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Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Fragestellung, ob eine vorangegangene Therapie mit einem Checkpointinhibitor (CPI) bei Patienten mit metastasiertem Urothelkarzinom einen positiven Effekt auf eine Folgebehandlung mit dem Chemotherapeutikum Vinflunin haben könnte. Mit einem CPI vorbehandelte Patienten zeigten in unserem Kollektiv eine bemerkenswerte Ansprechrate von fast 30 %, eine Krankheitsstabilisierung konnte bei 53 % der Patienten beobachtet werden. Eine vergleichbare Ansprechrate wurde bislang weder in der Zulassungsstudie noch in den vielfach publizierten Arbeiten aus dem klinischen Alltag der Prä-Immuntherapie-Ära erreicht. Der Einfluss einer CPI-Vortherapie auf ein Therapieansprechen war statistisch signifikant

Mutationen an Mismatch-Reparatur (MMR) Proteinen können ein tumoröses Wachstum bedingen. Insbesondere Tumore mit nachgewiesener MMR-Defizienz sprechen mitunter am besten auf neuartige Tumortherapien mit Immuncheckpoint-Inhibitoren (ICI) an. Daher erscheint der MMR-Status beim kutanem Plattenepithelkarzinom (cSCC) sowie ihren präkanzerösen Vorstufen zusätzlichen Aussagewert für die weitere Prognose und Therapie zu haben. Es wurden 102 Gewebeproben mit cSCC und dessen präkanzerösen Stadien analysiert. Die Mehrzahl (95,1%) wiesen eine hochgradige MMR Proteinexpression auf. Bei 4,9% zeigte sich eine niedrige MMR Proteinexpression. Zusammenfassend zeigte sich, dass eine MMR-Defizienz in dieser Tumorgruppe ein seltenes Ereignis ist, jedoch in wenigen Fällen mit bestätigter MMR-Defizienz von großer Bedeutung sein kann, da dies einen positiven prognostischen Faktor in Bezug auf ICI darstellen könnte.

In der modernen Tumortherapie sind Checkpoint-Inhibitoren ein fester Bestandteil. Die Oberflächenproteine PD-L1 und PD-1 stellen die Angriffspunkte dieser spezifischen Therapie dar. Die Datenlage hinsichtlich PD-L1 in HNSCC ist sehr heterogen. Diese Arbeit beschäftigte sich daher mit der Expression von PD-L1 und PD-1 in einem Kollektiv von 118 Plattenepithelkarzinomen in Larynx und Hypopharynx und einer prognostischen Aussagekraft hinsichtlich mehrerer histopathologischer und epidemiologischer Faktoren. Außerdem wurde ein möglicher Zusammenhang zwischen der Expression von PD-L1, PD-1 und CD5 als T-Zell-Marker in besagtem Kollektiv untersucht. Die IHC-Färbungen wurden lichtmikroskopisch an tissue micro arrays untersucht. Für die Auswertung von PD-L1 wurde der bereits etablierte Cologne-Score verwendet, welcher zum einen zunächst erweitert und anschließend zwecks einer fundierten statistischen Auswertung ergänzend modifiziert wurde. Für CD5 und PD-1 wurden eigene Cut-Off-Werte generiert. 48 % der Fälle waren PD-L1+, die Spannweite im Literaturvergleich schwankt zwischen 30 – 90 %. PD-1+ waren insgesamt 31% der Fälle, auch hier zeigen sich deutliche Abweichungen zu den vorliegenden Publikationen. Hinsichtlich der prognostischen Aussagekraft konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen dem T-Stadium und der PD-L1-Expression aufgezeigt werden. Ob dies Einfluss auf mögliche Behandlungsstrategien hat, bleibt Gegenstand weiterer Forschung. Auch im Literaturvergleich finden sich wiederholt signifikante prognostische Zusammenhänge, jedoch beziehen sich diese auf differente Faktoren. Ursächlich dafür sind aller Wahrscheinlichkeit nach Diskrepanzen in der PD-L1-Expression sowie deren Schwankungen durch äußere Einflüsse und nicht standardisierte Testverfahren. Es zeigten sich weiterhin Korrelationen zwischen den Markern, welche sich abschließend nicht alle gänzlich herleiten lassen. Zusammenfassend könnten einheitliche Testverfahren die Datenlage zu PD-L1 und PD-1 homogenisieren, auch mögliche Vortherapien sollten dementsprechend berücksichtigt werden. Allerdings erscheint die prognostische Aussagekraft von PD-L1 und auch von PD-1 insgesamt aufgrund der inkonstanten Expression hochgradig eingeschränkt, sodass sich in Zukunft vermehrt auf andere Marker konzentriert werden sollte., Checkpoint inhibitors are an essential part of modern tumor therapy. The surface proteins PD-L1 and PD-1 are the targets of this specific therapy. But the data situation regarding PD-L1 in HNSCC is very heterogeneous. This study therefore dealt with the expression of PD-L1 and PD-1 in a collective of 118 squamous cell carcinomas in the larynx and hypopharynx and a prognostic significance with regard to several histopathological and epidemiological factors. Furthermore, a possible link between the expression of PD-L1, PD-1 and CD5 as a T cell marker has been studied. The IHC stains were examined by light microscopy on tissue micro arrays. The already established Cologne score was used for the evaluation of PD-L1. Initially this score was expanded and additionally has been modified for a substantiated statistical analysis. Separate cut-off values were generated for CD5 and PD-1. 48 % of the cases were PD-L1+, literature shows a range between 30 – 90 %. PD-1+ were a total of 31% of the cases, there were distinctly discrepancies from the existing publications too. With regard to the prognostic significance, a significant correlation between the T-stage and PD-L1 expression could be shown. Whether this has an impact on possible treatment strategies remains the subject of further research. Significant prognostic correlations are also repeatedly found in the literature comparison, but these refer to different factors. In all likelihood, this is due to discrepancies in PD-L1 expression and its fluctuations due to external influences and non-standardized test procedures. There were also correlations between the used markers, not all of them could be fully explained. In summary, common test procedures could homogenize the data on PD-L1 and PD-1, furthermore possible previous therapies should also be considered. However, the prognostic significance of PD-L1 and also of PD-1 is highly limited due to the inconstant expression, so that in the future more focus should be placed on other markers.

In dieser Arbeit wurden die histologischen und immunhistologischen Auswirkungen der Kombination aus Inhibition des PD-1/PD-1L-Checkpoints und PLOD-2-Blockade untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass die Immuntherapie anschlägt und dabei als Monotherapie die stärksten Tumornekrosen induzierte. Das Ansprechen auf die Immuntherapie mit BMS-1166 war jedoch sehr unterschiedlich. In der Kombination mit dem PLOD-2-Inhibitor Minoxidil wurden hingegen einheitlichere, aber auch geringere Nekroseanteile festgestellt. Dabei muss jedoch beachtet werden, dass die Kombinationsbehandlung die stärkste Auswirkung auf das Tumorwachstum hatte. So waren diese Tumore die kleinsten und leichtesten, was in Zusammenhang mit dem ausgeprägten kollagenen Netzwerk dieser Gruppe stehen könnte. Die Kombination zeigte keine Auswirkung auf die Tumorvaskularisierung und die Zellteilungsaktivität, sowie auch keine Auffälligkeiten bezüglich der Infiltration mit Immunzellen. Lungenmetastasen kamen in allen Behandlungsgruppen vor. Bei der Kombinationsbehandlung waren jedoch die durchschnittlich größten Lungenmetastasen festzustellen. In dieser Arbeit konnte keine klare signifikante Verbesserung der Brustkrebstherapie durch die Kombination von Inhibition der Kollagensynthese durch PLOD-2-Blockade und Inhibierung des PD-1/PD-1L-Checkpoints aufgezeigt werden. Das kollagene Netzwerk war auffällig und sollte genauer untersucht werden. Es lohnt sich weiter an Kombinationen aus Immuntherapeutikum und EZM-Destabilisierung zu arbeiten. Die TME muss dabei weiterhin Ansatzpunkt der Forschung bleiben, um eine erleichterte Penetration der Medikamente in den Tumor zu erzielen. Hier ist der Austausch des Medikaments zur EZM-Destabilisierung empfehlenswert. Die LOX-Inhibierung hat sich bereits in Kombination mit Chemotherapie als vorteilhaft erwiesen (Rossow et al., 2018) und sollte nachfolgend in einem ähnlichen Versuchsaufbau mit dem Immuntherapeutikum BMS-1166 ausprobiert werden., In this thesis, the histological and immunohistological effects of the combination of PD-1/PD-1L checkpoint inhibition and PLOD-2 blockade were investigated. It was found, that the immunotherapy was effective and induced the strongest tumor necrosis as monotherapy. The response to immunotherapy with BMS-1166 was highly variable. In combination with the PLOD-2 inhibitor minoxidil, more uniform but also lower levels of necrosis proportions were observed. It must be noted, that the combination treatment had the strongest effect on tumor growth. Thus tumors were the smallest and lightest, which may be related to the pronounced collagenous network of this group. The combination showed no effect on tumor vascularization and cell division activity, as well as no abnormalities regarding infiltration with immune cells. Lung metastases occurred in all treatment groups. However, in the combination treatment group were observed the largest lung metastases. In this thesis, no clear significant improvement of breast cancer therapy could be shown with the combination of inhibition of collagen synthesis by PLOD-2 blockade and inhibition of the PD-1/PD-1L checkpoint. The collagen network was conspicuous and should be investigated further. It is worthwhile to further investigate combinations of immunotherapeutic agents and ECM destabilization. The TME must remain the starting point of research to facilitate drug penetration into the tumor. Here, the replacement of the Drug for ECM destabilization is recommended. LOX inhibition has already been shown to be beneficial in combination with chemotherapy (Rossow et al., 2018) and should be subsequently tested in a similar experimental setting with the immunotherapeutic BMS-1166.

Kurzzusammenfassung: Dank der Einführung von Immuncheckpointinhibitoren hat sich die Therapie fortgeschrittener onkologischer Erkrankungen in den letzten Jahren dramatisch verändert. Trotz außergewöhnlicher Erfolge profitieren viele Patienten jedoch weder akut noch langfristig von einer Behandlung, tragen aber alle ihre Risiken. Ein besseres Verständnis davon, bei welchen Patienten diese Therapieform wirkt, sowie prädiktive Marker werden daher dringend benötigt. Growth Differentiation Factor 15 (GDF-15) ist Teil der Transforming Growth Factor-β Superfamilie, weist in pathologischen Situationen wie Entzündungen und insbesondere bei Krebs sehr hohe Spiegel auf und besitzt in verschiedenen, auch onkologischen Erkrankungen einen starken prognostischen Wert. Möglicherweise könnte GDF-15 durch seine immunmodulierenden Eigenschaften dazu beitragen, dass Krebszellen im Körper nicht angegriffen werden, und die Wirksamkeit einer Immuncheckpointblockade (ICB) dadurch vermindern. Ziel der vorliegenden Pilotstudie war es zu untersuchen, ob ein Zusammenhang zwischen dem GDF-15-Spiegel und dem Erfolg einer ICB besteht. Hierfür wurden 37 Patienten verschiedener onkologischer Entitäten vor Beginn einer ICB auf ihre GDF-15-Spiegel untersucht, sowie nach zwölf bzw. bei Progressive Disease zum Teil auch nach vier Wochen Therapie. Die Bewertung des Therapieergebnisses erfolgte anhand der RECIST sowie der klinischen Präsentation. Ein Therapieerfolg wurde ab Erreichen einer Stable Disease klassifiziert. Die Rekrutierungszeit betrug 23 Monate ab Januar 2017. Die Untersuchungen zeigten vor Therapiebeginn einer ICB einen geringen Unterschied der GDF-15-Spiegel zwischen Patienten mit Therapieerfolg und Therapieversagen (Median des Therapieerfolgs: 0,63 ng/ml versus Median des Therapieversagens: 0,92 ng/ml). Dieser Unterschied war statistisch nicht signifikant. Dagegen zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang zwischen einem Anstieg des GDF-15-Spiegels unter Therapie und dem Therapieversagen einer ICB. Bei Therapieerfolg sank oder stagnierte der GDF-15-Spiegel im Median um - 0,01 ng/ml. Dagegen stieg er bei Therapieversagen im Median um + 0,7 ng/ml an (p < 0,01 r = 0,43). Auch die Höhe des GDF-15-Spiegels unter Therapie zeigte einen signifikanten Zusammenhang mit dem Therapieergebnis. Der GDF-15-Spiegel unter Therapie lag im Median bei Patienten mit Therapieerfolg bei 0,72 ng/ml, dagegen bei Patienten mit Therapieversagen bei 1,85 ng/ml (p < 0,01 r = 0,47). Ob der GDF-15-Spiegel vor Therapiebeginn die Wirksamkeit einer ICB vorhersagen kann, bleibt unklar, da in dieser Studie nur eine Tendenz aufgezeigt werden konnte, die in Folgestudien mit größeren Kohorten in den verschiedenen Entitäten untersucht werden sollte. Unsere Daten zeigen jedoch einen Zusammenhang zwischen einem steigenden bzw. erhöhten GDF-15-Spiegel unter Therapie mit dem Therapieergebnis einer ICB. Dieser Zusammenhang fügt sich gut in das Bild gegenwärtiger Diskussionen über immunmodulierende Eigenschaften von GDF-15 und seiner Rolle bei der Tumorprogression. Zugleich bestärkt das Studienergebnis die Annahme, in GDF-15 auch ein vielversprechendes Angriffsziel therapeutischer Ansätze gefunden zu haben., Thanks to the introduction of immune checkpoint inhibitors, therapy of progressed oncological diseases has changed dramatically in recent years. However, many patients benefit neither acutely nor in the long term from the treatment but bear all its risks. A better understanding of which patients profit from this therapy as well as predictive markers are therefore urgently needed. Growth Differentiation Factor 15 (GDF-15) is part of the Transforming Growth Factor-β superfamily. It shows raised levels in pathological situations such as inflammation and reaches especially in cancer remarkably high levels. It has a strong prognostic value in various, also oncological diseases. Possibly, GDF-15 helps cancer cells not to be attacked by the immune system and could thereby reduce the effectiveness of an immune checkpoint blockade (ICB). The aim of the presented pilot study was investigating whether there is a connection between the GDF-15 level and the success of an ICB. For this purpose, the GDF-15 level of 37 patients of different oncological entities were examined before the start of an ICB, as well as after twelve weeks of therapy, or in the case of progressive disease, after four weeks of therapy. The evaluation of the therapy results was based on RECIST and the clinical presentation. The time of recruitment was 23 months since January 2017. For the GDF-15 level before start of an ICB therapy, the investigations showed a small difference between patients with therapy success and therapy failure (median when success of the therapy: 0.63 ng/ml versus median when treatment failure: 0.92 ng/ml). But this difference was not statistically significant. In contrast, during therapy there was a significant connection between an increase in the GDF-15 level and therapy failure of the ICB. In case of successful therapy, the GDF-15 level fell or stagnated with a median of -0.01 ng/ml. In contrast, the GDF-15 level rose with a median of +0.7 ng/ml in case of therapy failure (p

In this work, bispecific antibodies were produced by coupling TNFR-specific antibodies with checkpoint inhibitors, tested for their functionality and compared with each other. This combination should enable a targeted TNFR activation in tumor tissue, where a high PDL1 expression is frequent and therefore the formation of oligomeric transactivating (TNFSF3-TNFRSF3)2 complexes should only occur there by binding to PDL1-expressing cells. These receptor-ligand complexes are a prerequisite for the agonistic activity of the antibodies., In dieser Arbeit wurden bispezifische Antikörper durch Kopplung von TNFR-spezifischen Antikörpern mit Checkpoint-Inhibitoren hergestellt, auf ihre Funktionalität getestet und miteinander verglichen. Diese Kombination sollte eine gezielte TNFR-Aktivierung im Tumorgewebe ermöglichen, wo eine hohe PDL1-Expression häufig ist und daher die Bildung oligomerer transaktivierender (TNFSF3-TNFRSF3)2-Komplexe nur dort durch Bindung an PDL1-exprimierende Zellen erfolgen sollte. Diese Rezeptor-Liganden-Komplexe sind eine Voraussetzung für die agonistische Aktivität der Antikörper.

Die Sepsis ist eine komplexe Erkrankung in Reaktion des Wirtskörpers auf eindringende Pathogene, bestehend aus mehreren, zum Teil gegenläufigen Komponenten von Hyper- und Hypoinflammation. Erkenntnisse zum genauen Ablauf der Sepsispathologie basieren oft auf tierexperimentellen oder in vitro Modellen, was die Translation vielversprechender Sepsistherapien erschwert. Das in dieser Studie etablierte Experimentalsystem basierend auf Vollblut von Sepsispatienten entnommen während der ersten 24 Stunden nach Diagnosestellung ermöglichte die Modellierung wesentlicher Aspekte der menschlichen Sepsis und präklinische Testung verschiedener Therapieansätze in einem patientennahen Modell. Die Hauptergebnisse sind: 1. Vollblut von Sepsispatienten setzt die in corpore begonnene Immunreaktion unter physiologischen Bedingungen (37°C, wasserdampfgesättigte Atmosphäre, 5% CO2) ex vivo für circa einen Tag fort. Dies wird durch Mikroben oder zumindest deren Produkte (Pathogenassoziierte molekulare Muster; PAMPs) sowie körpereigene Immunstimulanzien (Gefahrassoziierte molekulare Muster) unterhalten und bedarf keiner extrinsischen Stimulation. 2. Durch eine kombinierte Inhibition von Toll-like Rezeptor (TLR) 2, -4, sowie endosomaler TLR wird diese fortlaufende Immunreaktion blockiert. Die verwendeten Substanzen sind für die Anwendung im Menschen etabliert. 3. Die Reaktion des Vollbluts von Sepsispatienten auf extrinsische PAMPs ist im Vergleich zum Vollblut gesunder Probanden deutlich reduziert. Dies repräsentiert das Vorliegen einer frühzeitigen Hypoinflammation innerhalb der ersten 24 Stunden nach Diagnosestellung der Sepsis. 4. Eine Gabe von Immuncheckpoint-Inhibitoren in Vollblutkultur von Sepsispatienten verstärkt die autonome Immunaktivität von 32% der untersuchten Patientenproben., In sepsis a dysregulated immune reaction consisting of both hyper- and hypoinflammation towards invading pathogens or products thereof damages the host. Current knowledge on pathophysiology, course, and timing is mainly based on animal and in vitro experiments complicating translation of promising findings towards a clinical setting. The experimental system established in this study, which is based on patient blood drawn within 24 hours of first sepsis diagnosis, allowed to model core aspects of sepsis and to preclinically test potential therapies while staying close to the clinic. Main results are: 1. Patients‘ whole blood continues the immune reaction started in corpore for about one day when incubated ex vivo under physiological conditions (37°C, 100% humidity, 5% CO2). This immune activity is maintained by continued contact to microbes, products thereof (pathogen-associated molecular patterns, PAMPs) and to host immune stimulants (danger associated molecular patterns, DAMPs); no extrinsic immune stimulation is necessary. 2. This continued immune reaction is inhibited by a combined blockade of Toll-like receptor (TLR) 2, 4 and endosomal TLRs. The blocking substances used in this study are established for use in humans. 3. The immune reaction of sepsis patients‘ whole blood towards extrinsic PAMPs is markedly reduced in comparison to whole blood samples from healthy volunteers. This represents an early septic hypoinflammation present within 24 hours of first sepsis diagnosis. 4. Blockade of immune checkpoints increased the autonomous immune activity of 32% of the analyzed sepsis patients’ samples.

Background: The approval of immune checkpoint inhibitors in combination with specific diagnostic biomarkers presents new challenges to pathologists as tumor tissue needs to be tested for expression of programmed death-ligand 1 (PD-L1) for a variety of indications. As there is currently no requirement to use companion diagnostic assays for PD-L1 testing in Germany different clones are used in daily routine. While the correlation of staining results has been tested in various entities, there is no data for head and neck squamous cell carcinomas (HNSCC) so far. Methods: We tested five different PD-L1 clones (SP263, SP142, E1L3N, 22-8, 22C3) on primary HNSCC tumor tissue of 75 patients in the form of tissue microarrays. Stainings of both immune and tumor cells were then assessed and quantified by pathologists to simulate real-world routine diagnostics. The results were analyzed descriptively and the resulting staining pattern across patients was further investigated by principal component analysis and non-negative matrix factorization clustering. Results: Percentages of positive immune and tumor cells varied greatly. Both the resulting combined positive score as well as the eligibility for certain checkpoint inhibitor regimens was therefore strongly dependent on the choice of the antibody. No relevant co-clustering and low similarity of relative staining patterns across patients was found for the different antibodies. Conclusions: Performance of different diagnostic anti PD-L1 antibody clones in HNSCC is less robust and interchangeable compared to reported data from other tumor entities. Determination of PD-L1 expression is critical for therapeutic decision making and may be aided by back-to-back testing of different PD-L1 clones., publishedVersion