten fanden supervidiert statt und wurden von den behandelnden Sporttherapeuten dokumentiert. Zur Evaluation der Therapieeffekte erfasste ein 6-Minuten Gehtest (6MWT) die Ausdauerleistungsfähigkeit im Eingangs- und Retest (T1 Aufnahme, T2 Entlassung). Im Sinne der primären Zielsetzung erfolgte für die Auswertung eine retrospektive Dichotomisierung beider Studiengruppen anhand der referenzwertbezogenen Baslinewerte (cut off: 80 % 6MWDREFT1). Gruppenunterschiede (IGUNFIT n=14, IGFIT n=12, KGUNFIT n=16, KGFIT n=11) der relativen Veränderung im pre-post Design wurden mittels Kruskal-Wallis mit post-hoc-Test analysiert. Die Machbarkeit des sporttherapeutischen Interventionskonzeptes wurde anhand von neun Outcomeparametern (Bedarf, Akzeptanz, Durchführbarkeit, Adhärenz, Toleranz, Verträglichkeit, Sicherheit, Medizinische Barrieren, Non-Compliance) bewertet. Vor Transplantation legten die Kinder und Jugendlichen im 6MWT ohne Auftreten unerwünschter Ereignisse durchschnittlich 470.9±79.1 m bzw. referenzwertbezogen 76±12% zurück. Die nichtparametrische Testung ergab für das Gesamtkollektiv bereits vor Beginn der Behandlung signifikante Einbußen der Gehstrecke im Vergleich zu den Normwerten gesunder Gleichaltriger (p<.001). Insgesamt 25 Kinder und Jugendliche der IG (74%) trainierten über den stationären Verlauf kontinuierlich 2–4x pro Woche (50.3±6.3 min/TE) mit einem subjektiven Anstrengungsempfinden (RPE) von 11 bis 16. Die Adhärenzrate lag in der Untersuchung bei 94 (64–100)%. Das Training beinhaltete ein Ausdauertraining auf dem Fahrradergometer, als Aerobic-Einheit oder in spielerischer Form (2.5±0.9x/wk, 20.9±5.1 min/TE, 70.7±6.5% der HFmax), ein kleingerätegestütztes Krafttraining (2.4±0.6x/wk, 3.7±0.7 Übungen, 1.9±0.3 Serien, 10.4±1.1 Wiederholungen) und Stretchingübungen (2.3 ±0.7x/wk, 75% aktiv, 25% passiv). In insgesamt 13 von 410 Therapieeinheiten musste aufgrund von Gegenanzeigen abgebrochen werden. Beim Vergleich der Trainingseffekte zeigte sich, dass die IGFIT ihre Ausdauerleistung im Rahmen der Transplantation um +0.7% steigerte, während die IGUNFIT eine Verbesserung um +7.7% aufwies (p>.05). In Bezug auf die relative Veränderung konnten ausschließlich signifikante Unterschiede zwischen der IGUNFIT und der KGUNFIT (-13.7%, p<.05) bzw. KGFIT (-15.9%, p>.05) erhoben werden. Bei Entlassung absolvierte die Gruppe IGFIT weiterhin 85.5±10.3% der referenzwertbezogenen Gehstrecke und differierte diesbezüglich bei Entlassung signifikant zu den beiden initial leistungsreduzierten Gruppen (KGUNFIT p<.001, IGUNFIT p<.01). Negative Auswirkungen der Grunderkrankung und hämato-onkologischer Vorbehandlungen führen auch bei der Mehrheit betroffener Kinder und Jugendlicher bereits vor der Transplantation zu einer defizitären Leistungsfähigkeit im Vergleich zu Gesunden. Vor dem Hintergrund einer progressiven transplantationsinduzierten Dekonditionierung zeigt sich eine supportive Sporttherapie während pädiatrischer HSZT von moderater und hoher Intensität als sicher, machbar sowie effizient. Das konstante Training sowie die hohe Compliance erfordern ein tägliches, flexibles und kreatives Angebot unter fachtherapeutischer Anleitung und Betreuung. Alle Patienten können über den gesamten Verlauf der Transplantation ca. 3x pro Woche zwischen 40–60 min trainieren. Wie bei Gesunden könnten insbesondere initial leistungslimitierte Kinder und Jugendliche sowie Patienten mit schweren Nebenwirkungen von einer supportiven Bewegungsförderung profitieren. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse lässt sich außerdem ableiten, dass ein optimaler Versorgungsansatz für die pädiatrische HSZT zusätzlich ein bewegungstherapeutisches Aufbautraining vor Transplantation vorsieht.

In der vorliegenden Dissertation wurde die experimentelle Umsetzung der Thematik Kombinatorische Chemie für den Chemieunterricht in der Sekundarstufe II ausgearbeitet. Dazu wurden geeignete Experimente erarbeitet, die einen Einblick in die Kombinatorische Chemie und somit in die neuen Arbeitmethoden der heutigen Chemie schaffen. Mit deren Hilfe gängige Synthesemethoden wie die Split and Combine-Synthese, Teabag-Methode, Spot-Methode und Pin-Methode aufgezeigt werden können und von den Schülern selbst durchgeführt werden. Als ein vorteilhaftes Modell zum Aufzeigen der Arbeitsweise der Kombinatorischen Chemie haben sich Farbstoffe erwiesen, da sie schnell darstellbar sind und keiner aufwendigen Detektion der entstandenen Produkte bedürfen. Als erstes Farbstoffsystem wurden Azofarbstoffe ausgewählt, da sie auch im fakultativen Themenbereich „Farben“ im Chemieunterricht thematisiert werden. Die Übertragung der normalerweise in Lösung hergestellten Azofarbstoffe auf die Festphasenchemie musste zuerst eine geeignete und kostengünstige Festphase gefunden werden. Hierbei haben sich im Handel erhältliche Ionenaustauscher (Harze ohne Linker), die auch zur Wasseraufbereitung verwendet werden, als geeignet herausgestellt. Die erforderlichen Reaktionsbedingungen der Lösungsreaktionen wurden erprobt, optimiert und auf die Festphasenchemie übertragen. Eine Übertragung der Syntheseprinzipien auf drei weitere Farbstoffsysteme wie der Fluoreszenzfarbstoffe der Pyrydin- und Pyrylium-Reihe sowie der Oxidationsfarbstoffe schloß sich an. Nunmehr stehen für den schulischen Einsatz, aber auch für die Ausbildung, einfache Systeme zur Verfügung, die anhand schnell und problemlos durchzuführender Experimente einen Zugang zu unterschiedlichen Methoden der Kombinatorischen Chemie vermitteln können. Dabei bieten die Experimente Anregungen für weitere Arbeiten. Als problematisch stellte sich jedoch der Zugang zu mehrstufigen kombinatorischen Synthesen auf dem Gebiet der Farbstoffe dar. Hier stößt man mit den aus didaktischen Überlegungen sehr einfach gewählten Beispielen an eine Grenze. Ergänzend wurde die Thematik Kombinatorische Chemie mit hochbegabten Schülern der Internatsschule Schloß Hansenberg und interessierten Schülern aus dem Raum Frankfurt, die an dem Projekt Science Camp teilnahmen, erprobt und das Verständnis für diese Thematik mittels eines Fragebogens untersucht. Ein direkter Vergleich beider Schülergruppen konnte aufgrund unterschiedlicher schulischer Bildung nicht vorgenommen werden, weshalb die Auswertung lediglich erste Eindrücke vermittelt. Danach ist das bisher ausgearbeitete Konzept in Lerngruppen mit hochbegabten Schülern gut einsetzbar. Ein Vergleich mit durchschnittlich leistungsstarken Lerngruppen steht noch aus. Eine wünschenswerte Erweiterung und ein Ausbau der Thematik aus Sicht der Schulchemie sollte anorganische Systeme mit einbeziehen und Strategien der Dekonvolution.

In einer Vielzahl maligner Zellen übt Par-4 eine proapoptotische Wirkung aus, indem es diese Zellen gegenüber Apoptose-induzierenden Substanzen wie Chemotherapeutika und Todesrezeptoragonisten durch die Herunterregulation der Expression von antiapoptotischem Bcl-2 sensibilisiert. Unter Berücksichtigung der Bedeutung von Bcl-2 in der Entwicklung einer Medikamentenresistenz bei der akuten myeloischen Leukämie wurde das Potential von Par-4, in den Zelllinien K562 und HEL Bcl-2 herunterzuregulieren und Apoptose zu induzieren, untersucht. Um die Hypothese zu unterstützen, dass Par-4 auch maligne myeloische Zelllinien gegenüber Apoptose-induzierenden Substanzen sensibilisiert, wurden K562- und HEL-Zellen stabil mit einem Par-4-Expressionsvektor und dem entsprechenden Par-4-negativen Kontrollvektor transfiziert. Die transfizierten Klone wurden mit konventionellen Chemotherapeutika (Bendamustin, Doxorubicin, Mitoxantron, Cladribin und AraC) und neuen Substanzen (STI571, LAQ824 und TSA) sowie mit Todesrezeptoragonisten (Fas-L und TRAIL) behandelt. In K562-Zellen führt die Überexpression von Par-4 zu einer Hochregulation der Konzentrationen von Bcl-2 und Daxx. Unter der Behandlung mit konventionellen Zytostatika und Todesrezeptoragonisten zeigten die Par-4-positiven Klone im Vergleich zu den Par-4-negativen Klonen keinen Anstieg der Apoptoserate. Der molekulare Mechanismus dieser Resistenz ist möglicherweise in dem Versagen von Par-4, Bcl-2 und Daxx herunterzuregulieren, begründet. Unter Inkubation mit STI571 und LAQ824 wurde der Apoptose-induzierende Effekt von Par-4 wiederhergestellt, ohne die Expression von Bcl-2 zu beeinflussen. Das Par-4-induzierte Ansprechen auf HDAC-Inhibitoren und STI571 ist assoziiert mit einer verstärkten Caspasenaktivierung, vermehrten Spaltung von cIAP-1 und -2 sowie einer verstärkten Herunterregulation von Daxx. Dies impliziert eine mögliche funktionelle Interaktion zwischen Par-4 und Daxx auf einem neuartigen Apoptoseweg, der durch STI571 und LAQ824 verstärkt wird, zumal dieser Effekt unter Behandlung mit Bendamustin nicht auftrat. In der erythroleukämischen Zelllinie HEL ist Par-4 nicht in der Lage, diese gegenüber konventionellen Chemotherapeutika und Todesrezeptoragonisten als auch STI571 und TSA zu sensibilisieren. Die Expression von Par-4 führte in HEL-Zellen zu einer Hochregulation von Bcl-2. Das Unvermögen von Par-4, Bcl-2 herunterzuregulieren, ist zumindest teilweise verantwortlich für die fehlende Sensibilisierung der Par-4-positiven HELKlone. Diese Hypothese wird durch die erhöhte Apoptoserate in den Par-4-negativen Klonen unter TSA unterstützt, was mit einer weiteren Herunterregulation von Bcl-2 assoziiert war. Darüber hinaus zeigten die Par-4-positiven im Vergleich zu den Par-4-negativen HEL-Zellen verminderte Konzentrationen des proapoptotischen Bax. Zusätzlich verstärkte Par-4 die Expression von Daxx und der Procaspasen-8, -9 und 10, wohingegen die Expression der Procaspasen-3 und -7 unverändert blieb. Par-4-positive Zellen waren nicht in der Lage, Daxx herunterzuregulieren, was mit einer verstärkten Sensibilisierung gegenüber Chemotherapeutika assoziiert war. Dies unterstützt die Schlussfolgerung, dass die Hochregulation von Daxx in Par-4-positiven HEL-Zellen dazu beiträgt, dass Par-4 keine Apoptose-sensibilisierende Funktion aufweist. Aufgrund der fehlenden Sensibilisierung gegenüber einer Vielzahl Apoptose-induzierender Substanzen kann angenommen werden, dass HEL-Zellen generell gegenüber dem Apoptose-induzierenden Effekt von Par-4 resistent sind. Die Rolle von Daxx - insbesondere seine Fähigkeit, Apoptose zu fördern oder zu hemmen - wird immer noch kontrovers diskutiert. Ein Interaktionspartner von Par-4 ist Daxx. Über Interaktionen von Par-4 und Daxx innerhalb des Zellkerns in PODs über die ZIP-Kinase wird ein neuer Apoptoseweg beschritten. Des Weiteren zeigen Par-4 und Daxx eine gleichgerichtete Herunterregulation unter Behandlung mit synergistischen Kombinationen von zytostatischen Substanzen. Um die funktionelle Bedeutung von Daxx in malignen Myelound Lymphozyten zu beleuchten, wurden HEL- und Jurkat-Zelllinien stabil mit einem Daxxexprimierenden Vektor und dem entsprechenden Kontrollvektor transfiziert. Durch Untersuchung einer ektopen Daxx-Expression auf molekularer Ebene in HEL-Zellen konnte gezeigt werden, dass Daxx zu einer Herunterregulation von p53 führt. Daxxüberexprimierende Myelozyten regulieren darüber hinaus Bax, ein proapoptotisches Bcl-2-Familienmitglied herunter, während die Expression von antiapoptotischem Bcl-2 unverändert bleibt. Des Weiteren vermindert Daxx die Expression der Initiatorcaspasen-8 und -10 und der Exekutionscaspase-7, wohingegen die Expression der Procaspasen-6, -7 und -9 unverändert bleibt. Die veränderten Proteinkonzentrationen der Caspasen in Daxx-überexprimierenden HEL-Klonen werden begleitet von einer verminderten Expression von cIAP-1, -2 und survivin. Trotz der gezeigten Auswirkungen einer Daxx-Expression auf wichtige Moleküle der Apoptosekaskade, hatte die Daxx-Expression in HEL-Zellen keine Auswirkungen auf die Proliferationsrate - eine Wirkung, die sehr wahrscheinlich mit der Unfähigkeit, die molekularen Veränderungen unter Serumentzug aufrechtzuerhalten, zusammenhängt. Unter einem proapoptotischen Stimulus ist Daxx nicht mehr in der Lage, die Expression von p53, Bax und der Procaspasen-8, -10 und -7 herunterzuregulieren. In der Daxx-transfizierten Zelllinie Jurkat erhöhte Daxx unter Inkubation mit Todesrezeptoragonisten wie Fas-L und TRAIL sowie unter Inkubation mit Doxorubicin die Apoptoserate. Die Veränderungen auf molekularer Ebene während des extrinsischen und intrinsischen Apoptosewegs zeigen, dass der Anstieg der Apoptoserate durch die Daxx-Überexpression über verschiedene Mechanismen hervorgerufen wird. Hauptunterschiede zwischen Fas-L-/TRAIL- induzierter und Doxorubicin-induzierter Apoptose bestehen im Expressionsmuster von XIAP, p53, Bid, ZIP-Kinase und Par-4. Die erhöhte Sensibilität war in beiden Apoptosewegen von der Aktivierung von Caspasen abhängig. Daxx verstärkt in Abhängigkeit vom apoptotischen Stimulus die Aktivierung von Caspasen auf unterschiedliche Art. In Daxx-positiven Klonen, die mit Fas-L oder TRAIL behandelt wurden, wurde die ZIP-Kinase hochreguliert, die Expression von Par-4 und Daxx verminderte sich proportional zur Apoptoserate, das heißt, je höher die Apoptoserate desto höher ist die Herunterregulation/Degradation von Par-4 und Daxx. Die Kombination von Doxorubicin mit einem Fas-blockierenden Antikörper führte in Daxx-positiven Jurkat-Klonen zu einer zweifachen Amplifizierung der Apoptoserate und der Depolarisation des mitochondrialen Membranpotentials.

Die autosomal rezessive Erkrankung Ataxia teleangiectasia ist durch eine stark erhöhte Inzidenz von Krebs charakterisiert. Das verantwortliche Genprodukt, das bei AT verändert, beziehungsweise funktionsuntüchtig ist, spielt eine entscheidende Rolle in der Zellzykluskontrolle, der DNA Reparatur und der Apoptose nach einem Doppelstrangbruch, der durch ionisierende Strahlung oder ROS induziert wurde. Neueste Studien haben gezeigt, dass n-3 PUFA, wie z.B. Eicosapentaensäure (EPA), in der Lage sind, Zellproliferation zu unterdrücken und Tumorwachstum durch Zellzyklusstopp und das Auslösen von Apoptose zu verhindern. Das Ziel dieser Arbeit war, den Einfluss von EPA auf die Entwicklung des Tumors bei Atm Knock-out Mäusen zu untersuchen. Folglich wurde im Verlauf dieser Studie die Latenzzeit der Tumorentstehung nach EPA Behandlung der Tiere analysiert. Aufgrund erhöhten oxidativen Stresses bei AT und der Auswirkung von ROS auf die Tumorinzidenz bei Atm Knock-out Mäusen, untersuchten wir ebenfalls die DNA-Oxidation der Versuchstiere. EPA zeigte keinen Effekt auf die Latenz der Tumorentstehung bei Atm defizienten Mäusen. Erklärungen für den negativen Effekt können in der eingesetzten Konzentration der PUFA oder dem genetischen Hintergrund der Erkrankung diskutiert werden. Die Bestimmung von oxidierter DNA legt aber die Vermutung nahe, dass EPA den oxidativen Stress bei AT verstärkt und der antiproliferative und chemopräventative Effekt der früheren in vitro Untersuchungen hierdurch nicht zum Tragen kommt. Eine Kombination von EPA und Antioxidantien ist möglicherweise eine Strategie um die Tumorenstehung im Atm Mausmodell zu inhibieren und Präventive Therapie für die Patienten zu entwickeln.

Die positive Entwicklung der adoptiven Zelltherapie zu einer effektiven und sicheren Therapieform ist enorm wichtig für die Behandlung von Patienten mit einer opportunistischen Infektion, wie bspw. mit CMV oder EBV, nach einer Stammzelltransplantation. Bei (CMV-)seropositiven Spendern besteht die Möglichkeit der Selektion von VST und somit eine Therapieoption für den CMV-Infizierten Empfänger. Aufgrund der nicht vorhandenen VST bei einem negativen Spender, besteht die Option einer Infusion von selektierten VSTs bei einem CMV-infizierten Empfänger nicht. Dies ist ein besonderes Problem bei seropositiven Patienten, die die Stammzellen eines seronegativen Spenders erhalten haben und bei denen die Gefahr einer Reaktivierung des Virus besonders hoch ist. Um einen möglichen Lösungsansatz hierfür zu finden, wurde in dieser Arbeit versucht Zellen zu generieren, die eine adoptive Zelltherapie bei dem oben genannten Spender/Empfänger-Konstellation ermöglichen. Der Forschungsansatz dahinter war, aus naiven T-Zellen des seronegativen Spenders, durch Priming mit einem CMV-spezifischen Antigens, in diesem Fall CMV-pp65, VST zu generieren. Um diese herstellen zu können wurden mehrere Versuchsabläufe getestet. Zunächst inkubierte man unmanipulierte PBMCs mit CMV-pp65-geprimten Monozyten in verschiedenen Koinkubation-Ratios. Dies führte nicht zum gewünschten Erfolg. In dieser Arbeit erfolgte die Selektion der Monozyten via Adhärenzmethode und mittels Microbeads. Da die Monozytenreinheit nachweislich Microbeads-Methode signifikant höher war, als die Reinheit mittels der Adhärenzmethode verließ man diese und arbeitete nur noch mit Microbeads, um ein besseres Verhältnis der Koinkubation zu erzielen. Um einen möglichen Erfolg zu erzielen wurden in einem nächsten Schritt die selektierten Monozyten zu dendritischen Zellen (DC) weiterentwickelt und wiederum mit unmanipulierten PBMCs inkubiert. Leider konnten auch mit dieser Herangehensweise keine VST in der Zellkultur nachgewiesen werden. Weiterführend orientierte man sich in dieser Arbeit an einem Protokoll von Wölfl et al46. Hierbei wurden statt unmanipulierten PBMCs, nur CD45RA+ naive T-Zellen aus den PBMCs verwendet, die mit CMV-pp65-geprimten DCs geprimt wurden. Orientierend an dem Protokoll von Wölfl et al. entwickelten wir einen Versuchsaufbau bestehend aus DC-Generierung, CD45RA+-Zellselektion und Koinkubation der Zellen. Dieses 13-tägige Protokoll wurde bei 5 seronegativen Spendern durchgeführt und zeigte in der FACS Analyse CMV-spezifische T-Zellen. Der prozentuelle Anteil der VST betrug zwischen 0,33-5,70%. Somit konnte gezeigt werden, dass es möglich ist VST aus seronegativem Spenderzellen zu generieren und ermöglicht somit Patienten mit seronegativen Stammzellspendern, die an einer CMV-Reaktivierung/Infektion leiden, die Option der adoptiven Zelltherapie, trotz Nichtvorhandenseins von VST im Spenderblut.