Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie (E050)
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Forschungsschwerpunkt E Innovative Krebsdiagnostik und -therapie Abteilung E050 Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie (E050) Leiter: Prof. Dr. med. Dr. rer. nat Jürgen Debus Wissenschaftliche Mitarbeiter Dr. Amir Abdollahi Dr. Klaus Braun Dr. Oktay Celebi Dr. Heike Corban-Wilhelm Dr. Stephanie Combs (6/03-) Dr. Bernd Didinger Prof. Friedrich Eckhardt PD Dr. Klaus Herfarth Dr. Karin Henke-Wendt* Peter Hipp (-12/02) Dr. Holger Hof PD. Dr. Dr. Peter Huber Dr. Jürgen Jenne Dr. Jesus Barranco Junco (8-9/03) Dr. Phoebe Kaiser (-9/02) Dr. Maria Kissel (-12/02) Dr. Stefanie Milker-Zabel (-12/02) Dr. Frank Lohr (-12/02) Dr. Marc Münter Dr. Anna Nikoghosyan Dr. Stefanie Oertel (9/03-) Dr. Peter Peschke* Dr. Ralf Rastert (-4/03) Gregor Remmert (-9/02) PD Dr. Daniela Schulz-Ertner Dr. Anke Strunz (-12/02) PD Dr. Christoph Thilmann* Dr. Angelika Zabel Prof. Ivan Zuna* Doktoranden Leyla Cira (5/02-) Kerstin Dohme* (8/03-) Gu Xiaoyin (02/03-) Michael Hlavac (-12/02) Minglun Li (7/03-) Daniel Poerschke (-12/03) Mathias Schäfer Leonie von Brasch Gabriela Divkovic* (4/02-) Ping Gong (6/02-) Benjamin Hanebeck (4/03-) Twan Lammers (9/02-) Sylvia Münter (-12/02) Alexandra Roth (-12/02) Florian Sterzing Heike Zieher Das Ziel der Klinischen Kooperationseinheit Strahlentherapie ist die Entwicklung neuer radio-onkologischer Behandlungsmethoden. Dabei sollen diese neuen Bestrahlungsmethoden nicht nur verbesserte technische Ansätze verfolgen, sondern im Besonderen soll auch die Möglichkeiten einer biologisch basierten Optimierung der Strahlenwirkung untersucht werden. Eine wesentliche Aufgabe der klinischen Forschungseinheit ist die Durchführung von Phase I/II- und Phase II-Studien, welche die Sicherheit und Zuverlässigkeit hier neu etablierter Behandlungsverfahren und Therapieplanungsverfahren überprüfen. Die Optimierung der computergestützten Strahlentherapieplanung und Simulation kann hierzu wesentliche Beiträge leisten. Es soll darüber hinaus untersucht werden, inwieweit durch molekularbiologische Verfahren die Strahlensensibilität vorhergesagt und gezielt beeinflusst werden kann. Schwerionenstrahlen zeigen eine höhere biologische Effektivität und eine günstigere Dosisdeposition als Photonenstrahlen. Im Rahmen einer Studie wird die Anwendung der Schwerionenstrahlentherapie am Patienten in Zusammenarbeit mit der GSI Darmstadt klinisch geprüft. Weiterhin werden Untersuchungen zum Einsatz neuer nicht-invasiver Therapieverfahren, wie zum Beispiel der Einsatz der Ultraschalltherapie in der Tumorbehandlung durchgeführt. Technische Mitarbeiter Marion Bachmann* Gabriele Becker* Viola Göller (-6/02) Dietmar Greulich* Stefan Hauser (-5/02) Annette Jödicke Katja Kuhn* (5/02-) Sabine Kuhn Rainer Kühnlein* Miriam Lenz (-3/02) Johanna Meixner-Krempien (3-12/03) Elisabeth Rittinghausen* (1/02-) Alexandra Tietz Doris Wipfler (-6/03) Sekretariat Renate Haselmann* Ingrid Reinke (-10/02) Zivildienstleistende Michael Thiemer (-4/02) Daniel Burns (-8/03) Philipp Ratzek (10/03-) Nicole Helker* (6/03-) Heike Reutner* Christoph Guggenberger (-5/02) Pascal Büscher (8/03-) * = DKFZ Haushalt DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 311 Forschungsschwerpunkt E Innovative Krebsdiagnostik und -therapie Konformierende Strahlentherapie C. Thilmann, B. Didinger, M. Münter, A. Nikoghosian, H. Hof, K. Herfarth, D. Schulz-Ertner, P. Huber, J. Debus 312 Das Ziel der Strahlentherapie ist die Zerstörung des Tumors, ohne dabei Nebenwirkungen hervorzurufen. Meist wird jedoch die für eine sichere Tumorkontrolle erforderliche Dosis durch die Strahlenempfindlichkeit des umliegenden gesunden Gewebes begrenzt. Die moderne Konformationsstrahlentherapie versucht, die physikalische Dosisverteilung möglichst genau an die Form des Zielvolumens anzupassen. Dies gelingt meist durch die Verwendung mehrerer Photonenfelder, deren Form individuell an die Kontur des Tumors angepasst ist. Bei der Bestrahlung komplex geformter Tumoren in unmittelbarer Nähe zu Risikoorganen stoßen konventionelle Techniken mit Bestrahlungsfeldern konstanter Dosis an ihre Grenzen. Besonders problematisch sind Zielvolumina, die konkav geformte Einbuchtungen aufweisen, die ein Risikoorgan umschließen. Eine Verbesserung der Dosisverteilung ist hier zu erreichen, wenn Photonenfelder appliziert werden, deren Intensität beliebig über den Strahlquerschnitt variiert werden kann. Dies erlaubt in vielen Fällen eine Dosiseskalation unter Beachtung der dosislimitierenden benachbarten Strukturen ohne Steigerung der Komplikationsrate oder eine Dosisreduktion an Risikostrukturen, ohne gleichzeitig Dosiseinbußen im Zielvolumen hinnehmen zu müssen. Diese stereotaktischen Techniken werden auf den ganzen Körper, besonders bei Lungen -und Lebertumoren sowie bei wirbelsäulennahen Tumoren angwandt. Konformierende Strahlentherapie mit intensitätsmodulierten Bestrahlungsfeldern In den vergangenen Jahren lag der Schwerpunkt der Arbeiten darauf, Instrumente zur Planung, Umsetzung und Verifikation intensitätsmodulierter Bestrahlungstechniken zu schaffen. Am DKFZ wurde ein inverses Bestrahlungsplanungsmodul (KonRad) entwickelt, das in der jeweiligen Bestrahlungssituation für eine vorgegebene Solldosisverteilung die optimalen Intensitätsprofile berechnet. Mit der step-and-shoot-Technik, also der Zerlegung der intensitätsmodulierten Felder in einzelne Bestrahlungsfelder mit einem isointensen Dosisprofil, steht ein Instrument zur Verfügung, mit dem die intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT) sicher am Patienten eingesetzt werden kann. Ein automatisiertes Dosimetrieverfahren erlaubt die Verifikation eines jeden Bestrahlungsplanes, der zur Patientenbestrahlung eingesetzt werden/- soll, mit einem für die klinische Routine vertretbaren Zeitaufwand von 90-120 min. [10] Es ermöglicht, die Umsetzung der geplanten Solldosisverteilung zu überprüfen und Abweichungen gegebenenfalls zu korrigieren. Es konnte von uns gezeigt werden, dass die von uns entwickelte Form der IMRT sowohl im Körperstammbereich als auch im Bereich des Kopfes präzise und zuverlässig angewendet werden kann. Am DKFZ wurden bis zum 31.12.2003 insgesamt 540 Patienten mit der IMRT behandelt. Der Schwerpunkt der Aktivitäten liegt derzeit in der Entwicklung neuer Therapiekonzepte (z.B. Pleuramesotheliom) oder neue Dosierungskonzepte (z.B. integriertes Boostkonzept) [3]. Darüber hinaus sollen anhand klinischer Untersuchungen Vorteile der IMRT gegenüber einer konventionellen Strahlentherapie herausgearbeitet werden. Abteilung E050 Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie 1. IMRT des lokalisierten Prostatakarzinoms Eine wichtige Indikation für die IMRT-Technik ist die primäre kurative Strahlenbehandlung des lokalisierten (nicht metastasierten) Prostatakarzinoms. Für eine langfristige Heilung ist in bestimmten Fällen die Verabreichung einer sehr hohen Strahlendosis von über 70-72 Gy innerhalb der Prostata notwendig. Gleichzeitig befinden sich jedoch relativ strahlenempfindliche Organe (Mastdarm, Harnblase) in unmittelbarer Nähe des Zielvolumens. Die intensitätsmodulierte Strahlentherapie eröffnet die Möglichkeit der Dosiseskalation ohne erhöhtes Risiko strahlenbedingter Schäden. Im Rahmen einer klinischen Phase I/II-Studie wurden seit 1998 bislang 60 Patienten mit Strahlendosen von 72 bis 76 Gy behandelt [1]. Mittels dreidimensionaler überlagerter hochauflösender CT- und MRT-Bildgebung war eine präzise Zielvolumen- und Organsegmentation möglich. Es entstanden Bestrahlungspläne mit 5 isozentrischen, koplanaren intensitätsmodulierten Feldern. Die sichere Applikation der Strahlung wurde durch individuelle dosimetrische Verifikation und regelmäßige CT-Lagerungskontrollen während der Therapieserie gewährleistet. Alle Patienten zeigten eine exzellente Verträglichkeit der hochdosierten Strahlentherapie ohne stärkergradige akute oder frühe chronische Nebenwirkungen. Die klinische und laborchemische Nachsorge ergab bisher bei keinem Patienten einen Hinweis auf ein Tumorrezidiv. Derzeit wird geprüft, ob eine Zielvolumendefinition, die die individuelle Lagevariabilität der Prostata anhand von fünf vor Beginn der Strahlentherapie durchgeführten PlanungsCT-Untersuchungen berücksichtigt, Vorteile gegenüber einer konventionellen Zielvolumendefinition bietet. 2. IMRT bei Kopf-Hals-Tumoren Die invers geplante und intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT) bietet bei Tumoren des Kopf-Hals-Bereiches gegenüber konventioneller Techniken Vorteile. Neben neuartigen Dosierungskonzepten mit einer integrierten Boostbestrahlung lässt sich eine gezielte Dosisreduktion der Ohrspeicheldrüsen erreichen. Im DKFZ wurden bisher 60 Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich in kurativer Intention behandelt. Besonderes Augenmerk wurde der Schonung mindestens einer Ohrspeicheldrüse gewidmet, deren Funktion prospektiv erfaßt wurde. Die Behandlungszeit betrug zwischen 8 und 18 Minuten. Die Therapie wurde von allen Patienten gut toleriert. Gemäß RTOG/EORTC wurde keine höhere Frühtoxizität als Grad 3 beobachtet. Lediglich eine Grad 4 Spätkomplikation wurde bisher beobachtet. Die invers geplante und intensitätsmodulierte Strahlentherapie ist in der klinischen Routine zur Bestrahlung von Kopf-Halstumoren einsetzbar. Es können hohe Dosen im Zielvolumen bei gleichzeitiger Schonung der Risikostrukturen appliziert werden. Vielversprechend sind die bisherigen Ergebnisse bezüglich der posttherapeutischen Speicheldrüsenfunktion, die einen klinisch messbaren Vorteil gegenüber einer Strahlenbehandlung in konventioneller Technik vermuten lassen. 3. IMRT des Mammacarcinoms Zur brusterhaltenden Therapie beim Mammacarcinom wurde von uns ein Verfahren entwickelt, das die inverse Bestrahlungsplanung zur IMRT anwendbar macht [5]. Hierbei wird rechnerisch zur Erzeugung der Strahlintensitäten mit dem Softwaremodul KonRad (MRC, Heidelberg) ein gedachter Bolus aufgelegt. Die Dosis wird separat mit dem am DKFZ entwickelte Bestrahlungsplanungssystem VIRTUOS DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 Forschungsschwerpunkt E Innovative Krebsdiagnostik und -therapie ohne Bolus berechnet. Damit kann eine IMRT in Viel-FelderTechnik generiert werden, die präzise und zuverlässig in komplexen Bestrahlungssituationen wie zur Mitbestrahlung des lokoregionären Lymphabflusses oder bei bilateralem Befall klinisch einsetzbar ist [7]. Die Ergebnisse einer Planvergleichsstudie mit 20 Patientinnen zeigen, dass bei Mitbestrahlung der lokoregionären Lymphknoten die IMRT Dosisverteilungen liefern kann, die einen klinischen Vorteil gegenüber einer konventionellen Bestrahlung erwarten lassen. Mit der IMRT konnte im Vergleich zu konventionellen Techniken eine deutlich verbesserte Konformität ans Zielvolumen und eine bessere Schonung der ipsilateralen Lunge erreicht werden. Bei Patientinnen mit linksseitigem Tumor war zusätzlich eine signifikante Herzschonung erreichbar. Bei alleiniger Brustbestrahlung ohne regionären Lymphabfluss steht einer verbesserten Konformität ans Zielvolumen eine höhere integrale Dosis im Normalgewebe entgegen. Derzeit wird die IMRT bei Patientinnen eingesetzt, die sich in der Radiologischen Klinik der Universität Heidelberg zur Brustbestrahlung unter Einschluss der Mammaria-InternaLymphknoten vorstellen und bei denen mit der konventionellen Therapie keine befriedigende Dosisverteilung erreicht werden kann. Voraussetzung für die Anwendung der IMRT ist eine hinsichtlich Homogenität im Zielvolumen bzw. Dosisbelastung an Risikostrukturen verbesserte Dosisverteilung im Vergleich zur geeignetsten konventionellen Therapieform [6-9]. Bei alleiniger Brustbestrahlung ohne regionären Lymphabfluss steht einer verbesserten Konformität ans Zielvolumen eine höhere integrale Dosis im Normalgewebe entgegen. Die entwickelte Technik erlaubt den klinischen Einsatz der invers geplanten IMRT in der adjuvanten Situation des Mammacarcinoms. Aufgrund des großen Aufwandes hinsichtlich Planung und Lagerung und der Erhöhung der integralen Dosis im Normalgewebe bleibt die Viel-Felder-Technik Patientinnen vorbehalten, bei denen konventionell keine befriedigende Dosisverteilung zu erzielen ist. Bisher wurden 25 Patientinnen mit Brustkrebs mit der IMRT bei hervorragender Verträglichkeit bestrahlt. 4. IMRT bei Schädelbasistumoren Nachdem die konventionelle konformierende Strahlentherapie bei Schädelbasistumoren sehr erfolgreich eingesetzt werden konnte, wurde bei besonders schwierig gelegenen Tumoren in enger Nachbarschaft zu mehreren Risikostrukturen die Methode der IMRT angewandt. Die ersten klinischen Daten zeigen, dass hiermit eine weitere Verbesserung der Schonung von Risikoorganen wie den Sehnerven zu erreichen ist [10]. 5. Ganzkörperstereotaxie In Analogie zur stereotaktischen Bestrahlung von Hirnmetastasen, wurde bereits 1997 an der Radiologischen Klinik in Heidelberg eine Phase I/II Studie zur Durchführung einer stereotaktischen Einzeitbestrahlung von singulären inoperablen Lebertumoren und Lungentumoren begonnen [11-12]. Es konnte gezeigt werden, dass eine hohe Präzision in der Lagerung des Patienten und in der Repositionierung des zu behandelnden Tumors erreicht werden kann, die eine Einzeittherapie erlaubt. Bis in das Jahr 2000 wurden die ersten Bestrahlungen von Lungentumoren unter Vollnarkose in Jet-Ventilation durchgeführt. Dies geschah unter der Vorstellung, eine Minimierung der atmungsbedingten Lungenexkursionen zu erreichen, um eine genauere Erfassung des Zielvolumens zu erlauben. Diese Methode ist allerdings aufwendig und erfordert eine enge Abteilung E050 Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie Kooperation mit einer anästhesiologischen Klinik. Seit Herbst 2000 wurden daher die Bestrahlungen unter Spontanatmung des Patienten durchgeführt. Es zeigte sich, dass auch im Bereich der Lunge die bereits bei der Lebereinzeitbestrahlung erfolgreich eingesetzte Abdominalkompression zur Minderung der Tumorverschieblichkeit erfolgreich verwendet werden konnte. Die bislang erzielten Ergebnisse sind sehr vielversprechend, liegen sie doch deutlich über den veröffentlichten Daten nach konventionell fraktionierter Bestrahlung. Insgesamt scheint die einzeitige Hochdosisbestrahlung von lokalisierten Lungentumoren und Lebertumoren eine wenig belastende, effektive und sichere Therapiemodalität darzustellen, die mit verhältnismäßig geringem Aufwand betrieben werden kann. Von besonderem Vorteil für den Patienten ist, dass im Vergleich zur konventionellen Bestrahlung die Gesamttherapiedauer deutlich verkürzt wird. Ebenso stellt die IMRT bei wirbelsäulennahen Tumoren einen wesentlichen Fortschritt der Tumortherapie dar [13]. Publikationen (* = externer Koautor) [1] Debus J, Zierhut D*, Didinger B, Schlegel W, Wannenmacher M*. Inverse planning and intensity-modulated radiotherapy in patients with prostate cancer. Front Radiat Ther Oncol. 36:25-34 (2002). [2] Pirzkall A, Carol M*, Lohr F*, Hoess A, Wannenmacher M*, Debus J. Comparison of intensity-modulated radiotherapy with conventional conformal radiotherapy for complex-shaped tumors. Int J Radiat Oncol Biol Phys 48:1371-80 (2000) [3] Thilmann C, Zabel A, Grosser KH, Hoess A, Wannenmacher M*, Debus J. Intensity Modulated Radiotherapy (IMRT) with an Integrated Boost to the Macroscopic Tumor Volume in the Treatment of High Grade Gliomas. Int J Cancer 96,341-349 (2001) [4] Thilmann C., Schulz-Ertner D, Zabel A, Herfarth KK, Wannenmacher M*, Debus J. Short communication: Intensity modulated radiotherapy of sacral chordoma: a case report and a comparison to stereotactic conformal radiotherapy. Acta oncol 41, 395-99 (2002) [5] Thilmann C, Grosser KH, Rhein B, Zabel A, Wannenmacher M*, Debus J. Virtueller Bolus zur inversen Bestrahlungsplanung bei intensitätsmodulierter Radiotherapie des Mammakarzinoms im Rahmen der adjuvanten Therapie. Strahlenther Onkol 178:138146 (2002) [6] Thilmann C, Zabel A, Kuhn S, Bendl R, Rhein B, Wannenmacher M*, Debus J. Invers optimierte intensitätsmodulierte Strahlenbehandlung bei einer Patientin mit rechtsseitigem Mammakarzinom und Trichterbrust. Strahlentherap Onkol 178, 637-43 (2002) [7] Thilmann C, Zabel A, Milker-Zabel S, Schlegel W, Rhein B, Wannenmacher M*, Debus J. Number and Orientation of Beams in Inversely Optimised Intensity Modulated Radiotherapy of the Female Breast and the Parasternal Lymph Nodes. Am J Clin Oncol 26 E136-E143 (2003) [8] Thilmann C, Zabel A, Rhein B, Häring P, Hoess A, Milker-Zabel S, Harms W*, Schlegel W, Wannenmacher M*, Debus J. Inversely Optimised Intensity Modulated Radiotherapy of the Female Breast. Med Dosim 27, 79-90 (2002) [9] Thilmann C, Sroka-Perez G*, Krempien R*, Hoess A, Wannenmacher M*, Debus J, Inveresly Planned Intensity Modulated Radiotherapy of the Breast Including the Internal Mammary cain: a Plan Comparision Study. Technol Cancer Res Treat 2, (2004). [10] Zabel A, Thilmann C, Zuna I, Schlegel W, Wannenmacher M*, Debus J. Comparison of forward planned conformal radiation therapy and inverse planned intensity modulated radiation therapy for esthesioneuroblastoma. British Journal of Radiology 75:356-361 (2002) DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 313 Forschungsschwerpunkt E Innovative Krebsdiagnostik und -therapie [11] Hof H, Herfarth KK, Munter M, Hoess A, Motsch J, Wannenmacher M*, Debus J J. Stereotactic single-dose radiotherapy of stage I non-small-cell lung cancer (NSCLC). Int J Radiat Oncol Biol Phys;56(2):335-41 (2003). [12] Herfarth KK, Debus J, Lohr F, Bahner ML, Rhein B, Fritz P, Hoess A, Schlegel W, Wannenmacher MF. Stereotactic singledose radiation therapy of liver tumors: results of a phase I/II trial J Clin Oncol. 19(1):164-70 (2001). [13] Milker-Zabel S, Zabel A, Thilmann C, Schlegel W, Wannenmacher M, Debus J. Clinical results of retreatment of vertebral bone metastases by stereotactic conformal radiotherapy and intensity-modulated radiotherapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 55(1):162-7. (2003) Strahlentherapie mit schweren Ionen D. Schulz-Ertner, J. Debus In Zusammenarbeit mit: Abteilungen E010, E020, E040, DKFZ; Prof. Dr. Dr. Wannenmacher, Radiologische Universitätsklinik Heidelberg; Prof. Kraft, Dr. T. Haberer, GSI Darmstadt; Dr. Enghardt, Forschungszentrum Rossendorf Ziele der Arbeitsgruppe sind die Erarbeitung von klinischen Indikationen, die Optimierung der Schwerionentherapie und ihre Einführung in die klinische Routine. 314 Bei der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt, Deutschland, wird die Kohlenstoffbehandlung bei Patienten seit Dezember 1997 angewandt. Die GSI ist ein weltweit durch Kooperationen vernetztes physikalisches Institut. Das Schwerionen- Synchroton (SIS) bei der GSI ist in der Lage, geladene Teilchen bis hin zum Uran zu beschleunigen. Die Schwerionenstrahlung wird derzeit für die Strahlentherapie in drei Behandlungsblöcken realisiert, wobei jeder Block aus 20 aufeinanderfolgenden Tagen besteht. Die Zuständigkeit für die Patientenbehandlung liegt bei der Universität in Heidelberg. Die Strahlapplikation erfolgt mittels Rasterscanntechnik [1]. Verglichen mit passiven Dosisapplikationstechniken ist die Dosis im Eingangskanal sowie die im Austrittskanal reduziert, so dass eine bessere Schonung des umgebenden Normalgewebes möglich wird. Die Rasterscanntechnik zusammen mit einer biologischen Planungsoptimierung verspricht eine optimale Behandlung mit Schwerionen bei Tumoren der Schädelbasis sowie bei spinalen Tumoren, die von strahlenempfindlichen Organen umgeben sind [2-5]. Eine klinische Phase I/II zur Kohlenstoffionentherapie bei Schädelbasischordomen und low-grade Chondrosarkome wurde bereits abgeschlossen. Eine Phase I/II zur kombinierten Photonen- und Schwerionentherapie bei extrakraniellen Chordome, Chondrosarkome und adenoidzystischen Karzinomen ist derzeit aktiv. Von Dezember 1997 bis Dezember 2003 wurden196 Patienten bei der GSI mit Kohlenstoffionen behandelt. Die lokale Kontrollrate lag nach 3 Jahren für Schädelbasischordome bei 81%, für Chondrosarkome bei 100% und für lokal fortgeschrittene adenoidzystische Karzinome bei 62%. 15 von 17 Patienten mit spinal (8/9) und sakralen (7/8) Chordomen oder Chondrosarkome und 11 von 15 Patienten mit anderen Schädelbasistumoren konnten des weiteren lokal kontrolliert werden. Sechs von 12 Patienten, die eine Rebestrahlung erhielten, zeigten bisher keine Zeichen einer erneuten Tumorprogression. Toxizitäten CTC Grad 4 und 5 konnten bisher nicht beobachtet werden. Unter dem Aspekt der Toxizität ist die Schwerionentherapie ein sicherer Therapieansatz bei gleichzeitig hohen Kontrollraten bei Chordomen und low-grade Chondrosar- Abteilung E050 Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie kome der Schädelbasis sowie bei lokal fortgeschrittenen adenoidzystischen Karzinomen. Eine klinische Phase I/II Studie zur kombinierten Photonen- und Kohlenstoffionentherapie beim lokal fortgeschrittenen Prostatakarzinom wird derzeit vorbereitet. Publikationen (* = externer Koautor) [1] Haberer T*, Becher W*, Schardt D*, et al. Magnetic scanning system for heavy ion therapy. Nucl Instr Meth Phys Res 1993; 330: 296-304 [2] Krämer M*, Jäkel O, Haberer T*, et al. Treatment planning for heavy ion radiotherapie: Physical beam model and dose optimization. Phys Med Biol 2002; 45: 3299-3317 [3] Krämer M*, Scholz M*. Treatment planning for heavy-ion radiotherapy: Calculation and optimization of biologically effective dose. Phys Med Biol 2000; 45:3319-3330 [4] Jäkel O, Hartmann GH*, Karger CP*, et al. Quality assurance for a treatment planning system in scanned ion beam therapy. Med Phys 2000; 27: 1588-1600 [5] Scholz M*, Kellerer AM*, Kraft-Weyrather W*, et al. Computation of cell survival in heavy ion beams for therapy. The model and its approximation. Radiat Environ Biophys 1997; 36: 59-66 Experimentelle Teilchentherapie in vitro und in vivo P. Peschke, A. Abdollahi, P. Huber, J. Debus In Zusammenarbeit mit: C. Karger, DKFZ E040, R. SanchezBrandelik DKFZ V230, S. Heiland, Universität Heidelberg; M. Scholz, GSI Darmstadt, B. Stierstorfer, Universität München Die Bestrahlung von Krebspatienten mit schweren Ionen ist ein wichtiger Beitrag zur Verbesserung der Therapie von inoperablen, örtlich begrenzt wachsenden Tumoren. Die vorteilhaften Eigenschaften des Partikelstrahls in Kombination mit einem “intensitätsmodulierten Rasterscannverfahren” und einem biologisch-orientiertem Planungssystem erlauben eine effiziente und konforme Bestrahlung des Zielvolumens. Die laufenden klinischen Studien zur Behandlung von fortgeschrittenen Tumoren der Schädelbasis, die zur Zeit bei der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) erfolgen, werden durch ein biologisches Forschungsprogramm zur Charakterisierung des therapeutischen Schwerionenstrahls begleitet. Dabei beschäftigt sich ein Projekt mit der Bestimmung der relativen biologischen Effektivität (RBW) von Kohlenstoffionen im Vergleich zu Photonen. Im Mittelpunkt der tierexperimentellen Studien stehen strahlenbedingte Spätschäden des zentralen Nervensystems (CNS). Relative biologische Wirksamkeit (RBW) und Charakterisierung von Strahlenspätschäden am Rückenmark der Ratte nach Photonen- und Schwerionenbestrahlung In einer ersten Serie von Untersuchungen wurde der craniale Anteil des cervicalen Rückenmarks von Ratten mit ein bzw. zwei Fraktionen Kohlenstoffionen oder Photonen bestrahlt. Das Zielvolumen (Feldgröße: 10 x 15 mm) war entweder im Eingangsbereich (Plateau-Region) eines 270 MeV/u 12C-Strahls oder zentral im erweiterten Bragg-Peak eines 140 MeV/u 12C-Strahls positioniert. Die Bestrahlungen mit Photonen wurden an einem Linearbeschleuniger (Siemens MPX, 15 MeV) mit einer Dosisrate von 5 Gy/Min. unter Referenzbedingungen durchgeführt. Die Behandlungsfelder wurden über einen Multileaf-Kollimator mit einer Blende von 10 x 15 mm definiert. Pro Behandlungsarm wurden 30 Tiere, unterteilt in 5 Gruppen (n = 6) mit DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 Forschungsschwerpunkt E Innovative Krebsdiagnostik und -therapie Abteilung E050 Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie unterschiedlichen Dosen (Range: 12 Gy - 61 Gy) bestrahlt. Als Kontrolle dienten zwei Gruppen mit jeweils 6 Tieren. Die biologischen Endpunkte in der Nachbeobachtungsphase waren: akute strahleninduzierte Reaktionen sowie Latenzzeit und Häufigkeit des Auftretens neurologischer Veränderungen. Aus den ermittelten Daten wurden DosisWirkungskurven erstellt. Die resultierenden ED50-Werte (Dosis mit 50%iger Komplikationswahrscheinlichkeit) für das Entstehen einer strahlenbedingten Myelopathie wurden für RBE-Kalkulationen herangezogen [1, 2]. [3] Karger C.P., Münter M.W., Heiland S.*, Peschke P., Debus J., Hartmann G.H. Dose response curves and tolerance doses for late functional changes in the normal rat brain after stereotactic radiosurgery evaluated by magnetic resonance imaging: influence of endpoints and follow up time. Radiat Res, 157 (2002) 617-625. Die Latenzzeit bis zum Auftreten neurologischer Veränderungen betrug im Mittel 167 Tage, wobei 80 % aller Symptome zwischen 136 und 212 Tagen auftraten. Die mediane Latenzzeit nach Schwerionen war bei dem im BraggPeak bestrahlten Tiere kürzer (T50 = 157 Tage) als bei Tieren, die mit Kohlenstoffionen aus der Plateau-Region behandelt wurden (T50 = 178 Tage). Die effektive Dosis, bei der sich eine Schadenswahrscheinlichkeit von 50 % ergibt (ED50) betrug für Bestrahlungen im Eingangsbereich des Kohlenstoffstrahls 17.1±0.8 Gy für Einzeldosen und 24.9±0.7 Gy für 2 Fraktionen im zeitlichen Abstand von 24 Stunden. Bestrahlungen des Rückenmarks im Bragg-Peak ergab ED50-Werte von 13.9±0.8, und 15.8±0.7 Gy für 1 bzw. 2 Fraktionen. Die hieraus resultierenden Fraktionierungseffekte waren bei Bestrahlung im 12C Bragg Maximum deutlich verringert. Die aus den Messungen kalkulierten RBE-Werte betrugen 1.43±0.08 und 1.37±0.12 (für 1 bzw. 2 Fraktionen im Eingangsbereich) und 1.76±0.05, bzw. 2.16±0.11 (für 1 und 2 Fraktionen im Bragg-Peak). [5] Harms W.*, Peschke P., Ehemann V.*, Weber K.*, Zuna I., Debus J., Wannenmacher M.* Differential effects of interstitial PDR and CLDR brachytherapy on cell cycle progression in a syngeneic rat prostate tumor model. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 57(2 Suppl) (2003) S142-143. Die gefundenen Fraktionierungseffekte im Eingangsbereich der Schwerionen bestätigen die erhoffte Schonung des dort liegenden Normalgewebes. Der geringe Fraktionierungseffekt im Bragg-Peak unterstreicht die hohe Effizienz dieser Bestrahlungsform. Die gefundenen Daten zeigen auch ein gute Übereinstimmung mit Untersuchungen zu Strahlenspätschäden des normalen Hirngewebes nach Photonen- und Schwerionenbestrahlung [3]. Im Rahmen grundlegender Studien zur Strahlenwirkung wurde an Modelltumoren geprüft, ob eine superfraktionierte Bestrahlung mit Einzelfraktionen hoher Dosisleistung eine kontinuierliche Langzeitbestrahlung mit niedriger Dosisleistung isoeffektiv ersetzen kann [4,5]. Ein zweites Projekt beschäftigte sich auf Zellkulturebene mit dem Mechanismus der Strahlensensibilisierung bei einer Chemo-Radiotherapie mit Pentoxifylline [6]. Um die spezifische biologische Effektivität von C12 Strahlen gegenüber Photonen zu verstehen, untersuchen wir in einem weiteren Projekt in vitro die grundlegende differentielle Reponse von Normalgewebs- und Tumorzellen mittels genomweiten cDNA Arrays und Proteinanalysen. Insbesondere wird die differentielle Gen- und Proteinexpression in humanen primären Endothelzellen und Fibroblasten, humanen Glioblastom und Prostatakarzinomzellen nach physikalisch dosisäquivalenten Bestrahlungen mittels Photonen und C12 Ionen verglichen. Publikationen (* = externer Koautor) [1] Debus J., Scholz M.*, Haberer T.*, Peschke P., Jäkel O., Karger C.P., Wannenmacher M.* Radiation tolerance of the rat spinal cord after irradiation with high-dose photons and carbon ions. Radiat Res, 160 (2003) 536-542. [2] Peschke P., Karger C.P., Scholz M.*, Debus J. Radiation myelitis of the rat spinal cord after single and split doses of photons and carbon ions. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 57(2 Suppl) (2003) S348. [4] Harms W.*, Peschke P., Weber K.J.*, Hensley F.W.*, Wolber G., Debus J., Wannenmacher M. Dose-dependent differential effects of low and pulsed dose-rate brachytherapy in a radioresistant syngenic rat prostate tumour model. Int J Radiat Biol, 78 (2002) 617-623. [6] Strunz A.M., Peschke P., Waldeck W., Ehemann V.*, Kissel M., Debus J. Preferential radiosensitization in p53-mutated human tumour cell lines by pentoxifylline-mediated disruption of the G2/ M-checkpoint control. International Journal of Radiation Biology, 78, (2002) 721-732. Wasserlösliche synthetische Polymere zur Verbesserung des tumorgerichteten Transports von Wirkstoffen. T. Lammers, P. Peschke, M. Kissel, J. Debus In Zusammenarbeit mit: J. Schuhmacher DKFZ E030, F. Kiessling DKFZ E020, U. Haberkorn DKFZ E060, V. Ehemann, Universität Heidelberg, E. Friedrich, Universität Koblenz-Landau, K. Ulbrich, V. Subr, M. Pechar, Institut of Macromolecular Chemistry, Academy of Science, Prag, Tschechische Republik, S. Lavi, Tel Aviv University, Israel, G. Storm, Utrecht University, Netherlands, R.P. Mason UT Southwestern Medical Center Dallas TX, USA. Zahlreiche tierexperimentelle und klinische Studien belegen, dass die Wirksamkeit vieler Chemotherapeutika, insbesondere in soliden Tumoren, eher begrenzt ist. Zurückführen lässt sich dies u. a. auf zelluläre Resistenzmechanismen aber auch auf das ungünstige pharmakologische Verhalten der meist niedermolekularen Substanzen, mit denen therapeutisch wirksame Konzentrationen in soliden Tumoren bei tolerierbaren Nebenwirkungen derzeit nur schwer erzielt werden können. Um die klinischen Wirkungen dieser Substanzen zu optimieren und um therapiebegrenzende Nebenwirkungen zu reduzieren, sind Verbesserungen im Bereich des tumorgerichteten Transportes, der pharmakokinetischen Verteilung sowie der Anreicherung von aktiven zytotoxischen Substanzen in soliden Tumoren notwendig. Diesen Forderungen entsprechen Verfahren, mit deren Hilfe pharmakologische Wirkstoffe selektiv in gewünschte Zielstrukturen transportiert werden (Drug Delivery). Klassische Beispiele sind zelluläre Carrier (z.B. Erythrozyten, Leukozyten), partikuläre Carrier (z.B. Liposomen, Mikro/Nanosphären) sowie makromolekulare Carrier (z.B. Antikörper, Polyzucker, Polypeptide und synthetische Polymere), die sich derzeit in präklinischen und klinischen Überprüfungen befinden. Die Konjugation oder Verpackung von Wirkstoffen in Trägermoleküle hat grundsätzliche Auswirkungen auf das pharmakokinetische und pharmakodynamische Verhalten der Substanzen, und soll helfen tumorassoziierte Barrieren und körpereigene Mechanismen zur Erhaltung der Homeostasis zu überwinden. Ziel der vorliegenden Forschungsaktivität ist die Synthese und die biologische Charakterisierung eines polymer-gestützten Trägersystems für den Einsatz in der kombinierten Radio-Chemotherapie. Wasserlösliche Polymere auf der Basis von Poly(N-2-(hydroxypropyl)methacrylamid) (pHPMA) er- DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 315 Forschungsschwerpunkt E Innovative Krebsdiagnostik und -therapie höhen die Bioverfügbarkeit von Wirkstoffen, einerseits durch Verlängerung der Plasmahalbwertszeiten, andererseits durch Schutz der Wirkstoffe vor enzymatischer Degradation. Zusätzlich zeigen diese Polymere eine bevorzugte Anreicherung in soliden Tumoren aufgrund des sog. „EPR“Effektes (enhanced permeability and retention effect). Dieser basiert auf der höheren Durchlässigkeit von Tumorgefäße, auf dem in soliden Tumoren häufig erweiterten interstitiellen Raum sowie auf dem Fehlen eines funktionellen lymphatischen Entsorgungssystems. 316 In der ersten Phase des Projektes galt es die Pharmakokinetik und die Bioverteilung des Trägermoleküls pHPMA genauer zu untersuchen. Für die Untersuchungen standen zwei HPMA-Polymere mit einem Molekulargewicht von 30.500 Da (HE-21) und 64.500 Da (HE-41) aus dem Institut für Makromolekulare Chemie der Akademie der Wissenschaften (Leiter: Prof. Dr. K. Ulbrich) in Prag, Cz zur Verfügung. Die Polymere wurden auf zwei unterschiedlichen Sublinien eines syngenen Tumormodells der Ratte getestet. Die Tumoren des radio- und chemoresistenten Prostata Karzinoms R3327 (Sublinie AT1) zeichnen sich durch schnelles anaplastisches Wachstum eine gute kapillare Vaskularisierung und geringe Metastasierungsneigung aus. Um den möglichen Einfluss des Transplantationsortes in die Studien mit einzubeziehen wurden die Tumoren sowohl subkutan als auch intramuskulär in männliche Copenhagenratten transplantiert. Tumoren der Sublinie R3327-H wachsen deutlich langsamer, sind hormonabhängig und besitzen eine gut ausgebildete differenziertere Vaskularisierung. Die vaskuläre und tumorphysiologische Eigenschaften dieses Tumormodells wurden mit verschiedenen Techniken im Detail evaluiert [1, 2, 3]. Die in den Abbildungen 1 und 2 gezeigte Bioverteilung der Polymere 7 Tage nach intravenöser Applikation von 131Jod-markiertem HPMA bestätigt die Hypothese einer passiven Anreicherung von Makromolekülen über permeable Gefäßstrukturen. Tumoren der Sublinie R3327-H zeigen eine geringere Polymeraufnahme, u.a. aufgrund ihres reiferen und dadurch weniger durchlässigen Gefäßsystems. Wie erwartet, reichert HE-41 in allen übrigen Organen signifikant höher an als HE-21, was durch das Molekulargewicht des Polymers, das jenseits der renalen Eliminationsgrenze von 45 kD liegt begründet ist. Beide Substanzen zeigen die höchste relative Anreicherung in der Milz, gefolgt von Tumor Lunge und Leber. Die Kurven in Abb. 3 repräsentieren die Menge der beiden unterschiedlichen HPMA-Polymere in der Zirkulation über einen Zeitraum von 168 Stunden. Die unterschiedliche Zirkulationsverhalten in Abhängigkeit des Molekulargewichtes ist deutlich sichtbar. Abteilung E050 Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie mit makromolekularen Trägersystemen wurde die Substanz 2´,2´ Difluorodeoxycytidin (Gemcitabine) ausgewählt. Inzwischen stehen uns mehrere Konjugate in unterschiedlichem Design bezüglich Molekulargewicht, Beladungsdichte und chemischer Verknüpfung von Wirkstoff und Träger zur Verfügung. Derzeit erfolgt die Wirksamkeitsprüfung der Konjugate hinsichtlich Toxizität und Strahlensensibilisierung in der Zellkultur sowie in einem syngenen Tumormodell. Außerdem werden mit Hilfe der multiparametrischen Durchflusszytometrie die zugrundeliegenden molekularen Wirkmechanismen genauer analysiert. Publikationen (* = externer Koautor) [1] Bellemann M.E., Bruckner J.*, Peschke P, Brix G., Mason R.P.* Quantification and visualization of oxygen partial pressure in vivo by 19F NMR imaging of perfluorocarbons. Biomed Tech (Berl), 47 Suppl 1 Pt 1 (2002) 451-454. [2] Fink C., Kiessling F., Bock M., Lichy M.P., Misselwitz B., Peschke P., Fusenig N.E., Grobholz R., Delorme S. High-resolution three-dimensional MR angiography of rodent tumors: morphologic characterization of intratumoral vasculature. J Magn Reson Imaging,18 (2003) 59-65. [3] Mason R.P.*, Hunjan S.*, Constantinescu A.*, Song Y.*, Zhao D.*, Hahn E.W., Antich P.P.*, Peschke P. Tumor oximetry: comparison of 19F MR EPI and electrodes. Adv Exp Med Biol; 530 (2003) 19-27. [4] Haberkorn U., Kinscherf R.*, Kissel M., Kubler W., Mahmut M.*, Sieger S., Eisenhut M., Peschke P., Altmann A. Enhanced iodide transport after transfer of the human sodium iodide symporter gene is associated with lack of retention and low absorbed dose. Gene Ther,10 (2003) 774-780. [5] Altmann A., Kissel M., Zitzmann S., Kubler W., Mahmut M.*, Peschke P., Haberkorn U. Increased MIBG Uptake After Transfer of the Human Norepinephrine Transporter Gene in Rat Hepatoma. J Nucl Med, 44 (2003) 973-980 [6] Kissel M., Peschke P., Subr V.*, Ulbrich K.*, Strunz A.M., Kühnlein R., Debus J., Friedrich E.*; Detection and cellular localization of the synthetic soluble macromolecular drug carrier pHPMA. European Journal of Nuclear Medicine 29, (2002), 10551062. [7] Kiessling F., Lichy M., Grobholz R., Heilmann M., Huber P.E., Meding J., Peschke P., Kauczor H.U., Schlemmer H.P.. Hemodynamic and metabolic characterization of orthotopic rat prostate carcinomas using dynamic MRI and proton magnetic resonance spectroscopy Radiologe, 43 (2003) 489-494. Obwohl pharmakokinetische Untersuchungen mittels dynamischer Szintigraphie vielseitig einsetzbar sind [4, 5] haben wir als Ergänzung außerdem ein Verfahren zur zellulären Lokalisation von synthetischen Polymeren entwickelt [6]. Darüber hinaus wurde im Rahmen einer Kooperation die Technik der orthotopen Transplantation von Prostatatumoren in unserem Labor etabliert [7]. Als Wirkstoff für den Einsatz in der kombinierten Radio-Chemotherapie Abb. 1: Organverteilung von 131-Jod-markiertem HPMA 7 Tage nach I.V. Applikation DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 Forschungsschwerpunkt E Innovative Krebsdiagnostik und -therapie Abteilung E050 Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie Expression des Gens der Herpes-simplex-Virus Thymidinkinase (HSV TK) wird Ganciclovir (GCV) mit hoher Aktivität monophosphoryliert. Zelluläre Enzyme phosphorylieren das entstandene GCV-Monophosphat zum Triphosphat. Diese Substanz wird bei Teilung der Zelle in die synthetisierte DNA inkorporiert und führt dadurch zum Zelltod. Neben der HSV TK findet ein weiteres Suizid-System Verwendung. Hier verleiht das bakterielle Enzym Cytosindeaminase (CD) den Tumorzellen die Fähigkeit, das nicht-toxische 5-Fluorocytosin (5-FC) in das Chemotherapeutikum 5-Fluorouracil (5-FU) zu verwandeln. Die eingesetzten Medikamente GCV, 5-FC und 5-FU besitzen den Vorteil, dass umfangreiche pharmakologische Informationen zu Verfügung stehen, da diese antivirale, antimykotische und chemotherapeutische Substanzen schone lange Zeit klinisch erprobt sind. Abb. 2: Szintigraphische Bildgebung der Körperverteilung von 131-Jod-markiertem HPMA Für die folgenden Studien wurde eine stabil transduzierte Prostatakarzinomzelllinie der Ratte (R3327 AT-1), die das Fusionsgen CDglyTK enthält, verwendet. In-vitro Studien zeigten, dass ein deutlicher synergistischer Effekt der beiden Enzyme zu beobachten ist. Dieses Ergebnis konnte durch in-vivo Studien an Copenhagen Ratten bestätigt werden. Bei einer Monotherapie trat eine vollständige Tumorremission bei 83% der Tiere mit dem TK/GCV und bei 57% mit dem CD/5-FC System auf. Nur bei der Kombinationstherapie konnte über einen Zeitraum von 180 Tagen bei allen Tieren eine vollständige Tumorremission erzielt werden. Um den Erfolg einer Suizidgentherapie abschätzen zu können, kann die Berechnung des Grads und des Potentials der Aktivierung verwendet werden. Der Grad der Aktivierung erhält man aus der Inhibitionskonzentration (IC50) für die Prodrug in wildtyp-Zellen (R3327 AT-1) geteilt durch die IC50 der Prodrug in transduzierten Zellen (R3327 AT1/CDglyTK). Die Berechnung für das Potential der Aktivierung benutzt die IC50 der Prodrug (5-FC) in wildtyp-Zellen geteilt durch die IC50 der Drug (5-FU) in wildtyp-Zellen. In unserem Fall besitzt das CD/5-FC System einen niedrigen Grad der Aktivierung (Wert 40) was zur Folge hat, dass auch in-vivo nur 57% der Tiere eine vollständige Tumorremission zeigten [1]. Abb. 3: Pharmakokinetik (% der applizierten Menge in Blut) für HE-21 (30,5 kD) und HE-41 (64,5 kD) Gentherapeutische Strategien in der Strahlentherapie K. Braun, H. Corban-Wilhelm, S. Münter, L. von Brasch, J. Debus In Zusammenarbeit mit: W.E. Hull (B090), J. Jenne (E050), R. Pipkorn (V270), H. Spring (V209), C.W. Von der Lieth (B090), W. Waldeck (B045) alle DKFZ, V. Ehemann Pathologie, Universität Heidelberg, U. Nehrbass Institut Louis Pasteur, Paris, Frankreich Cytosindeaminase versus Thymidinkinase: Ein Vergleich der antitumoralen Wirkung Suizidgene kodieren für Enzyme, die lokal in der gentherapeutisch veränderten Zelle ein Pharmakon (Prodrug) in eine hoch-toxische Substanz (Drug) verwandeln, so dass die transduzierte Zelle Suizid begeht. Durch intrazelluläre Des Weiteren konnten wir zeigen, dass die Umsetzung von 5-FC zu 5-FU nicht nur eine Störung auf DNA-Ebene hervorruft, sondern auch wahrscheinlich eine auf RNA-Ebene. Was zur Folge hat, dass die Zellen sich wieder erholen und nicht absterben. Aus diesem Grund ist es notwendig unterschiedliche Toxizitätstests durchzuführen, um vergleichbare Daten zu erhalten. Dieses Phänomen konnte nicht bei der Behandlung der AT-1/CDglyTK Zellen mit GCV beobachtet werden [2]. Ebenso das nicht vorhanden sein eines „Bystander-Effektes“ in dem verwendeten Modell wird auf einen kombinatorischen Effekt zurückgeführt. Zum einen konnten nur geringe Mengen an Connexin (Gap-junctions) nachgewiesen werden, zum anderen die schnelle intrazellulär Konversion von 5-FU zu Fluoronukleotiden, welche die Zelle nicht verlassen können [3]. Molekulares Modulares Transportsystem Gentherapeutische Ansätze gelten allgemein als mögliche Strategien bei einer Vielzahl von Erkrankungen. Das größte Hindernis bei der Gentherapie stellt der gezielte Transfer der therapeutisch relevanten Substanzen dar. Aus diesem Grund ist es bis heute noch nicht gelungen eine erfolgreiche Gentherapie zu etablieren, die als effektiv im Hinblick auf die Behandlung des Menschen gelten könnte. DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 317 Forschungsschwerpunkt E Innovative Krebsdiagnostik und -therapie Fortschritte in der Festphasen-Peptidsynthese ermöglichen eine facettenreiche Produktion von Molekülen, die als potenzielle Therapeutika Einsatz finden könnten [4]. Hierzu zählen die protease- und nukleaseresistenten Peptidnukleinsäuren (PNA), bei denen das Zucker-Phosphat-Rückgrat durch Ethylen-Amin verbundene α-Amino-Ethyl-GlycinEinheiten substituiert ist. PNAs sind in der Lage mit Komplementärsequenzen in höherer Affinität zu hybridisieren (Ausbildung einer Hoogsteen Bindung) verglichen mit analogen DNA- oder RNA-Oligomeren. Allein der unzureichende zelluläre Import von PNAs ist der zentrale limitierende Faktor und erfordert ein effizientes Carrierystem. Der Transfer durch die Zellmembran und Kernhülle wird durch eines von uns entwickelten nicht-viralen modular aufgebauten Transport-Systems erzielt. Dieser sog. „BioShuttle“ besteht aus einem modularen Transport- und Adresspeptide mit „Sollbruchstellen“, das den effizienten zytoplasmatischen Transport plus der präzisen Adressierung in Zellkompartimente gewährleistet. Das Adressproteinmodul (Nuclear Localisation Site (NLS)) ermöglicht den Transport von Wirksubstanzen in den Zellkern, wie PNA oder DNA, in geringeren Konzentrationen als bisher. Von Bedeutung ist das Vorhandensein einer im Zytoplasma spaltbaren Redox-Kopplung zwischen Transport- und Adressmodul. 318 Mittels Konfocaler Laser Scanning Mikroskopie (CLSM) und Fluoreszenz Korrelation Spektroskopie (FCS) konnte der zellkerngerichtete Transport gezeigt werden. Hierzu wurden DU-145 Zellen mit dem BioShuttle, das zum einen eine spaltbare und zum anderen eine nicht-spaltbare DisulfidKopplung besitzt, inkubiert. Wir konnten zeigen, dass eine grüne Fluoreszenz im Zellkernbereich auftritt, wenn eine spaltbare Disulfid-Kopplung eingesetzt wird. Bei Applikation des BioShuttle-Konjugates ohne spaltbare Disulfid-Kopplung konnte kein Fluoreszenzsignal im Zellkern detektiert werden, es ist lediglich eine Mischfluoreszenz im Zytoplasma sichtbar, weil dann die NLS-Sequenz nicht erreichbar ist [5]. Unsere Ergebnisse zeigen einen effektiven, kompartimentgerichteten Transport in lebende Zellen mit Hilfe eines synthetisch hergestellten, modularen, nicht toxischen Oligopeptid-Transporters. Abteilung E050 Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie lichen diagnostischen Bildgebungsverfahren werden nicht anatomische Ausprägungen oder Effekte einer bestimmten Krankheit detektiert, sondern biologische Prozesse, die der Krankheit zugrunde liegen, auf zellulärer Ebene nachgewiesen. Dadurch lassen sich Krankheiten bereits im Frühstadium erkennen und im Idealfall noch vor Erscheinen des eigentlichen Krankheitsbildes therapieren. Fortschritte in der Magnet Resonanz Bildgebung (MRI) mit dem Kontrastmittel Gadolinium (Gd) konnten die Präzision in der Diagnostik deutlich verbessern. Dennoch ist eine zelluläre Darstellung nicht möglich im Gegensatz zur extrazellulären, intravasalen Darstellung mit dem handelsüblichen Gd-Kontrastmittel. Vorraussetzung für eine MIMethode in der MRI ist das eindringen des Gd-Kontrastmittels in die Zelle. Aus diesem Grund haben wir das weit verbreitete, interstitielle Gd-Kontrastmittel durch Design eines Antisense-Conjugated-Gadolinium-Transporter (ACGT) so weit verändert, dass eine zellspezifische intrazelluläre Aufnahme möglich ist. Dieses modulare Konstrukt besteht aus einem Gd3+-Komplexmodul, das an ein Transmembran-Transportmodul gebunden ist, welches wiederum mit einem Addressmodul (hier eine c-myc mRNA gerichtete Antisense-Sequenz) verbunden ist. Mit Hilfe der MRI, konnten wir das Element Gadolinium sowohl in Zervix Karzinomzellen (Hela) als auch in Nicht-Tumorzellen (Lymphozyten) nachweisen. Unser ACGT-Konstrukt wurde im Experiment rasch aus den Nicht-Tumorzellen wieder heraustransportiert im Gegensatz zu den Tumorzellen, bei denen das Konstrukt aufgrund der Antisense c-myc mRNA weitgehend intrazellulär gebunden wurde. Der dadurch erzeugte Unterschied im Kontrast erlaubt Tumor- von Nicht-Tumorzellen zu unterscheiden [6-9]. Publikationen (* = externe Koautoren) [1] Corban-Wilhelm,H., Becker,G., Bauder-Wust,U., Greulich,D., Debus,J., Cytosine deaminase versus thymidine kinase: a comparison of the antitumor activity, Clin. Exp. Med., 3 (2003) 150156 [2] Corban-Wilhelm,H., Ehemann, V., Becker,G., Greulich,D., Braun, K., Debus,J., Comparison of different methods to assess the cytotoxic effects of cytosine deaminase and thymidine kinase gene therapy, Cancer Gene Therapy, Epub ahead of print (2003) [3] Corban-Wilhelm,H., Hull,W.E., Becker,G., Bauder-Wust,U., Greulich,D., Debus,J., Cytosine deaminase and thymidine kinase gene therapy in a Dunning rat prostate tumour model: absence of bystander effects and characterisation of 5-fluorocytosine metabolism with (19)F-NMR spectroscopy, Gene Ther., 9 (2002) 1564-1575 [4] Pipkorn R., Waldeck W., Braun K. Synthesis and Application of functional Peptides in the Treatment of malignant Diseases. Review Article. J Mol Recognit, 16 (2003) 240-247 Penetratin-S-S-NLS-KK-PNA Penetratin-NLS-KK-PNA ¦ ¦ ¦ ¦ Alexa-Labelling FITC-Labelling Alexa-Labelling FITC-Labelling Abb. 1: DU-145 Zellen inkubiert mit dem BioShuttle, mit und ohne Disulfid-Kopplung, welche zusätzlich zwei Fluorenzfarbstoffe (Alexa und FITC) einmal vor und einmal nach der Disulfid-Kopplung besitzen. Auf Grundlage des entwickelten BioShuttles haben wir ein auf antisense-basierendes Molekül für die molekulare Bildgebung (Molecular Imaging) entwickelt. Mit Hilfe des Molecular Imaging (MI) können biologische Prozesse auf zellulärer und molekularer Ebene im lebenden Organismus gemessen und charakterisiert werden. Im Gegensatz zu herkömm- [5] Braun,K., Peschke,P., Pipkorn,R., Lampel,S., Wachsmuth,M., Waldeck,W., Friedrich,E., Debus,J., A biological transporter for the delivery of peptide nucleic acids (PNAs) to the nuclear compartment of living cells, J. Mol. Biol., 318 (2002) 237-243 [6] Heckl,S., Debus,J., Jenne,J., Pipkorn,R., Waldeck,W., Spring,H., Rastert,R., von der Lieth,C.W., Braun,K., CNN-Gd3+ enables Cell Nucleus Molecular Imaging of Prostate Cancer Cells the last 600 nm-, Cancer Res., 62 (2002) 7018-7024 [7] Heckl S, Debus J, Pipkorn R, Rastert R, Waldeck W, van Kaick G, Braun K, Novel Transporter for Gadolinium enables fast and specific cellular uptake into tumor cells. Mol Imag; 1(2) (2002) 125 [8] Heckl S., Braun K., Debus J.. Molekular Imaging – A Future Diagnostic Method in Neurooncology? Tumor Diagnostik und Therapie, 23 (2002) 209-218 DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 Forschungsschwerpunkt E Innovative Krebsdiagnostik und -therapie [9] Heckl S, Pipkorn R, Waldeck W, Spring H, Jenne J, von der Lieth CW., Corban-Wilhelm H, Debus J, Braun K. Intracellular Visualization of Prostate Cancer using Magnetic Resonance Imaging. Cancer Research, 63 (2003) 4766-4772 [10] Heckl,S., Braun,K., van Kaick,G., Kunze,S., Debus,J., Successful long-term treatment of multiple metastases from renal cell carcinoma: combination of stereotactically guided percutaneous single- dose convergent beam irradiation and surgery, Nervenarzt, 73 (2002) 967-971 [11] Westphal,G., Berg-Stein,S., Braun,K., Knoch,T.A., Dummerling,M., Langowski,J., Debus,J., Friedrich,E., Detection of NGF-receptors TrkA and p75NTR in human tumor cell lines and effect of NGF on the growth characteristic of the UT-7/EPO cell line, J. Exp. Clin. Cancer Res., 21 (2002) 255-267 [12] Westphal,G., Braun,K., Debus,J., Detection and quantification of the soluble form of the human erythropoietin receptor (sEpoR) in the growth medium of tumor cell lines and in the plasma of blood samples, Clin. Exp. Med., 2 (2002) 45-52 [13] Braun,K., Wolber,G., Waldeck,W., Pipkorn,R., Jenne,J., Rastert,R., Ehemann,V.*, Eisenmenger,A., Corban-Wilhelm,H., Braun,I., Heckl,S., Debus,J., The enhancement of neutron irradiation of HeLa-S cervix carcinoma cells by cell-nucleus-addressed deca-p-boronophenylalanine, Eur. J. Med. Chem., 38 (2003) 587-595 [14] Heckl,S., Braun,K., Debus,J., Kunze,S., Cerebral metastasis after primary renal cell carcinoma, J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry, 74 (2003) 141 [15] Pipkorn R., Braun K., Waldeck W., Koch M., Debus J. Synthesis and Application of functional Peptides for Therapy of HPV18 positive Cervix Carcinoma Cells. Biopolymers 71(3): 73; 2003 Neue bildgestützte minimalinvasive Tumortherapieverfahren J. Jenne, R. Rastert, G. Divkovic, A. Abdollahi, S. Hauser, P. Huber In Zusammenarbeit mit: G. Rademaker, L. Schad (E020, DKFZ), K Hynynen, F Jolesz (Harvard Medical School, Boston, USA) R. Riedlinger (TH Karlsruhe) Therapie mit hochenergetischem fokussiertem Ultraschall Die Wirkung von hochenergetischem Ultraschall auf biologisches Gewebe wird in thermische und nicht thermische, bzw. mechanische Effekte aufgeteilt, wobei die nicht thermischen Effekte hauptsächlich von der Kavitation hervorgerufen werden. Diese beiden grundlegend verschiedenen Wirkungsweisen des Ultraschalls können in der lokalen Tumortherapie angewandt werden. Als besonders erfolgversprechend gilt die Therapie mit hochenergetischem fokussiertem Ultraschall (HIFU, engl. High Intensity Focused Ultrasound). Mit ihr ist es möglich Gewebe nichtinvasiv, zielgenau im Körperinnern thermisch zu zerstören. Die Präzision ist dabei so hoch, dass die Grenzschicht zwischen induzierter Koagulationsnekrose und nicht behandeltem Gewebe nur einige Zellschichten beträgt. Dieses Verfahren wird daher auch als Ultraschall-Chirurgie (FUS, engl. Focused Ultrasound Surgery) bezeichnet [4,5]. Notwendige Voraussetzung einer erfolgreichen Therapie mit HIFU ist ein effektives Therapiemonitoring, welches sowohl die Zielvolumendefinition, als auch die Beurteilung des Therapiefortschrittes und des Behandlungsergebnisses erlaubt. Hierfür hat sich die Magnetresonanztomographie (MRT), aufgrund ihrer hohen Temperatursensitivität und ihrer guten morphologischen Abbildungsqualität als besonders geeignet erwiesen [6]. Abteilung E050 Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie Primäres Ziel war die MRT gesteuerte FUS des Mammakarzinoms. Hierzu wurde eine Behandlungseinheit entwikkelt, die speziell für die Therapie von Tumoren der Mamma konzipiert wurde. Das Herzstück der Therapieeinheit bildet der Therapieapplikator, der auf der Liege des Magnetresonanz-Tomographen installiert wird. Dieser beinhaltet die Ultraschallquelle und ein Positioniersystem, welches ein ferngesteuertes Abscannen des Tumorvolumens ermöglicht. Während der Ultraschalltherapie liegt die Patientin auf der MRT-Liege, wobei die betroffene Brust in eine Vertiefung des US-Applikators vor die positionierbaren Ultraschallquelle fixiert wird [1]. Nach Umfangreichen Tests an verschiedenen Tiermodellen wurde mit einer prospektiven Phase I/II Studie zur Therapie des Mammakarzinoms begonnen. Wir konnten zeigen, dass eine nicht invasive Behandlung mittels hochenergetischen fokussierten Ultraschalls unter MRT online Kontrolle möglich und sicher ist. Neben der effektiven Darstellung des Temperaturfokus im geplanten Zielgebiet mittels spezieller thermosensitiver MRT-Sequenzen, war es möglich die durch die Behandlung induzierte Gewebeveränderungen darzustellen und so den Behandlungserfolg zu verfolgen (Abb. 1) [2]. Ein für diese neue Art von Therapie kritischer Faktor ist die relativ lange Therapiezeit. Ursache hierfür ist, dass der kleine Ultraschallfokus mit einem Volumen von einigen mm³ zwar eine sehr präzise Destruktion des Gewebe ermöglicht, sich hieraus bei großen Tumorvolumina aber eine lange Therapiezeit ergibt. Daher wurden von uns mehrere Methoden zur Verkürzung der Therapiezeit entwickelt und getestet. Durch eine geschickt gewählte Applikationsfolge der einzelnen Ultraschallpulse und durch die Variation der Schallfeldgeometrie ist es uns gelungen die Therapiezeit auf die Hälfte zu reduzieren. Durch ein verbessertes Design der therapeutischen Ultraschallwandler soll in Zukunft die Therapiezeit weiter verkürzt werden. Darüber hinaus soll die Flexibilität der Beschallungsanlage erhöht werden, so dass auch andere Organe einer FUS-Therapie zugänglich gemacht werden können [3]. Die Magnet Resonanz-gesteuerte fokussierte Ultraschalltherapie (MRgFUS: Magnetic Resonance guided Focused Ultrasound Surgery) ist somit ein bildgestütztes, nichtinvasives interventionelles Tumortherapie-Verfahren, welches aufgrund der Therapieplanung in der Zielgenauigkeit der stereotaktischen Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen gleicht. Klinisch kann sich die MRgFUS zu einer effektiven und nebenwirkungsarmen Option in der adjuvanten, neoadjuvanten, palliativen oder auch kurativen Situation beim Mammakarzinom, Prostatakarzinom, Nierenzellkarzinom, und bei Tumoren im Gehirn entwickeln. Zelluläre Mechanismen von therapeutischen Ultraschallwellen Wir konnten sowohl in vitro als auch in vivo am Dunning Prostata Tumor R3327-AT1 auf Copenhagen Ratten und am Gefäßsystem von Kaninchen zeigen, dass durch Ultraschallwellen der Gentransfer und die Transfektionsraten von Plasmid DNA erhöhen werden kann [7]. Klinisch könnte diese nebenwirkungsarme lokale Transfektionserhöhung durch Ultraschall bei gentherapeutischen Ansätzen der Onkologie und cardiovaskulärer Erkrankungen nützlich sein, die gegenwärtig noch mit erheblichen Problemen bei der Suche nach geeigneten in vivo Vektoren behaftet sind. DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 319 Forschungsschwerpunkt E Innovative Krebsdiagnostik und -therapie Abteilung E050 Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie An humanen Lymphoblastenzellinien mit unterschiedlichem p53 Status wurde gezeigt, dass Ultraschall Apoptose in Korrelation mit dem p53 Status induzieren kann. Ferner wurde auch gezeigt, dass Zellzyklusänderungen wie G1 Block und G2 Block zellspezifisch durch Beschallung ausgelöst werden können. Das könnte klinisch in der lokalen Tumortherapie besonders bei Lymphomen in der Kombination mit etablierten Methoden wie ionisierender Strahlung eingesetzt werden. Klinisch-Experimentelle Radioonkologie Publikationen (* = externe Koautoren) Die Untersuchungen zur vaskulären Biologie und Angiogenese beinhaltet Grundlagenuntersuchungen zur Tumorangiogenese im Zusammenhang mit Mechanismen der Strahlentherapie als etablierter Krebstherapie. Gleichzeitig gehen wir von der Möglichkeit aus, dass künftig eine medikamentöse Hemmung der Tumorangioneogenese in multimodalen Tumor-Therapieschemata eingesetzt werden wird. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer Untersuchung der Kombinationseffekte von Strahlentherapie mit medikamentösen Inhibitoren der Angiogenese. Die Wirkungen ionisierender Strahlung auf Gefäße und Endothelien sind wesentliche Komponenten strahlentherapeutischer Effekte [1]. Im Bereich Strahlentherapie und Angiogenese sind unsere Ziele die Analyse der molekularen und funktionellen Eigenschaften angiogener Endothelzellen sowie die Charakterisierung molekularer Signale und Mechanismen bei der Gefäßbildung. Besonderer Schwerpunkt ist hier die strahleninduzierte Wechselwirkung von Tumor mit seiner Vaskulatur und allgemein dem Nicht-Tumorzellkompartment. Ein Ziel ist hierbei die Erforschung und Beeinflussung der Normalgewebstoleranz gegenüber ionisierender Strahlung und die Untersuchung unterschiedlicher biologischen Wirkungen verschiedener Strahlqualitäten. Dabei analysieren wir die infolge der Aktivierung von endothelialen Zellen auftretende veränderte Phänomenologie sowie die geänderte Gen/Protein-expression in Reaktion auf relevante Stimuli wie Strahlung, Hypoxie und angiogene bzw. antiangiogene Faktoren. [1] Jenne J, Rastert R, Oppelt A*, Huber PE, Debus J. The „Heidelberg“ MRgFUS system for the treatment of breast cancer. 44-47. 2002. ISMRM Workshop on „MRI-Guided Focused Ultrasound Surgery“. [2] Jenne J, Rastert R, Simiantonakis I, Debus J, Huber P. MRI guided focused ultrasound surgery for the treatment of breast cancer. Yuhas, D. E. and Schneider, S. C. 2, 1377-1380. 2002. New York, IEEE. IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings. [3] Divkovic G, Jenne J, Rastert R. Linsendesign für HIFU Therapie in Medizinische Physik 2003, Ed. Semmler W, Schad L 162-163, 2003 [4] Jenne JW, Divkovic G, Rastret R, Debus J, Huber PE. Fokussierte Ultraschallchirurgie. Radiologe 43: 805-812 (2003) [5] Jenne JW, Rastert R, Rademaker G, Divkovic G, Debus J, Huber PE. MRI-guided focused ultrasound technology for breast cancer therapy Z Med Phys. 2003; 13(3): 193-7. 320 [6] Rademaker G, Jenne JW, Rastert R, Röder D, Schad LR. Vergleich nichtinvasiver MRT-Verfahren zur Temperaturmessung für den Einsatz bei medizinischen Thermotherapien. Z Med Phys 2003;13:183-187. [7] Huber PE, Mann MJ*, Melo LG*, Ehsan A*, Peschke P, Jolesz F*, Dzau VJ*, Hynynen K*. Focused Ultrasound Induces Localized Enhancement of Reporter Gene Expression in Rabbit Carotid Artery. Gene Therapy, 10:1600-1607, 2003. A. Abdollahi, P. Huber In Kooperation mit: St Wiemann, Chr Maercker, B Korn (RZPD), H-J Gröne (DKFZ), F. Kiessling, M Krix (DKFZ); W Ansorge, A Richter, Chr Schwager, A Gerlhof (EMBL Heidelberg); KJ Weber, M Bischof, R Krempien (Radiologische Universitätsklinik Heidelberg); A Sckell (Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg-Schlierbach); L Hlatky, J. Folkman (Dana Farber Cancer Institute, Harvard Medical School, Boston, USA). Hypoxie in Endothelzellen Hypoxie spielt bei der Progression von Tumoren und besonders bei der Tumorangiogenese eine wichtige Rolle. Wir haben humane primäre Endothelzellen in vitro einer Hypoxie ausgesetzt und die Änderungen auf RNA- und Proteinniveau untersucht [2]. Mittels eines cDNA-Chips und Proteinarrays konnten wir Expressionsprofile des kompletten humanen Unigene clusters (Stand 2002) mit ca. 76,000 Elementen erstellen sowie Proteinregulationen untersuchen. Abb. 1: (A) T1 gewichtete MRT-Mammographie in der standard MRT-Brust-Spule zwei Tage vor der Ultraschall-Therapie. Deutlich ist ein invasives Mammakarzinom zu erkennen. Nach Kontrastmittelgabe zeigt sich eine starke Kontrastmittelanreicherung im Tumor (unten). (B) T1w MRT-Bilder akquiriert mit der Ultraschall Behandlungseinheit: kurz vor der Ultraschalltherapie (oben) und nach Therapieende mit Kontrastmittelgabe (unten). Nach der FUS Therapie wird im behandelten Gewebe kein Kontrastmittel mehr angereichert. Dies deutet auf einen kompletten Ausfall der Durchblutung hin. (C) T2w MRT-Planungsaufnahme vor der USTherapie (oben). MRT-Thermometrie während der Ultraschallapplikation (unten). Die Farbkarte zeigt die punktuelle Temperaturerhöhung an. Modulation der Effekte ionisierender Strahlung In der Vergangenheit hat sich die Strahlenbiologie hauptsächlich mit dem Tumorzellkompartment beschäftigt. Die Interaktion von Strahlung, Tumor und Nicht-Tumorzellkompartment mit seiner extrazellulären Matrix, Zytokinen, Integrinen und Endothelzellen ist im wesentlichen unbekannt. Wir haben in klassischen Angiogenese-Assays gefunden, dass ionisierende Strahlung einen potenten antiangiogenen Effekt aufweist, und dabei die Proliferation, das Überleben, Invasion, Migration und Tubeformation von Endothelzellen hemmt. Dabei scheinen Endothelzellen strahlensensibler zu sein als z.B. PC3 Prostata-Tumorzellen. Die Zytokine VEGF and bFGF beschützen hingegen Endothelien vor Strahlenschäden. Wir haben zusätzlich gefunden, dass Endothelzellen radiosensitiver werden, indem man die VEGF und bFGF Kaskaden mit Inhibitoren ihrer Rezeptor Tyrosin Kinasen blockiert. Gleichzeitig führt Strahlung zur DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 Forschungsschwerpunkt E Innovative Krebsdiagnostik und -therapie Hochregulation von VEGF and bFGF z.B. in PC3 Tumorzellen und ebenfalls zur Hochregulation von VEGFR2 und dem Integrin αVβ3 in Endothelzellen. Diese Resultate fügen sich zu einem Modell, welches erklärt, wie Tumoren ihre eigene Vaskulatur vor Strahlenschäden schützen können. Gleichzeitig weist es darauf hin, dass der kombinierte Einsatz medikamentöser Inhibitoren der Tumorangiogenese und Strahlentherapie in der Therapie von Tumoren sinnvoll sein kann. Diese in vitro Erkenntnisse werden zur Therapie von Tumoren auf das Nacktmausmodell in vivo übertragen. Tiere mit humanen Tumor-Xenotransplantaten werden mit verschiedenen Substanzen, darunter Inhibitoren der Rezeptoren für VEGF, PDGF, bFGF, sowie Inhibitoren von COX-2 und αVβ3 behandelt. Die Resultate zeigen, dass eine kombinierte Behandlung mit ionisierenden Strahlen sinnvoll erscheint, um die Antitumorwirkung zu verstärken [3-6]. Ausserdem wurden Erkenntnisse hinsichtlich der Rolle von PDGF bei der strahleninduzierten Fibrose gewonnen, was dazu beitragen kann, dass künftig die Fibroseentstehung als schwerwiegende Nebenwirkung der Bestrahlung deutlich reduziert werden könnte. Abteilung E050 Klinische Kooperationseinheit Strahlentherapie [7] Huber PE, Li M, Gong P, Plathow C, Peschke P, Groene H, Kiessling F, Zieher H, Debus J, Lipson K, Abdollahi A. Potential signaling and attenuation of radiation-induced lung fibrosis. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2003 Oct 1;57 (2 Suppl):S160. [8] Abdollahi A, *Wang J, Rastert R, *Ansorge W, *Hahnfeldt P, *Hlatky L, Debus J, Huber PE. Identification of Endostatin-Activated Pathways with Antibody and DNA Array. Proc. Amer. Assoc. Cancer Res 43: 845, 2002. [9] Abdollahi, A., *Lipson, K. E., *Sckell, A., Zieher, H., *Klenke, F., Poerschke, D., Roth, A., Han, X., Krix, M., *Bischof, M., *Hahnfeldt, P., Grone, H. J., Debus, J., *Hlatky, L., and Huber, P. E. Combined therapy with direct and indirect angiogenesis inhibition results in enhanced antiangiogenic and antitumor effects. Cancer Res., 63: 8890-8898, 2003. [10] Abdollahi, A., *Hahnfeldt, P., *Maercker, C., Gröne, H. J., Debus, J., *Ansorge, W., *Folkman, J., *Hlatky, L., Huber, P. E. Endostatin’s Antiangiogenic Signaling Network. Mol. Cell, 13: 649-663, 2004. Antiangiogene Regulation in Endothelzellen Mittels cDNA chips (nach Unigene /NCBI) konnten wir Expressionsprofile von humanen Endothelzellen nach Behandlung mit recombinant hergestelltem humanen Endostatin erstellen. Weiterhin wurde durch einen 400 Antikörper umfassenden Protein Chip der Phosphorylierungsstatus verschiedener wichtiger Komponenten der Signaltransduktion analysiert und dabei die auf DNA-Niveau prädiktierten Pathways konfirmiert. Auf diese Weise wurden bislang unbekannte Signalkaskaden der Angiogenese in Endothelzellen aufgedeckt [8-10]. Publikationen (* = externer Koautor) [1] Huber PE, Debus J, Hawighorst H, *Fuss M, van Kaick G, *Wannenmacher M. Transient enlargement of contrast uptake on MRI after linear accelerator (linac) stereotactic radiosurgery for Brain Metastases. Int J Radiat Oncol Biol Phys 49:1339-1349, 2001. [2] Abdollahi A, *Wollscheid V, Rastert R, *Weber K, *Ansorge W, *Hahnfeldt P, *Hlatky L, Debus J, *Wannenmacher M, Huber PE. Hypoxia-Induced Differentially Expressed Proteins and Genes in Human Microvascular Endothelial Cells Using Protein and DNA Chip Technology. Proc. Amer. Assoc. Cancer Res: 844, 2002. [3] Abdollahi, A., Gong, P., Rastert, R., Debus, J., *Hlatky, L.,* Hahnfeldt, P., Maercker, C., and Huber, P. E. Genome wide expression profiling of irradiated human lung endothelial cells reveals the activation of genes involved in coagulation, inflammation and angiogenic pathways. Proc. Amer. Assoc. Cancer Res., (1st ed.), 44: 6155, 2003. [4] Abdollahi, A.,* Lipson, K. E., Han, X., Krempien, R., *Trinh, T., *Weber, K. J., *Hahnfeldt, P., *Hlatky, L., Debus, J.,* Howlett, A. R., and Huber, P. E. SU5416 and SU6668 attenuate the angiogenic effects of radiation-induced tumor cell growth factor production and amplify the direct anti-endothelial action of radiation in vitro. Cancer Res., 63: 3755-3763, 2003 [5] *Han X, Abdollahi A, *Weber KJ, *Krempien R, *Wannenmacher MF, Debus J, Huber PE. Effect of Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) and Basic Fibroblastic Growth Factor (bFGF) on the Radiosensitivity of Human Microvascular Endothelial cells. Int J Radiat Oncol Biol Phys 51: 154, 2001. [6] Abdollahi A, *Han X , *Lipson K, *Howlett AR, *McMahon G, *Weber KJ, *Krempien R, *Wannenmacher MF, Debus J, Huber PE. Combined effects of angiogenesis inhibitors and radiation on human microvascular endothelial cells. Int J Radiat Oncol Biol Phys 51: 227, 2001. DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003 321
