individuelle Projekte – WP2: Immuno-Onkologie

EINFÜHRUNG

Heute ist allgemein anerkannt, dass Immunzellen eine wichtige Rolle im Kontext der Tumorentwicklung spielen. Im Hinblick auf Hirntumoren sind Immunzellen des myeloiden Kompartiments von besonderer Bedeutung, da sie bis zu 20 % der Tumormasse bilden können. Ebenfalls bekannt ist, dass in der Mikroumgebung des Tumors tumorassoziierte Makrophagen so umprogrammiert werden, dass sie zu einem die Krebszellen unterstützenden statt einem den Krebs bekämpfenden Phänotyp werden. Die intrinsischen und extrinsischen Faktoren, die eine solche Umprogrammierung bewirken, und insbesondere die Rolle des Stoffwechsels, müssen jedoch noch genauer bestimmt werden. Vor allem unser Verständnis der Rolle des mitochondrialen Folatstoffwechsels in Myeloidzellen ist noch recht rudimentär. Dieser Signalweg ist jedoch ein Thema, zu dem auf dem Gebiet des Krebsstoffwechsels intensiv geforscht wird, und im klinischen Bereich wird durch den Einsatz von Antifolaten gezielt auf ihn eingewirkt. Außerdem werden niedermolekulare Verbindungen zur gezielten Beeinflussung bestimmter Enzyme des mitochondrialen Folatstoffwechsels entwickelt. 

ZIEL UND HYPOTHESE 

Da in der Mikroumgebung des Tumors residente Immunzellen eine bedeutende Rolle für den klinischen Behandlungserfolg von Interventionsstrategien spielen können, kommt es darauf an, den Folatstoffwechsel nicht nur in Krebszellen zu untersuchen, sondern auch in Immunzellen in der Mikroumgebung des Tumors.  

Deshalb entwickeln wir derzeit verschiedene In-vitro- und In-vivo-Werkzeuge, um die Rolle des folatvermittelten 1C-Stoffwechsels in Makrophagen/Mikroglia zu untersuchen. Mithilfe dieser Modelle werden wir in der Lage sein, (i) die Tumorentwicklung in vivo an von der Maus abgeleiteten Krebszelllinien zu untersuchen und (ii) den Makrophagenstoffwechsel ex vivo an vom Knochenmark abgeleiteten Makrophagen (bone-marrow derived macrophages, BMDMs) zu untersuchen. 

METHODEN 

Stoffwechselanalysen mithilfe von Gas- und Flüssigkeitschromatographie in Kombination mit Massenspektrometrie (GC-MS und LC-MS) unter Verwendung von BMDMs, Ex-vivo-Slice-Kulturen, orthotopen Hirntumormodellen, Mausmodellen für Melanome, In-vitro-Invasion und Migrationsassays, Kokultursystem (Makrophagen und Krebszellen) 

EINFÜHRUNG 

Die Blockade von Immuncheckpoints ist derzeit einer der vielversprechendsten therapeutischen Ansätze in der Behandlung von Krebs. Inhibitoren des PD-1/PD-L1-Signalwegs werden verstärkt im klinischen Bereich eingesetzt und gehören inzwischen zur Standardtherapie für viele Malignitäten. Der am häufigsten verwendete Biomarker (mit FDA-Zulassung), um den Erfolg der Wirksamkeit einer Immuncheckpoint-Therapie vorherzusagen, ist das PD-L1-Protein in der Mikroumgebung des Tumors. Allerdings mehren sich die Hinweise, dass auch für Patienten mit niedriger bzw. ohne PD-L1-Expression eine Immuncheckpoint-Therapie vorteilhaft sein könnte. 

ZIEL UND HYPOTHESE 

In positiven klinischen Proben weist das PD-L1-Protein die stärkste Expression oft in Tumorbereichen mit ausgeprägter Lymphozyteninfiltration auf, was die Vermutung nahelegt, dass eine Interaktion mit Lymphozyten über kurze Distanzen zu einer Hochregulierung von PD-L1 in Tumorzellen führt (Hypothese 1). Interessanterweise zeigt die IHC-Färbung bei stärkerer Vergrößerung eine asymmetrische Verteilung von PD-L1 in einzelnen Tumorzellen mit einer PD-L1-Polarisierung in Richtung des entzündlichen Stroma. Diese Beobachtung stimmt mit unseren jüngsten In-vitro-Untersuchungen überein, die zeigen, dass in resistenten Tumorzellen, die an einer immunologischen Synapse mit zytotoxischen Lymphozyten beteiligt sind, PD-L1-Moleküle Cluster in der Region der immunologischen Synapse bilden. Wir stellen die Hypothese auf, dass die PD-L1-Rekrutierung zur Synapse, die vom Umbau des Aktinzytoskeletts in Tumorzellen gesteuert wird, ein leistungsstarkes inhibitorische Signal an zytotoxische Lymphozyten liefert. Ziel dieses Projekts ist es, die Bedeutung der PD-L1-Polarisierung sowohl auf Gewebe- als auch auf Zellebene zu untersuchen. Genauer gesagt wird das Projekt die folgenden Fragen untersuchen. 1) Wird die PD-L1-Expression in Tumorzellen von der Interaktion mit Lymphozyten induziert, und wenn ja, durch welchen Mechanismus? 2) Ist die Bildung von PD-L1-Clustern in der immunologischen Synapse an der Immunevasion des Tumors beteiligt? 

METHODEN 

Das Projekt arbeitet größtenteils mit Bildgebungsmethoden auf Gewebe- und Zellebene wie Lichtmikroskopie (meistens IHC-Analysen von Tumorgewebe), (konfokaler) Fluoreszenzmikroskopie, korrelativer Licht- und Elektronenmikroskopie und bildgebender Durchflusszytometrie. In-vitro-Modelle zur Nachbildung der PD-L1-Hochregulierung an der Tumor/Lymphozyt-Grenze werden aufgebaut (z. B. mit 3D-Tumorsphäroiden in Kokulturen mit zytotoxischen Lymphozyten) und in funktionalen Studien verwendet. Dabei sollen das Signal, das die PD-L1-Hochregulierung steuert (löslicher oder direkter mechanischer Trigger) und die molekulare(n) Verbindung(en) zwischen PD-L1 und dem Aktinzytoskelett (laufende BioID-Analyse) charakterisiert werden. Schließlich sollen die Untersuchungsergebnisse in Patientenproben sowohl aus dem primären als auch metastasierten Stadium validiert und mit klinisch-epidemiologischen Daten korreliert werden. 

EINFÜHRUNG 

Chronische lymphatische Leukämie (CLL) ist die häufigste Leukämieform bei Erwachsenen. Trotz neuer gezielter Therapien ist CLL immer noch eine unheilbare Krankheit und stellt eine hohe Belastung für das Gesundheitssystem dar. Deshalb sollten alternative Therapien entwickelt werden. Das Überleben, die Ausbreitung und Therapieresistenz von CLL-Zellen hängen in hohem Maße von der Mikroumgebung in lymphatischen Organen ab. Interaktionen mit Stromazellen und dem Immunkompartiment durch Induzierung einer starken Immunsuppression und verschiedener leukämiefördernder Immunzellen sind entscheidend für das Fortschreiten der Leukämie. In den letzten Jahren hat die Immuntherapie die Behandlung von Krebspatienten revolutioniert. Allerdings spricht nur eine begrenzte Zahl von Patienten auf diese neuen Therapien an (Ansprechen von 30 bis 40 % auf Therapie mit Einzelwirkstoff), und diese Therapien sind noch nicht für alle Krebsarten zugelassen. Deshalb müssen die Vorteile dieser Therapien, mit denen das Immunsystem zur Bekämpfung des Tumors wieder aktiviert werden soll, weiter optimiert werden. Auf der Grundlage der Ergebnisse aus der tiefen Immunphänotypisierung (Deep Immune Phenotyping) hat unsere Gruppe vor Kurzem nachgewiesen, dass eine auf doppelter Immun-Checkpoint-Blockade basierende Immuntherapie bei der Behandlung von CLL in einem präklinischen Mausmodell wirksam war (Wierz et al, 2018). Die direkte Übertragung dieser Erkenntnisse in den klinischen Bereich ist jedoch schwierig, da kein humanes CLL-basiertes Modell zur Verfügung steht.   

ZIEL UND HYPOTHESE 

Ziel dieses Projekts ist es, ein PDX-Modell von CLL, das mit patientenabgeleiteten Xenotransplantaten (patient-derived xenografts) arbeitet, in humanisierten NSG-Mäusen zu entwickeln, um mehrere Immuntherapiekombinationen zu testen, die das erschöpfte Immunsystem reaktivieren sollen. Mithilfe von künstlichen Lymphknoten und anderen 3D-Kokultursystemen sollen Screenings neuer Therapien in komplexen Modellen durchgeführt werden, die den Tumor und seine Mikroumgebung nachbilden.  

METHODEN 

(i) Entwickeln einer humanisierten Maus und Aufbauen des PDX von CLL-Zellen; (ii) Testen von Immuntherapien in vivo und Analysieren des Immunsystems (CyTOF, Hyperion); (iii) Entwickeln eines künstlichen Lymphknotens / 3D-Modells mit CLL- und normalen unbeteiligten „Zuschauerzellen“ (Luft-Flüssig-Schnittstelle, Drucken von Zellen); (iv) Durchführen von Hochdurchsatz-Screenings von Wirkstoffen und Immuntherapien an 3D-Organoiden; und (v) Validieren von „Treffern“ in vivo in Eµ-TCL1- und CLL-PDX-Mäusen. 

EINFÜHRUNG 

Ulcerative colitis (UC) represents a major form of Inflammatory Bowel Diseases (IBD), which are chronic relapsing disorders affecting the gastrointestinal tract. There is growing evidence that changes in nutritional habits and microbiota-associated alterations contribute to increasing UC incidences, especially in industrialized countries, where diets characterised by insufficient fiber intake are common^(1,2).

We have previously shown that a diet devoid of fiber led to overgrowth of mucin glycan-degrading bacteria in mice, resulting in decreased colonic mucus thickness,  heightened susceptibility to enteropathogenic infection, and increased mucosal immune responses^(3–5). Additionally, we have demonstrated that genetically susceptible mice develop severe forms of IBD in the face of increased microbial mucin foraging⁽⁶⁾.

ZIEL UND HYPOTHESE 

In line with our published work and given that UC patients typically demonstrate defects in mucus layer integrity, we hypothesize that mucin-degrading commensals play a pivotal role not only in the pathogenesis of UC, but also in the success of biological therapies targeting the immune responses of the host.

METHODEN

The proposed project will make use of already collected samples (between 2020 to 2022) from one cross-sectional and one longitudinal IBD cohort study involving UC patients. Both studies have been conducted in collaboration with the CHL, Luxembourg. The cross-sectional study targeted UC patients with currently active, moderate disease irrespective of medical treatment. Meanwhile, the longitudinal study targeted patients that were newly diagnosed with UC and were to be treated with antibodies targeting the host immune response (Infliximab, interfering with TNF response; Vedolizumab interfering with T cell homing to the gut).

Using these patient cohorts, we will test the hypothesis that dysregulated mucin glycan degradation by commensal gut bacteria is associated with acute inflammation in UC patients and impacts success of antibody-based therapies. Dietary therapeutics could be employed in the mid-term to reduce mucin-degrading activity by the gut microbiota and improve the success of IBD therapies.

This translational PhD project will involve clinical samples, cutting-edge microbiome-related omics analyses, broad immune cell profiling from patient blood samples and high-throughput culturing of patients’ mucin-degrading intestinal microbial populations followed by in vitro phenotyping. This interdisciplinary project will prepare the PhD student for a career in academia or industry or clinical settings.

REFERENCES

1. Wolter, M. et al. Leveraging diet to engineer the gut microbiome. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 0123456789, (2021).
2. Miyauchi, E., Shimokawa, C., Steimle, A., Desai, M. S. & Ohno, H. The impact of the gut microbiome on extra-intestinal autoimmune diseases. Nat. Rev. Immunol. 23, 9–23 (2023).
3. Desai, M. S. et al. A Dietary Fiber-Deprived Gut Microbiota Degrades the Colonic Mucus Barrier and Enhances Pathogen Susceptibility. Cell 167, 1339-1353.e21 (2016).
4. Martens, E. C., Neumann, M. & Desai, M. S. Interactions of commensal and pathogenic microorganisms with the intestinal mucosal barrier. Nat. Rev. Microbiol. 16, 457–470 (2018).
5. Neumann, M. et al.  Deprivation of dietary fiber in specific-pathogen-free mice promotes susceptibility to the intestinal mucosal pathogen Citrobacter rodentium . Gut Microbes 13, (2021).
6. Pereira, G. et al. Unravelling specific diet and gut microbial contributions to inflammatory bowel disease. BioRxiv https://doi.org/10.1101/2022.04.03.486886 (2022).

EINFÜHRUNG 

Auf Immun-Checkpoint-Blockaden (ICB) basierende Therapien wurden als vielversprechende Behandlung für aggressive Krebsarten entwickelt, doch damit sie erfolgreich sind, muss der Tumor effizient mit zytotoxischen Immunzellen infiltriert werden. Eine der großen Herausforderungen auf dem Gebiet der Immunonkologie besteht deshalb darin, Strategien zu entwickeln, die mit ICB kombiniert werden können, um die Tumorinfiltration durch diese Zellen zu fördern. Die Gruppen IPI (Immuno-Pharmacology and Interactomics) und TIME (Tumor Immunotherapy and Microenvironment) haben gemeinsam einen Chemokinrezeptor identifiziert, der als Rezeptor eine entscheidende Rolle bei der Rekrutierung von zytotoxischen Immunzellen zu Tumoren spielt. 

ZIEL UND HYPOTHESE 

Dieser Chemokinrezeptor als therapeutisches Target, auf das gezielt mit neutralisierenden monoklonalen Antikörpern (mAbs), Antikörperfragmenten wie Nanokörpern (Nbs) oder niedermolekularen Verbindungen eingewirkt wird, stellt eine innovative Strategie dar, um die Infiltration von Immunzellen in Tumoren zu induzieren, damit sie für eine ICB-basierte Therapie in Frage kommen. Ziel dieses Projekts ist es, (I) Modulatoren von Rezeptoren zu entwickeln (mAbs, Nbs oder niedermolekulare Moleküle) und (II) ihre pharmakologischen/funktionalen Eigenschaften in zellulären Assays gestützt auf das Know-how der IPI-Pruppe zu validieren und (III) ihren Nutzen für eine kombinierte ICB-Therapie in relevanten Krebsmodellen gestützt auf die Fachkompetenz der TIME-Gruppe zu evaluieren. 

METHODEN

mAbs und Nbs gegen einen Maus- und humanen Rezeptor werden mithilfe der von der IPI-Gruppe entwickelten magnetischen GPCRliposom-basierten Technologie ausgelöst; damit ist es möglich, korrekt gefaltete Rezeptoren für die Immunisierung bei Mäusen oder Lamas zu reinigen und in hoher Dichte anzuzeigen. mAbs und Nbs werden mit Hybridom- bzw. Phagenanzeigetechnologien ausgewählt. Die Validierung der Binder und die Charakterisierung ihrer Aktivität in Richtung des Rezeptors wird unter Verwendung maßgeschneiderter zellulärer Assays auf der Grundlage der NanoBiT/NanoBRET-Technologien am Department of Infection and Immunity (DII) durchgeführt werden. Diese Assays sollen auch für das Screening niedermolekularer Rezeptormodulatoren mithife der Arzneistoff-Screeningplattform von Dr. Yong-Jun Kwon angepasst werden. Schließlich sollen ausgewählte Modulatoren allein oder in Kombination mit einer Anti-PD-1-Therapie anhand von Mausmodellen von Melanomen und Darmkrebs evaluiert werden. 

EINFÜHRUNG

Als neuen immuntherapeutischen Ansatz bei Krebs haben wir zwei Typen von Immunkonjugaten, sogenannte „CoMiX“ entwickelt, welche die komplementgesteuerte Aktivität (complement directed activity) und Zytotoxizität an der Oberfläche von HER2-Tumorzellen oder CD20-überexprimierenden Lymphomen verbessern (Seguin-Devaux et al., 2019). Auf der Grundlage der CoMiX-Technologie (Patent PCT/EP2017/062283) haben wir rekombinante Moleküle erzeugt, die NK-Zellen gegen unterschiedliche, mit verschiedenen Pathogenen infizierte Zelltypen gezielt als Target ansteuern und aktivieren. Diese Moleküle erhöhen auch die zytotoxische Aktivität von NK-Zellen gegen K562- und Raji-Krebszellen durch die Freisetzung von IFN-y und Degranulation von zytotoxischen Proteinen.  

Bauchspeicheldrüsenkrebs ist ein Karzinom mit hohen, bisher nicht erfüllten medizinischen Anforderungen. Bauchspeicheldrüsenkrebs hat eine katastrophale Prognose (neueste Daten zur 5-Jahres-Überlebensrate in den USA: 9,3 %) und wird zudem voraussichtlich bis 2030 die häufigste Krebsart werden. Die Behandlung ist schwierig, da die Diagnose in den meisten Fällen in späten Stadien gestellt wird, wenn die Tumorzellen bereits gestreut haben. Chemo- und gezielte Therapien bringen nur eine begrenzte Erhöhung der Gesamtüberlebensrate für diese Patienten. Der Grund dafür sind Tumorresistenz und ein eingeschränktes Ansprechen auf Checkpoint-Inhibitoren. Beim Adenokarzinom des Pankreas ist die Expression des carcinoembryonalen Antigens (CEA) im Allgemeinen sehr hoch. In vielen Fällen erweist sich Bauchspeicheldrüsenkrebs aufgrund seiner immunfeindlichen Mikroumgebung als resistent gegenüber immuntherapeutischen Ansätzen.  

ZIEL UND HYPOTHESE 

Wir schlagen hier vor, neuartige Immunkonjugate zu evaluieren, welche die Funktion von NK-Zellen in verschiedenen Krebsmodellen aktivieren, um ihre Wirksamkeit im Vergleich zu derzeitigen Therapien sowie in Kombination mit Checkpoint-Inhibitoren zu evaluieren. Auf der Grundlage unserer vorläufigen Ergebnisse werden wir unsere therapeutischen Moleküle gegen einen hämatopoetischen Tumor (B-Zell-Lymphom) und Pankreastumoren evaluieren. Diese Immunkonjugate werden die Möglichkeit bieten, die therapeutische Wirksamkeit der angeborenen Immunität zu untersuchen und der Frage nachzugehen, ob unsere rekombinanten Moleküle die derzeit bestehende Resistenz gegen Chemo- und gezielte Therapien in einem Modell von Bauchspeicheldrüsenkrebs überwinden können. Aus diesem Promotionsprojekt können sich zusätzliche Anwendungen für CoMIX in Krebstherapien ergeben, und es kann das Potenzial von CoMIX gegen andere solide Tumoren festigen. 

METHODEN

Der Doktorand/die Doktorandin entwickelt verschiedene Krebsmodelle, sowohl in vitro (2D- und 3D-Zellmodelle) als auch in vivo (Mausmodelle von Lymphomen und Bauspeicheldrüsenkrebs), evaluiert mehrere Moleküle, die NK-Zellen gegen Tumorzellen aktivieren, und untersucht ihre Wirkungsweise mithilfe verschiedener Immunassays.

EINFÜHRUNG 

Eine gezielte Therapie kann die Immunreaktionen gegen den Tumor stärken, indem neue Antigene freigesetzt werden; dies bietet eine theoretische Grundlage für eine mit gezielter Therapie kombinierte Immuntherapie, wie dies vor Kurzem bei Lungenkrebs beobachtet wurde (Akbay et al., 2013; Liang et al., 2018). Dazu hat die kleine klinische Phase-Ib-Studie REGONIVO (n = 48 Patienten) erst kürzlich vielversprechende Ergebnisse für die Kombination des Tyrosinhemmers Regorafenib und der Anti-PD1-Therapie mit Nivolumab bei Patienten mit Magen- und kolorektalem Karzinom (CRC) gezeigt (ASCO 2019). Diese ersten Ergebnisse sind vielversprechend und ermutigend für Tests weiterer Kombinationen von anderen Tyrosinkinasehemmern und immunbasierten Therapien.  

ZIEL UND HYPOTHESE 

Wir stellen die Hypothese auf, dass das Screening von Einzelwirkstoffen und deren Kombination direkt an von Patienten gewonnenem Material zur Entwicklung neuer personalisierter Therapieoptionen führen wird. Darüber hinaus werden patientenabgeleitete Modelle aus Tumor- und Stromazellen (wobei zu beachten ist, dass Stromazellen, darunter Fibroblasten, bekanntlich für die Immunsuppression verantwortlich sind), die über die letzten Jahre in der Gruppe Molecular Disease Mechanisms (MDM) aufgebaut wurden, beim Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen einer angeborenen/erworbenen Resistenz hilfreich sein und somit bei der Verhinderung einer Therapieresistenz bei Langzeitbehandlungen.  

METHODEN

Frische Biopsien von CRC-Patienten in Stadium III und Stadium IV werden in verschiedenen beteiligten Kliniken entnommen und direkt an das LIH und die MDM-Gruppe an der Universität Luxemburg (UL) übermittelt. Das Screening der Therapieoptionen (einschließlich unterschiedlicher Kombinationen von gezielten und immunbasierten Therapien) direkt am Patientenmaterial erfolgt dann unter Anwendung der Bibliothek für Wirkstoff-Hochdurchsatzscreenings des LIH. Mittels In-silico-Modellierung, wie zuvor von unserer Gruppe in Zusammenarbeit mit der Sauter-Gruppe an der UL beschrieben (Pacheco et al., 2019), werden wir die Liste der getesteten Wirkstoffe/Wirkstoffkombinationen weiter verfeinern. Zusätzlich werden patientenabgeleitete Modelle derselben Patienten (zusammengesetzt aus Tumor- und Stromazellen sowie Zellen aus dem normalen Gewebe als Gegenstück) verwendet, um (i) die Mechanismen der angeborenen und erworbenen Resistenz zu verstehen; (ii) uns mit der Effizienz der identifizierten Therapieoptionen zu befassen; (iii) sowie deren Potenzial für die Induzierung einer Resistenz bei Langzeitbehandlungen zu untersuchen; dies soll mit Methoden der Molekularbiologie (d. h. Bulk- und Einzelzell-Transkriptomik in Kombination mit der Analyse von Signalnetzwerken) sowie mit funktionellen Assays (Assays für Zellviabilität CellTiter-Glo) erfolgen. Schließlich werden die vielversprechendsten präklinischen Daten in unseren eigenen internen orthotopen CRC-Mausmodellen validiert.  

EINFÜHRUNG

Die Präzisionsmedizin bietet eine vielversprechende Perspektive für Krebspatienten, wobei allerdings robuste präklinische Modelle für die Vorhersage der Sensitivität neuer Behandlungen eine entscheidende Voraussetzung für Fortschritte in der klinischen Onkologie sind (Byrne et al., 2017; Gao et al., 2015). Auf der Grundlage einer großen Plattform patientenabgeleiteter orthotoper Xenotransplantate (patient-derived orthotopic xenografts, PDOXs) von Glioblastomen (GBM), in denen die histopathologischen, genetischen und epigenetischen Merkmale der Patiententumoren besser erhalten bleiben als bei In-vitro-Kulturen, haben wir erfolgreich eine Biomarker-gesteuerte Medikamentenbehandlung bei PDOX in vivo und bei PDOX-abgeleiteten 3D-Tumororganoiden ex vivo angewendet (Bougnaud et al., 2016; Abdul Rahim et al., 2017; Golebiewska et al., BioRvix, 2020). Beide Ansätze leiden jedoch darunter, dass Komponenten des Immunsystems verringert sind und/oder fehlen, was die Möglichkeiten für Tests neuer immunmodulierender Therapien einschränkt. 

ZIEL UND HYPOTHESE 

In diesem Projekt wollen wir unsere GBM-PDOX-Plattform auf humanisierte Mausmodelle erweitern. Auch die Immunkomponente, d. h. mononukleäre Zellen des peripheren Blutes und/oder patientenabgeleitete Mikroglia/Makrophagen, werden mit Ex-vivo-3D-Organoiden von Primärtumoren kombiniert. 

METHODEN 

Relevante Tumor-Stroma-Interaktionen werden auf Einzelzellebene untersucht (Einzelzell-RNA-seq, Durchfluss- und Massenzytometrie), um die Tumorprogression und das Ansprechen auf die Behandlung zu überwachen. Standardisierte Kurzzeit-Kokulturen von Tumor- und Immunzellen werden für Hochdurchsatz-Screenings von Wirkstoffen angewendet, und erfolgreiche Verbindungen werden in humanisierten PDOX-Modellen in vivo validiert. 

EINFÜHRUNG

Die Behandlung von Hirntumoren stellt nach wie vor eine Herausforderung dar. Während die meisten gutartigen Tumoren chirurgisch oder radiochirurgisch behandelt werden können, ist die überwiegende Mehrzahl bösartiger Hirntumoren immer noch unheilbar. Neuronavigationstechnologien haben sich in den letzten zwei Jahrzehnten in der Neurochirurgie als Standardbehandlung etabliert, innovative Technologien wie spektroskopische Bildgebung (RS und MRS) sowie Präzisions-MRT bieten jedoch neue Möglichkeiten für gezielte Behandlungsansätze. Allerdings ist trotz der Entwicklung zahlreicher neuer und vielversprechender Medikamente die Verabreichung durch die Blut-Hirn-Schranke (Blood Brain Barrier, BBB) immer noch schwierig. 

ZIEL UND HYPOTHESE 

Ziel des Projekts ist es, Wärmekarten der räumlichen Verteilung von biochemischen Tumoreigenschaften durch eine Kombination von navigierter RS, MRS und Diffusions-MRT zu entwickeln und diese Karten mit Modellen der Wirkstoffverteilung für die CED durch Computermodellierung für Diffusions-MRT-Bilder zu kombinieren. 

METHODEN

Wir werden RS mit navigierten RS-Fasersonden analysieren und diese in Datensätze von mehreren 3D-MRT-Datensätzen integrieren. Dafür werden wir Wärmekarten entwickeln, um die Verteilung der biochemischen Tumoreigenschaften abzubilden. Durch die Einbeziehung der Diffusionsfähigkeit (diffusionsgewichtete MRT) werden wir Modelle für die Flüssigkeits- (Wirkstoff-)verteilung innerhalb der Gehirne einzelner Patienten entwickeln. Diese Modelle werden mithilfe markierter Gadoliniumpartikel getestet. 

EINFÜHRUNG

Die Präzisionsonkologie eröffnet, wenn sie von Sequenzierungstechniken der nächsten Generation für Tumor-DNA und -RNA geführt wird, die Möglichkeit, vorherzusagen, welche Patienten wahrscheinlich auf bestimmte Krebstherapien ansprechen werden (Horak et al., 2017). Neuere Studien haben die Nützlichkeit der mittels Exom-Sequenzierung (whole exome sequencing, WES) gemessenen Tumormutationslast (tumor mutational burden, TMB) als vielversprechenden Biomarker nachgewiesen, um bei einer ganzen Reihe verschiedener Krebsarten die Patienten zu identifizieren, die mit der größten Wahrscheinlichkeit von einer Immuntherapie profitieren werden (Chan et al., 2019). In der klinischen Umgebung, in der WES nicht routinemäßig zur Verfügung steht, etabliert sich die Panelsequenzierung als Technologie für die TMB-Beurteilung. Fehlende Einheitlichkeit zwischen Plattformen und fehlende robuste prädiktive Cut-Off-Werte stellen wesentliche Einschränkungen der Panel-basierten TMB-Quantifizierung dar (Fancello et al., 2019). Darüber hinaus besteht ein bislang nicht erfüllter klinischer Bedarf für die Beurteilung der TMB in Flüssigbiopsien, da die Messung der TMB in zirkulierender Tumor-DNA (ctDNA) eine nachweistechnisch schwierige Aufgabe bedeutet (Gandara et al., 2018). 

ZIEL UND HYPOTHESE 

Ziel dieses Projekts ist es, unterschiedliche Strategien für die zuverlässige Ermittlung der TMB in Geweben von soliden Tumoren und aus Blut abgeleiteter ctDNA zu evaluieren und zu validieren, um die für eine Immuntherapie in Frage kommenden Patienten zu identifizieren. Die Implementierung der TMB-Bewertung in translationalen Onkologieprogrammen wird in Zukunft die personalisierte therapeutische Entscheidungsfindung und das Patientenmanagement verbessern. 

METHODEN

Wir werden WES und Panel-Sequenzierung an Tumorgewebe und zugehörigen Blutproben sowie ctDNA durchführen, um für die Praxis relevante somatische und erbliche Veränderungen, einschließlich der TBM, zu identifizieren. Bioinformatik-Pipelines zur Bestimmung der TBM aus unterschiedlichen Datensätzen sollen unter Verwendung eigener und öffentlich verfügbarer Datensätze entwickelt werden. Die Ergebnisse werden mit klinischen Daten korreliert. Wir werden unsere Ansätze in translationale Forschungsprogramme wie PFP (Personalised Functional Profiling) sowie in multidisziplinäre Tumor-Boards integrieren, um eine schnelle Überführung in den klinischen Bereich zu ermöglichen.