Podcasts about zielgewebe

Auf DPPG2 basierende thermosensitive Liposomen (TSL) mit Hyperthermie (HT) induzierter zielgerichteter Wirkstofffreisetzung sind eine viel-versprechende Behandlungsstrategie in der Krebstherapie. TSL können als Wirkstoffträgersysteme die Zirkulationszeit und Anreicherung von Wirkstoffen im Zielgewebe erhöhen. Die vielfältigen Krebserkrankungen zeigen unterschiedliches Tumoransprechen auf die routinemäßig eingesetzten Zytostatika. Daher wäre es vorteilhaft, verschiedene Wirkstoffe in TSL einschließen zu können, um Erstlinientherapien weiter zu verbessern. In dieser Arbeit wurden Mitomycin C (Mito) und Gemcitabin (Gem) erstmals in TSL eingeschlossen. Außerdem wurden sie in vitro und in vivo charakterisiert. Die bereits untersuchten TSL(Dox) sollten ihre Vorzüge in einem in dieser Arbeit neuentwickelten orthotopen Blasenkarzinom-Model der Ratte demonstrieren. In Pharmakokinetikstudien wurde die Stabilität der TSL-Formulierungen getestet, die Dosisabhängigkeit untersucht und die Plasmahalbwertszeiten bei wiederholten Injektionen miteinander verglichen. Außerdem wurde eine neue Methode für die Tumorgenerierung und HT-Behandlung in der Rattenblase etabliert. Anschließend wurde die Gewebeverteilung und Tumoranreicherung in der Blase nach Behandlung mit TSL(Dox) +HT untersucht. Die Ergebnisse wurden mit denen der intravesikalen Therapie verglichen. Zusätzlich wurde die Therapieeffizienz von TSL(Gem) im subkutanen Weichteilsarkom untersucht. Die Liposomen wurden durch die Lipidfilmhydratisierungs- und Extrusionsmethode hergestellt und aktiv oder passiv mit Wirkstoff beladen. Die TSL wurden mit Hilfe von dynamischer Lichtstreuung, Dünnschicht-chromatographie, Phosphatbestimmung, Fluoreszenzspektroskopie und HPLC-Analyse charakterisiert. In vivo-Experimente wurden unter Inhalationsnarkose in weiblichen F344 Ratten und männlichen Brown Norway Ratten, durchgeführt. Die HT-Behandlung wurde durch Erwärmung mit Licht oder Wasserbad im Weichteilsarkom-Modell oder einer Blasenspülung mit warmen Wasser im Blasenkarzinom-Modell durchgeführt. TSL(Mito) wiesen eine niedrige Einschlusseffizienz auf und waren in vitro und in vivo sehr instabil. TSL(Gem) und TSL(Dox) hingegen zeigten bei Körpertemperatur eine lange Zirkulationszeit nach intravenöser (i.v.) Verabreichung. TSL(Dox) zeigten bei höherer Verabreichungsdosis eine verlängerte Zirkulationszeit. Wiederholte Injektionen mit TSL(Dox) nach 7 oder 14 Tagen, beeinflussten die Pharmakokinetik des Wirkstoffes nicht. Durch chemische Vorbehandlung der Blase und anschließende Tumorzell-instillation wurde Tumorwachstum in der Blase erzeugt, das nach spätestens 5 Tagen zystoskopisch erkennbar war. Mit kontinuierlicher Spülung mit warmer Flüssigkeit konnte die Blase problemlos für die Behandlungsdauer von 1 h auf 41 °C erwärmt werden. Das Vorhandensein eines Tumors reduzierte die Dox-Aufnahme in die Blasenwand. Bei intravesikaler Therapie mit nicht liposomalem Dox wurden im Urothel bzw. der Tunica muscularis nur 78% bzw. 45% der Konzentration erreicht, die bei systemischen Injektion mit TSL(Dox) +HT erreicht wurde. Die Therapie des Weichteilsarkoms mit Gem zeigte den Vorteil des liposomalen Einschlusses von Gem im Vergleich zum freien Wirkstoff. TSL(Gem) -HT zeigte eine geringfügigere Tumorwachstumsverzögerung verglichen mit freiem Gem ±HT. Die HT induzierte Wirkstofffreisetzung zeigte eine signifikante stärkere Inhibierung des Tumorwachstums verglichen mit allen anderen Gruppen. Die Resultate zeigen, dass nicht alle Wirkstoffe für den Einschluss in auf DPPG2 basierende Liposomen geeignet sind. Die Pharmakokinetik wird bei wiederholter Applikation nicht durch verstärkten Liposomenabbau beeinflusst. TSL und HT zeigten Vorteile in der Anreicherung und Therapie in verschiedenen Tumormodellen. TSL in Kombination mit HT sind eine wertvolle Errungenschaft für die Krebstherapie und sollten weiter untersucht werden.

Da es bisher noch kein Knochenersatzmaterial gibt, das den komplexen Eigenschaften des Knochengewebes entspricht, wird intensiv an der Entwicklung neuer Materialien geforscht. In der vorgestellten Studie wurden ein Calciumphosphat- und ein Magnesiumphosphat-Zement (Bruschit bzw. Struvit) in einem unbelasteten und einem teilbelasteten Knochendefekt kritischer Größe im Schafmodell untersucht. Von jeder Zementformulierung kamen zwei unterschiedliche Pulver-Flüssigkeits-Verhältnisse (2,0 und 3,0), welche zu unterschiedlichen Porositäten der abgebundenen Zemente führten, zum Einsatz. Die Implantationszeiträume betrugen 4, 7 und 10 Monate. Als Kontrolle diente bei der 10-Monats-Gruppe ein CDHA-Zement (Ca9(PO4)5HPO4OH) bzw. ein Leerdefekt. Alle Zementformulierungen erwiesen sich als biokompatibel und osteokonduktiv. Bei den Struvit-Zementen (MgNH4PO4•6H2O) konnte nach 10 Monaten Implantation eine fast komplette Degradation beobachtet werden. Diese fand sowohl passiv durch chemisch-physikalische Lösungsvorgänge als auch aktiv, d.h. zellvermittelt, statt. Gleichzeitig bildete sich neues trabekuläres Knochengewebe, so dass gesagt werden kann, dass die Resorptions-geschwindigkeit der Geschwindigkeit der Knochenformation entsprach. Die mechanische Stabilität nahm zwar gegenüber den in vitro ermittelten Werten nach Implantation stark ab, wurde aber im Zeitverlauf durch das Einwachsen von neuem Knochengewebe wieder auf ein physiologisches Niveau angehoben. Signifikante Unterschiede zwischen den Porositäten gab es nur zum Teil hinsichtlich des verbliebenen Zementvolumens. Aufgrund der besseren Verarbeitbarkeit als injizierbare Paste, wäre ein Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis von 2,0 eventuell besser für den klinischen Einsatz geeignet als ein Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis von 3,0. In Kontakt mit Weichgewebe lösten sich die Struvit-Zemente schneller auf als neues Knochengewebe einwachsen konnte. Durch weitere Modifikationen bei der Zementzusammensetzung könnte dies verhindert werden. Durch die Kombination mit einem im Verhältnis zu Struvit stabileren Calciumphosphat (z.B. β-Tricalciumphosphat) könnte ein biphasischer Zement entwickelt werden, bei dem sich die einzelnen Komponenten unterschiedlich schnell auflösen. Die Bruschit-Zemente (CaHPO4•2H2O) und der CDHA-Zement zeigten selbst nach zehn Monaten Implantation kaum Degradation. Bei dem CDHA-Zement war dies zu erwarten, bei den Bruschit-Zementen jedoch nicht. Die Ursache hierfür kann bei der höheren Porosität (PLR 2,0) in der Phasenumwandlung von Bruschit zu Octacalciumphosphat bzw. generell in der Zementkomposition gesehen werden. Da die Bruschit-Zemente im teilbelasteten Defekt Risse aufwiesen, war ihre mechanische Stabilität in vivo für lasttragende Bereiche nicht ausreichend. Deshalb wäre es nötig, die Bruschit-Zemente weiter zu modifizieren, bevor sie erneut im Tiermodell untersucht werden können. Um die Stabilität zu verbessern, könnten Keramik- oder Polymerfasern in den Zement eingebracht werden. Für die Verbesserung der Degradation sollte eine andere Flüssigkeitskomponente, z. B. Natriumhyaluronat oder Pyrophosphat, wie sie in anderen Studien verwendet wurden, in Betracht gezogen werden. Zusätzlich zu den orthotopen Implantaten wurden jeweils auch subkutan Formkörper eingebracht. Diese zeigten, dass die untersuchten Zemente auch eine gewisse Osseoinduktivität besaßen. Im Fall der Bruschit-Zemente verhielten sich die subkutanen Implantate allerdings anders als die im Knochen implantierten Zemente. Im Gegensatz zu den orthotopen Implantaten zeigten die Formkörper im subkutanen Gewebe eingesetzt eine deutliche Größenreduktion. Die Ursache dafür kann im unterschiedlichen Gewebemilieu oder in der unterschiedlichen Implantatform (orthotop: Paste / heterotop: Block) gesehen werden. Um eine möglichst genaue Aussage über das biologische Verhalten eines Materials treffen zu können, ist es daher notwendig, die Materialien immer in der Form und im entsprechenden Zielgewebe zu untersuchen, wie sie später verwendet werden sollen, d.h. ein Zement als resorbierbares Knochenersatzmaterial sollte immer als Paste im Knochenlager untersucht werden. Auch eine Untersuchung in einem belasteten Implantationsmodell ist sinnvoll, da eine mechanische Belastung einen Einfluss auf das Verhalten der Zemente und das Knochenremodelling hat.

Die equine rezidivierende Uveitis (ERU) ist eine entzündliche, autoimmun-mediierte Augenerkrankung bei Pferden, die im Endstadium zur Erblindung führt. Unter verschiedenen Namen ist sie seit Jahrhunderten bekannt und mit einer Prävalenz von etwa 10% weltweit einer der häufigsten Gründe für eine Erblindung bei Pferden. Die Bedeutung der ERU ist aber nicht nur auf den veterinärmedizinischen Bereich beschränkt, da sie auch als Modell für die autoimmune Uveitis des Menschen eingesetzt wird. Für die Erkrankung des Menschen ist die ERU das einzige spontane Tiermodell. Charakteristisch für die ERU sind spontan auftretende und wieder abklingende Entzündungsschübe, in deren Verlauf die Retina als Zielgewebe progressiv geschädigt wird. Verschiedene Proteine der Retina konnten in den letzten Jahren schon als Autoantigene identifiziert werden, darunter Interphotorezeptor Retinoid bindendes Protein (IRBP), S-Antigen, Recoverin und Zelluläres Retinaldehyd-bindendes Protein (CRALBP). Um aber die Pathogenesemechanismen der ERU in ihrer ganzen Komplexität verstehen zu können, ist ein möglichst vollständiges Wissen über das ganze Autoantigenspektrum nötig. Deshalb ist es wichtig, nach neuen, bisher unentdeckten Autoantigenen zu suchen und diese zu identifizieren. Im Rahmen dieser Dissertation sollte deshalb zum einen die Frage geklärt werden, ob die Spezifität intraokulärer Autoantikörper über das bereits bekannte Spektrum hinausgeht und ob möglicherweise andere, bisher nicht entdeckte retinale Autoantigene gebunden werden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, die Spezifität autoreaktiver, intraokulärer IgM-Antikörper zu untersuchen, die bisher im Rahmen der ERU Forschung noch nie charakterisiert wurde. Autoreaktive IgM könnten besonders im Zusammenhang mit inter- und intramolekularem Epitop-Spreading, das bei der ERU beschrieben ist, interessant sein. Hierbei kommt es im Verlauf der Erkrankung zu einer Veränderung des targetierten Autoantigenspektrums. Die Abklärung der Spezifität intraokulärer IgM könnte dazu beitragen, zukünftige Zielstrukturen frühzeitig zu erkennen. Um potenzielle Autoantigene zu identifizieren, die von intraokulären IgM Antikörpern targetiert werden, wurde zunächst das Bindungsmuster auf dem retinalen Proteom mit 2D Western Blots untersucht. Während bei Proben augengesunder Tiere keine Reaktionen auftraten, zeigte sich bei Proben, die von ERU-Patienten stammten, dass innerhalb eines insgesamt großen Spektrums verschiedener Reaktionen ein Proteinspot sehr häufig gebunden wurde. Mittels Massenspektrometrie konnte dieses Protein als Neurofilament-M (NF-M) identifiziert werden. Im ELISA konnte die NF-M Spezifität intraokulärer IgM bestätigt werden, zudem wurde für die ERU-Gruppe eine Prävalenz von 44% ermittelt. Die Prävalenz für intraokuläre IgG der gleichen Spezifität war ungleich niedriger, sie lag bei 8% bei ERU. Kontrollproben augengesunder Pferde zeigten hingegen keinerlei Reaktion auf NF-M. Der große Unterschied in der Prävalenz von IgM und IgG weist darauf hin, dass die Autoimmunantwort auf NF-M wahrscheinlich eine persistierende IgM-Reaktion ist. Im physiologischen Zustand wird NF-M im Pferdeauge vor allem von retinalen Ganglienzellen und ihren Fortsätzen exprimiert, sowie von Horizontalzellen. Dagegen konnte bei 89% der ERU-Retinae eine deutliche Reduk tion des NF-M-Signals festgestellt werden. Gründe dafür könnten eine Herunterregulierung von NF-M als zelluläre Reaktion auf Stress sein oder aber eine Zerstörung NF-M exprimierender Strukturen im Zuge einer Autoimmunreaktion auf das Protein. Die in dieser Studie gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass das Antigenspektrum bei der ERU über das bisher bekannte hinausgeht und dass auch weiterhin nach neuen Autoantigenen gesucht werden sollte. Die IgM-dominierte Reaktion auf das neu identifizierte Autoantigen, NF-M, zeigt zudem auf, dass das Bindungsspektrum von intraokulären IgM-Autoantikörpern sich nicht immer mit dem von intraokulären IgG überschneidet und deshalb eine gesonderte Betrachtung verdient. Die Persistenz der IgM Antwort gegen NF-M muss in zukünftigen Studien geprüft und ihre Gründe beleuchtet werden, da es sich hierbei um eine T-Zell unabhängige Reaktion handeln könnte, was bei der Immunpathologie der ERU auf eine wichtige Rolle auch für B-Lymphozyten hinweisen würde. Da bei ERU-Patienten die Prävalenz der intraokulären IgM-Reaktion gegen NF-M hoch ist, sollten weiterführende Studien darauf abzielen, eine pathogenetische Relevanz von NF-M als Autoantigen bei ERU und autoimmuner Uveitis des Menschen abzuklären und nach einer Charakterisierung der Serumantwort auf NF-M auch eine Rolle als potenzieller Biomarker zu prüfen.

Die Magnetresonanztomographie ermöglicht es, die Knorpelphysiologie in vivo zu untersuchen und die mechanobiologischen Bedingungen in dem Zielgewebe, in das ein Knorpeltransplantat verpflanzt wird, zu charakterisieren. Knorpel deformiert während einer mechanischen Belas-tung; es ist jedoch wenig bekannt über sein Verhalten nach Deformation. In der vorliegenden Studie untersuchen wir die nächtlichen Veränderungen der Knorpeldicke und, ob die Deforma-tion nach mechanischer Belastung morgens größer ist als abends. Es wurden jeweils zwei axiale und zwei koronare MR-Akquisitionen der rechten Kniege-lenke von 17 gesunden Probanden (Alter: 23,5 ± 3,0 Jahre) nach einem gewöhnlichen Alltag durchgeführt. Danach wurden nach dynamischer Belastung mit 30 tiefen Kniebeugen eine axia-le MR-Aufnahme und anschließend nach 2-minütiger statischer Belastung mit 150 % des Kör-pergewichts eine koronare MR-Aufnahme akquiriert. Während einer anschließenden nächtli-chen Ruhephase von 8 Stunden wurden die Kniegelenke nicht belastet. Dasselbe Versuchspro-tokoll wurde am nächsten Morgen wiederholt. Eine signifikante Zunahme der Knorpeldicke (p < 0,01) wurde zwischen den abendlichen und morgendlichen Ruheakquisitionen beobachtet: +2.4 % an der Patella, +8.4 % an der media-len Tibia und +6.2 % in der lateralen Tibia. Die Deformation am nächsten Morgen (–6.8 % Patella, –4.6 % med. Tibia, –5.1 % lat. Tibia) war (tendenziell) größer als am Abend (–5.4 % Patella. –3.2 % med. Tibia, –3.7 % lat. Tibia). Es wurden keine signifikanten Unterschiede in der Deformation sowie nächtlichen Veränderungen der Knorpeldicke zwischen Frauen und Männern gesehen. Wir folgern, dass der gesunde Kniegelenkknorpel, unabhängig von dem Geschlecht, wäh-rend eines normalen Arbeitstags physiologischerweise um 2–8 % deformiert ist, und dass eine weitere Deformation um 3–6 % durch anstrengende körperliche Tätigkeiten erreicht werden kann. Knorpel „erholt“ sich über Nacht, indem während der nächtlichen Entlastung Flüssigkeit in den Gelenkknorpel zurückströmt.

Die Rekrutierung von Zellen ist ein komplexer, in mehreren Schritten ablaufender Mechanismus, der eine zentrale Bedeutung für zahlreiche biologische Prozesse, wie z.B. Entzündung, Transplantatabstoßung, Tumormetastasierung und Stammzell¬migration hat. Die Migration von Zellen aus dem Blutstrom oder einem Reservoir in ein Zielgewebe bzw. Zielorgan und umgekehrt wird durch zahlreiche spezifische und unspezifische Reize ausgelöst und orchestriert. Dies erfolgt zu einem großen Teil durch von Chemokinen regulierte Mechanismen. Chemokine sind chemotaktische Zytokine, welche an spezifische auf der Zelloberfläche exprimierte Chemokinrezeptoren (CCR) binden. Zellen mit entsprechenden Chemokinrezeptoren wandern entlang eines Chemokingradienten zum jeweiligen Ziel, z.B. einem Entzündungsherd oder einem Zielorgan. Erstes Ziel dieser Arbeit war die Analyse der Chemokinrezeptorexpression im kutanen T-Zell Lymphom (CTCL), einem Non-Hogkin-Lymphom mit primärer kutaner Manifestation. Der Nachweis von Chemokinrezeptoren erfolgte in vitro mit der Polymerasekettenreaktion (PCR), der Durchflusszytometrie und mit Migrations-versuchen. Der Chemokinrezeptornachweis auf Hautschnitten von CTCL-Patienten erfolgte mit der Immunhistochemie. Erstmals konnte der hautassoziierte Chemokinrezeptor CCR10 im Rahmen des CTCL nachgewiesen werden. Außerdem gelang der Nachweis der Chemokinrezeptoren CCR4, CCR7 und CXCR3 in Hautschnitten und Lymphknotenbiopsien. CXCR3 wurde erstmals im Sezary Syndrom, einer fortgeschrittenen und aggressiven CTCL-Unterform, beschrieben. In der Immunhistochemie wurde die stärkste CCR10-Expression in Sezary Syndrom-Hautschnitten festgestellt. In Biopsien von befallenen Lymphknoten zeigte sich ein auffälliges CCR10-Verteilungsmuster: CCR10-positive Zellen wurden im Lymphsinus nachgewiesen, drangen aber nur vereinzelt in den Lymphknoten ein. In peripheren, nicht-kutanen Lymphomen wurde CCR10 nicht nachgewiesen und ist somit vermutlich exklusiv auf dem primär kutanen CTCL exprimiert. Es ist davon auszugehen, dass CCR10 den Epidermotropismus vor allem in aggressiveren Stadien reguliert. Die Bedeutung von CCR10 für die lymphatische Metastasierung des CTCL ist noch nicht geklärt. CCR10 könnte in der Zukunft als Faktor für die klinische Einstufung des CTCL oder als Ziel für eine gezielte Tumortherapie dienen. Die gezielte Tumortherapie ist u.a. mit Chemokinantagonisten möglich. Sie erlauben die gezielte Beeinflussung der chemokingesteuerten Rekrutierung von Leukozyten, Stammzellen oder Tumorzellen. Deshalb wurde ein membranbindender Antagonist des Chemokins CCL5, als potentielles Agens für die lokale Therapie von Tumoren oder von Transplantatabstoßungen, generiert. Das Chemokin CCL5 und seine Rezeptoren spielen in der akuten Transplantatabstoßung und in der Tumorprogression, z.B. im Mammakarzinom, eine zentrale Rolle. Der CCL5-Antagonist Met-RANTES inhibiert in Transplantatabstoßungsmodellen die Rekrutierung von Leukozyten. Der akute Entzündungsprozess und der daraus resultierende chronische Gefäßschäden werden so vermindert. Auch in einem Tumormodell ist ein Effekt auf die lokale Tumorprogression wahrscheinlich. Der in dieser Arbeit hergestellte CCL5-Antagonist Met-RANTES(Dimer)-GPI soll eine lokale Therapie ohne systemische Nebenwirkungen ermöglichen. Durch die erstmals beschriebene Bindung eines Chemokins oder Chemokinderivats an einen Glykosylinositolphosphatidyl (GPI)-Anker soll der Antagonist effektiv in die Zellmembranen von Endothelzellen inkorporiert werden, länger auf dem Endothel verbleiben und die benötigte Proteinmenge vermindern. Zunächst wurde durch die Erweiterung des signalgebenden N-Terminus von CCL5 der CCL5-Antagonist Met-RANTES generiert. Ein Aminosäureaustausch erzeugte ein dimerisierendes Molekül, welches einfacher als die zur Polymerisierung neigende Wildform zu isolieren war. Das Protein wurde mit der PCR mit einem GPI-Anker fusioniert und in Chinese Hamster Ovary (CHO)-Zellen subkloniert. Met-RANTES(Dimer)-GPI wurde erfolgreich aus den CHO-Zellen isoliert und mit der Säulenchromatographie gereinigt. In in vitro-Versuchen wurde Met-RANTES(Dimer)-GPI effektiv in die Oberfläche von humanen Endothelzellen reinkorporiert und hemmte die transendotheliale Migration von Monozyten, welche bei der Transplantat¬abstoßung und bei der Tumorprogression eine wichtige Rolle spielen. Mit Met-RANTES(Dimer)-GPI präperfundierte Transplantate zeigen möglicherweise einen geringeren vaskulären Schaden bei der akuten Transplantatabstoßungsreaktion. Im Tumormodell soll eine Hemmung der Tumorinfiltration durch Monozyten, welche eine beschleunigte Tumorprogression verursachen, erreicht werden. Im Vergleich zu nicht GPI-gebundenen CCL5-Antagonisten würde eine lokale fokussierte Therapie ermöglicht und eine eventuell geringere zu applizierende Proteinmenge bei längerer Verweildauer erzielt. Die Ergebnisse dieser Arbeit erlauben zunächst einen genaueren Einblick in die Pathogenese des CTCL. Der Chemokinrezeptor CCR7 wird vor allem von fortgeschrittenen Formen mit lymphatischer Infiltration exprimiert. CCR10 wird erstmals im Zusammenhang mit dem CTCL beschrieben und vor allem von fortgeschrittenen Unterformen exprimiert. Desweiteren wurde ein membranbindender Chemokinantagonist hergestellt. Erstmals wird die Kombination eines Chemokins oder Chemokinderivats mit einem GPI-Anker beschrieben. Der Antagonist erlaubt eine hohe lokale Applikation ohne systemische Zirkulation des Agens. Mögliche Einsatzgebiete sind die gezielte Tumortherapie oder die Behandlung der Transplantatabstoßung.

Die Amyloidosen gehören zu den Proteinspeicherkrankheiten. Die abgelagerten pathogenen Proteine zeichnen sich durch eine besondere Konformation, die β-Faltblattstruktur, aus. Man spricht daher auch von Konformationskrankheiten" oder "β-Fibrillosen". Bislang sind etwa 25 verschiedene Proteine bekannt, die im Menschen zu einer Amyloidose führen können. Je nach Lokalisation der Amyloidablagerungen unterscheidet man lokale („Amyloidom“), organlimitierte (z.B. zerebrale) und systemische Formen. Die Benennung erfolgt nach der Art des gespeicherten Proteins, wobei an das Kürzel „A“ für „Amyloid“ das Kürzel des gespeicherten Proteins angehängt wird: Die bekanntesten Amyloidosen sind vom Typ Aβ (M. Alzheimer), APrP (Scrapie), AA (Akutphasenprotein bei chronischen Entzündungen), Aβ2M (Urämie, chronische Hämodialyse), ATTR (Amyloid vom Transthyretin-Typ sporadisch im Alter sowie familiär bei Mutation) und AL (Leichtketten-Amyloid bei monoklonaler Gammopathie mit den Isotypen λ und κ). Daneben gibt es seltenere, dann oft familiär gehäuft auftretende und z.T. mit Polyneuropathie einhergehende Amyloidosen sowie Amyloid in endokrinen Drüsen. In dieser Arbeit wurde die Amyloidose einer Patientin („UNK“) untersucht, die eine außergewöhnliche klinische Manifestation einer organlimitierten Amyloidose aufweist: Über 10 Jahre hinweg sind bei der Patientin multiple subkutane Knoten („Amyloidome“) aufgetreten, ohne dass sich im Verlauf ein Anhalt für eine systemische Amyloidverteilung ergab. Bei den Amyloidablagerungen handelt es sich, wie in dieser Arbeit mit immunchemischen und biochemischen Methoden gezeigt werden konnte, um eine Amyloidose vom κ1-Leichtketten-Typ (ALκ1). Es werden also Teile eines Immunglobulins, nämlich einer κ-Kette der Subklasse 1 (man unterscheidet 4 κ-Subklassen, daneben gibt es noch Leichtketten vom Typ λ) in knotiger Form in der Subkutis gespeichert ausgehend von einer monoklonale Gammopathie. Das besondere auch daran ist, dass sich über 10 Jahre kein Progress im Sinne der Entwicklung eines Plasmozytoms gezeigt hat. Daneben wurde bei der Patientin ein zerebraler Entmarkungsherd (Multiple Sklerose) diagnostiziert, hierbei muss differentialdiagnostisch an das Vorliegen eines zerebralen Amyloidoms gedacht werden; es gibt dazu entsprechende Berichte in der Literatur. Durch Isolation des Amyloidproteins aus dem Gewebe, Aufreinigung und anschließende Aminosäuresequenzierung (Edman-Abbau) kombiniert mit Massenspektrometrie konnte die vollständige Aminosäuresequenz der variablen Region (AS 1-108) sowie wesentlicher Teile (bis AS 207) der konstanten Region (AS 109-214) der abgelagerten κ-Kette ermittelt werden. Um die Frage zu klären, ob aus der Aminosäuresequenz des Proteins auf seine Amyloidogenität, also die Wahrscheinlichkeit, Amyloid zu bilden, geschlossen werden kann oder auf die sehr ungewöhnliche Art der klinischen Manifestation (Leichtkettenamyloidosen zeigen in der ganz überwiegenden Zahl der Fälle ein systemisches Befallsmuster), wurde die ermittelte Sequenz mit allen bislang veröffentlichten 17 Sequenzen von Amyloid-bildenden κ1-Ketten sowie nicht-amyloidogenen κ-Ketten verglichen mit folgendem Ergebnis: (1) ALκ (UNK) zeigt 7 bisher nicht und etwa ebenso viele bisher nur selten beschriebene Aminosäureaustausche. Diese Aminosäureaustausche entsprechen kaum den bislang typischerweise mit erhöhter Amyloidogenität in Verbindung gebrachten Mutationen, so dass aus der Aminosäurenabfolge an sich kein Rückschluss auf die Amyloidogenität des Proteins möglich ist. (2) Bemerkenswert ist ferner die (bei aus dem Gewebe isolierten Amyloidproteinen fast regelhaft auftretende) starke Fragmentierung des Proteins, ein "staggering" an Position 63-69 sowie eine Biklonalität (AS 82D und E), welche bisher für ALκ-Amyloidosen noch nicht beschrieben wurde. (3) Die Hypothese, dass erhöhte Hydrophobizität die Amyloidogenität eines Proteins erhöht, wird durch ALκ (UNK) bestätigt, indem die in ALκ (UNK) neu aufgetretenen Aminosäureaustausche die Hydrophobizität deutlich steigern. (4) Es ist bekannt, dass die Destabilisierung der Tertiärstruktur eines Proteins seine Umfaltung zur Fibrille begünstigt. ALκ (UNK) weist eine Mutation an der hochkonservierten und für die Stabilisierung der Tertiärstruktur verantwortlichen Position (Serin60Prolin)auf. (5) Da in der Literatur bislang erst 6 Fallberichte zu organlimitierten subkutanen Amyloidosen (verschiedene Ursprungsproteine) vorliegen, lässt sich der bevorzugte Organbefall (Organotropismus) derzeit noch nicht aus der Aminosäuresequenz ableiten. Möglicherweise wird der Tropismus durch eine Art Antigen-Antikörper-Interaktion der amyloidogenen Leichtketten mit Strukturen im Zielgewebe (mit-)bestimmt. Das Protein ALκ (UNK) wurde außerdem mit immunchemischen Methoden charakterisiert: (1) Im Kaninchen wurde ein polyklonales Antiserum gegen ALκ (UNK) hergestellt und gegen Amyloide vom Typ ALκ aus anderen Patienten, native κ Ketten sowie Amyloide anderer Subklassen ausgetestet. Es hat sich mittlerweile im Routineeinsatz bestens bewährt und rückblickend die Sensitivität und Spezifität der Amyloiddiagnostik im Labor deutlich verbessert. (2) Es konnte gezeigt werden, dass Antiseren, die gegen Amyloid-Vorläuferproteine (κBJP) erzeugt wurden, keine Reaktion mit ALκ (UNK) zeigen. Diese Beobachtung unterstützt die Annahme, dass es im Rahmen der Amyloidogenese zu einer erheblichen Konformationsänderung und damit auch Veränderung der Oberflächenstruktur des Vorläuferproteins kommt, so dass zur immunchemischen Detektion von Amyloidproteinen besondere Reagenzien (nämlich speziell gegen Amyloidproteine hergestellt Antiseren) erforderlich sind. (3) Die Subklassenbestimmung der abgelagerten κ-Kette gelang mit den eingesetzten immunchemischen Methoden aus technischen Gründen nicht. (4) ALκ (UNK) konnte auch immunchemisch (Immunhistochemie, Western Blot, Ouchterlony-Test) eindeutig als ALκ identifiziert werden, was den hohen Stellenwert der Immunchemie bei der Amyloiddiagnostik unterstreicht. Daneben wurden noch weitere Untersuchungen angestellt: (1) Der Geweberohextrakt wurde mittels Western Blot bezüglich des Gehaltes an anderen Proteinen (außer ALκ (UNK)) untersucht. Es konnten u.a. unfragmentierte λ- und γ-Ketten nachgewiesen werde, ferner ist vom Vorhandensein noch weiterer ubiquitärer höhermolekularer Proteine wie Albumin in gegenüber dem Amyloidgehalt vergleichsweise geringer Menge auszugehen. (2) Die Fragmentierung der abgelagerten Proteine wurde genauer untersucht. Man findet Sequenzanfänge bei AS-Position 1,40,88,150,159, wobei andererseits wieder Fragmente gefunden wurden, die diese überlappen. Auch ein die konstante und variable Region der leichten Kette überlappendes Fragment wurde gefunden. Daneben wurden Urinproben der Patientin untersucht. Auch hier zeigen sich κ-Fragmente in mehreren Molekulargewichtsbereichen (nicht sequenziert). Ob die Fragmentierung vor, während oder nach der Amyloidablagerung zustande kommt, wurde nicht untersucht. Zur Therapie dieses ungewöhnlichen Amyloid-Syndroms: Bei fehlender Progression sowohl im Bezug auf das Auftreten neuer Amyloidablagerungen (bislang fehlende systemische Beteiligung) wie auch hinsichtlich der Dynamik des monoklonalen Plasmazellklons (kein Anhalt für Plasmozytom) ist derzeit ein abwartendes Verhalten gerechtfertigt. Sollte es bei der Patientin zur Progredienz kommen, wäre bezüglich der Amyloidablagerungen die entsprechende symptomatische Therapie (medikamentöse Therapie der Herzinsuffizienz, Schrittmacherimplantation, Hämodialyse bei Niereninsuffizienz), bezüglich der monoklonalen Gammopathie die Reduktion des monoklonalen Zellklons (gemäß den Leitlinien zur Tumortherapie, z.B. autologe Stammzelltransplantation) indiziert.

Die Schleimhaut des nasalen Raums stellt das primäre Kontaktorgan für inhalierte Stoffe dar. Um den Körper vor toxischen Wirkungen zu schützen und den Geruchssinn zu unterstützen, besitzen die Epithelzellen der respiratorischen Anteile erhebliche metabolische Kompetenz. Interindividuelle Unterschiede im Fremdstoffmetabolismus können in Verbindung mit einer beruflichen Exposition gegenüber inhalativen Karzinogenen zur Entstehung von Malignomen des sinonasalen Raums führen. Um gefährliche Stoffe und gefährdete Populationen anhand von in-vitro-Versuchen identifizieren zu können, wurde ein dreidimensionales Kultursystem humaner nasaler Mukosa vorgestellt, das die Verhältnisse in vivo möglichst realistisch abbildet. Dazu wurden Resektate humaner nasaler Mukosa in 1 mm3 großen Fragmenten unter optimierten Umweltbedingungen kultiviert. Innerhalb einer Woche bildeten sich daraus vollständig epithelisierte Miniorgane mit physiologischen histomorphologischen und funktionellen Eigenschaften. Um die Leistungsfähigkeit der Miniorgane zu evaluieren, wurden sie ein- oder mehrfach gegenüber den bekannt genotoxischen Substanzen Natriumdichromat, N-Nitrosodiethylamin (NDEA) und N-Methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidin (MNNG) exponiert. Parallel dazu wurden zum Vergleich Einzelzellsuspensionen mit diesen Stoffen inkubiert. Die induzierten genetischen Schäden wurden mit Hilfe der alkalischen Version des Einzelzell-Mikrogelelektrophorese-Assay quantifiziert. Der Anteil apoptotischer Vorgänge an hohen DNS-Schäden im Einzelzell-Mikrogelelektrophorese- Assay wurde durch den Annexin-V-Affinitätstest erfasst. Um den Erhalt der metabolischen Kompetenz der Zellen der Miniorgane im Verlauf der Kultivierung zu belegen, wurde die Konzentration von Cytochrom P450 2A6, einem Schlüsselenzym im Metabolismus zahlreicher inhalativer Giftstoffe, durchflusszytometrisch bestimmt. Die Miniorgane blieben über den Kulturzeitraum strukturell und funktionell intakt. Die einmalige Exposition gegenüber Natriumdichromat und MNNG verursachte erhebliche genetische Schäden, die bei wiederholter Inkubation trotz 48stündiger Reparaturphasen weiter zunahmen. Im Falle von Natriumdichromat stieg analog dazu der Anteil apoptotischer Zellen rasant an. Bei MNNG war dagegen keine erhöhte Apoptoserate nachweisbar. Die wiederholte Inkubation der Miniorganen mit NDEA ergab weder einen signifikanten genotoxischen Effekt, noch einen Anstieg der Apoptoserate, obwohl das für die Aktivierung von NDEA entscheidende Apoenzym Cytochrom P450 2A6 über den gesamten Untersuchungszeitraum in den Zellen nachgewiesen werden konnte. Im Vergleich der DNS-Fragmentierung erwiesen sich die in Suspension inkubierten Einzelzellen als empfindlicher gegenüber der Wirkung von Natriumdichromat und MNNG. Miniorgane nasaler Mukosa sind für toxikologische Studien optimal geeignet, da sie Untersuchungen an humanem Zielgewebe über einen längeren Untersuchungszeitraum erlauben. Dies eröffnet vielfältige Versuchsanordnungen hinsichtlich Expositionsfrequenz und Reparaturintervallen. Zudem erscheinen die Kulturen ausreichend robust, um zukünftig verschiedene realistische Expositionsmodelle, wie Begasungsanlagen und komplexe Mischungen, einzusetzen.

In den vergangenen zehn Jahren wurden große Fortschritte hinsichtlich einer möglichen Gentherapie angeborener Lungenerkrankungen wie Mukoviszidose oder a1-Antitrypsinmangel erzielt. Dabei spielt die Gentherapie mittels nichtviraler Genvektoren zunehmend eine größere Rolle. Doch trotz ermutigender Ergebnisse aus einer Reihe von klinischen Studien ist die Effizienz des nichtviralen Gentransfers über eine topische Applikation in die Atemwege bis heute zu gering. Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, welchen Wechselwirkungen nichtvirale Genvektorkomplexe im Milieu der Atemwege unterliegen. Dabei konnten Veränderungen der inneren Struktur nichtviraler Genvektorkomplexe unter Einfluss von Surfactant bzw. bronchoalveolärer Lavageflüssigkeit mit Hilfe von Fluoreszenz-Quenching-Assays und Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfer (FRET) nachgewiesen werden. Auch die Oberflächenladung der kationischen Genvektorkomplexe wurde beeinflusst, wobei in Anwesenheit hoher Konzentrationen von Surfactant eine Ladungsumkehr hin zu negativen Werten gemessen wurde. In Bezug auf die äußere Struktur der kationischen Genvektorkomplexe konnte gezeigt werden, dass in Anwesenheit von Surfactant bei Lipoplexen eine starke Zunahme der Größe beobachtet wurde, während die Größe von Polyplexen sogar leicht abnahm. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass die An- oder Abwesenheit von Salz in physiologischen Konzentrationen bei der Herstellung der Genvektorkomplexe einen Einfluss hat auf die Interaktion von Surfactant mit den Genvektorkomplexen. Um zu ermitteln, inwieweit die Veränderung biophysikalischer Parameter die Funktion der Genvektorkomplexe beeinflusst, wurden das Adhäsionsverhalten der Genvektorkomplexe an der Zelloberfläche und ihre Transfektionseffizienz untersucht. Auch hier waren die Folgen der Interaktion mit Surfactant sehr unterschiedlich ausgeprägt, je nach dem, ob kationische Liposomen oder kationische Polymere als Genvektorsystem verwendet wurden. Um die Effizienz des nichtviralen Gentransfers in die Lunge zu erhöhen, gibt es eine Reihe unterschiedlicher Ansätze. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Anwendbarkeit der Magnetofektion auf die Transfektion von Atemwegsepithelien untersucht. Die Magnetofektion beruht auf dem Prinzip der Anreicherung von Genvektorkomplexen am Zielgewebe mit Hilfe magnetischer Anziehungskräfte. Es konnte eine deutlich bessere Dosis-Wirkungs-Beziehung der über kationische Polymere vermittelten Magnetofektion verglichen mit dem konventionellen über kationische Polymere vermittelten Gentransfer nachgewiesen werden. Hierfür waren sowohl eine stärkere als auch eine schnellere Anreicherung der Genvektorkomplexe an der Zelloberfläche verantwortlich. Die Effizienz der Magnetofektion war bei gegebener Inkubationszeit der Transfektionseffizienz konventioneller nichtviraler Gentransfersysteme deutlich überlegen. In elektronenmikroskopischen Untersuchungen konnte eine Aufnahme der Genvektorkomplexe in Zellen intakter Atemwegsepithelien mit Hilfe der Magnetofektion nachgewiesen werden.