- Titel
- In-vitro-Untersuchungen zur Evaluierung der potentiellen Eignung von Imidazolyl-Ethanamid-Pentandisäure (IEPA) als Radiochemoprotektor für hämatopoetische Stammzellen in der Antitumortherapie
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-1051250
- Datum der Einreichung
- 15.07.2025
- Datum der Verteidigung
- 24.03.2026
- Abstract (DE)
- Für die Prävention und Behandlung therapierelevanter und möglicherweise limitierender myelosuppressiver Effekte von Radio- (RT) und Chemotherapie (ChT) in der Behandlung onkologischer Patient:innen gibt es zurzeit keine zufriedenstellenden medikamentösen Optionen. Bei IEPA handelt es sich um eine potentiell myleoprotektive Substanz mit guter Verträglichkeit. Tumorprotektive Effekte würden jedoch die Eignung für die klinische Anwendung einschränken. Deshalb wurden in dieser Arbeit Untersuchungen bezüglich der Effekte von IEPA auf Tumorzellen angestellt und gleichzeitig Versuche durchgeführt, welche den Wirkmechanismus weiter charakterisieren und die Wirkung in den vermuteten Zielzellen, den hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellen (CD34+ HSPCs), beschreiben sollten. Tumorzellen: Um Effekte auf zelluläre Funktionen in den Plattenepithelkarzinom- und Glioblastomzelllinien FaDu und A172 möglichst umfassend abzubilden, wurde eine Vielzahl an Methoden angewendet (WST-1-Assay, BrdU-Assay, Annexin-V-Assay, klonogener Assay, Cytometric Bead Array, DCFDA-Assay). Die zytotoxischen Einflüsse von RT und ChT mit Cisplatin (CIS), Temozolomid (TMZ) und Lomustin (CCNU) konnten eindeutig verifiziert werden und zeigten sich in einer Reduktion der metabolischen Aktivität, der Proliferation und des klonogenen Überlebens sowie in der Induktion von Apoptose und reaktiven Sauerstoffspezies (ROS). Die Behandlung mit IEPA (20 und 100 µM) allein hatte signifikanten Einfluss hinsichtlich einer Reduktion der metabolischen Aktivität und einer gesteigerten Proliferation von A172-Zellen in Konzentrationen von 10 und 100 µM. In den entsprechenden RT- oder ChT-Behandlungsgruppen waren jedoch keine Einflüsse durch IEPA nachweisbar – der Therapieeffekt von RT und ChT wurde also nicht abgeschwächt. Den stärksten Effekt zeigte IEPA (100 µM) in Form einer signifikanten, dosisabhängigen Reduktion der durch RT-induzierten ROS unmittelbar nach Exposition in beiden Tumorzelllinien um bis zu 30 %. Auf die persistierende Erhöhung der ROS-Spiegel durch RT oder ChT mit CIS 48 h nach Behandlung hatte IEPA jedoch keinen Einfluss. Inwiefern ROS und die Wirkung von Antioxidantien Tumorzellen beeinflussen und welche Rolle sie für Tumorgenese, Zellüberleben und Modulation der Effektivität von RT oder ChT spielen, wird kontrovers diskutiert. Für Antioxidantien sind sowohl tumorprotektive als auch -hemmende Einflüsse beschrieben (Poljsak und Milisav 2018). IEPAs Aktivität als Radikalfänger wirkte sich in unseren Untersuchungen an Tumorzellen nicht protektiv auf andere Zellfunktionen aus. Weder in metabolischer Aktivität, Proliferation, Apoptose noch im klonogenen Überleben war ein Schutz vor der zytotoxischen Wirkung von RT und ChT nachweisbar. Im Gegenteil zeigte IEPA in Kombination mit RT oder ChT in einigen Behandlungsgruppen eher einen Trend zur weiteren Reduktion des klonogenen Überlebens. Die Freisetzung der durch NF-κB regulierten proinflammatorischen Zytokine (IL-6 und IL-8) in den beiden Tumorzelllinien wurde durch RT nicht beeinflusst. IEPA führte in hoher Konzentration (100 µM) nur in FaDu-Zellen zu einer leichten Erhöhung der IL-6 und IL-8 Ausschüttung, während 10 µM IEPA eine geringfügige Erniedrigung zeigten, was auf einen biphasischen Effekt hindeuten könnte. Hämatopoetische Vorläuferzellen: In Übereinstimmung mit den Versuchen in den Tumorzellen, wurden auch die humanen CD34+ HSPCs mit einer großen Bandbreite an Methoden untersucht (EdU-Assay, Annexin-V-Assay, MethoCult-Assay, Cytometric Bead Array, DCFDA-Assay, γH2AX-Assay). RT oder ChT führten zu einer Reduktion von Proliferation und Koloniezahlen im MethoCult-Differenzierungsassay und einer Induktion von ROS, Apoptose und DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs). Letztere wurden konsekutiv innerhalb von 24 h durch die HSPCs selbst repariert. Verglichen mit den Tumorzellen zeigte sich eine hohe Anfälligkeit der CD34+ HSPCs für RT bezüglich der Induktion von Apoptose und der Inhibierung der Proliferation. Die IEPA-konzentrationsabhängige Reduktion (1 - 100 µM) der RT-induzierten ROS konnte exemplarisch auch in HSPCs nachgewiesen werden. Im Metho-Cult-Differenzierungsassay bilden CD34+ HSPCs abhängig vom Grad ihrer Differenzierung verschiedene Zellkolonien aus. Nach ihren Bestandteilen lassen sich diese morphologisch in GEMM- (Granulozyten/Erythrozyten/Monozyten/Megakaryozyten), GM- (Granulozyten/Monozyten), G- (Granulozyten), E- (Erythrozyten) oder M-Kolonien (Monozyten) unterteilen. Kolonien mit mehreren Zelltypen liegen dabei koloniebildende Einheiten zu Grunde, die sich noch nicht auf eine Zellreihe festgelegt haben. In diesen früheren Progenitorzellen gab es Hinweise auf eine mögliche Beeinflussung des Differenzierungsverhaltens durch Behandlung mit IEPA allein, die sich in einer höheren Anzahl von GEMM- und GM-Kolonien in beiden untersuchten Spendern widerspiegelte. Diese Effekte waren bei Kombination von RT oder ChT mit IEPA nicht mehr erkennbar. Die Gesamtzahl der Koloniebildung blieb durch IEPA unbeeinflusst. IEPA allein zeigte auch in hohen Konzentrationen bis 100 µM weder hemmende Effekte auf die Proliferation noch steigerte es die Induktion von Zelltod. Abgesehen von der Wirkung als Radikalfänger konnten auch in den CD34+ HSPCs keine protektiven Einflüsse von IEPA auf Proliferation, Apoptose, Differenzierungsverhalten oder hinsichtlich Induktion bzw. Reparatur von DNA-DSBs nachgewiesen werden. Von den untersuchten Zytokinen konnten wir in den CD34+ HSPCs lediglich die Sekretion von IL-8 nachweisen, was sich jedoch mit vorherigen Arbeiten deckt (Majka et al. 2001). Interessanterweise wurde diese durch RT deutlich gesteigert, was Teil einer Stressreaktion sein und zur Mobilisierung der CD34+ HSPCs beitragen könnte (Laterveer et al. 1995). IEPA hatte hierauf keinen Einfluss. Limitationen der Arbeit Aufgrund von Limitationen unserer Versuche ist eine Unterschätzung der Effekte von IEPA, insbesondere in den CD34+ HSPC nicht auszuschließen. So unterscheidet sich die Zellpopulation der CD34+ HSPCs, die aus Nabelschnurblut isoliert wurden, deutlich von einer reinen CD34+ HSPC-Population im Knochenmark, da in ersterer ein großer Teil der Zellen weder Stammzell- noch Progenitor-Eigenschaften aufweist (Jež et al. 2015). Dies erschwert die Übertragung und Interpretation der Ergebnisse aus unseren Versuchen. Zusätzlich muss auf die artifiziellen Bedingungen unserer In-vitro-Experimente an CD34+ HSPCs in Einzelzellsuspension hingewiesen werden. Die vielfältigen Einflüsse des Mikromilieus im Knochenmark, welche in der Einführung ausführlich beschrieben wurden, werden dadurch nur unzureichend berücksichtigt. Auch die strikte Regulierung der intrazellulären ROS in den HSPCs könnte durch den höheren Sauerstoffpartialdruck der Umgebungsluft in unseren Versuchen, verglichen mit den physiologischen Bedingungen im Knochenmark, stark beeinflusst sein. Schlussfolgerungen Zusammenfassend deuten die Ergebnisse unserer Arbeit darauf hin, dass IEPA ein sicherer und vielversprechender Kandidat für weitere Untersuchungen und klinische Studien im strahlentherapeutischen und onkologischen Kontext ist. Der therapeutische Effekt von RT und ChT wurde in den untersuchten Tumorzellen nicht abgemildert. Gleichzeitig konnten wir die Aktivität von IEPA als Radikalfänger nach RT und Anzeichen für eine Erhöhung der Koloniebildungsfähigkeit früher hämatopoetischer GEMM und GM-Progenitorzellen demonstrieren, auch wenn IEPA die CD34+ HSPCs nicht vor den zytotoxischen Einflüssen von RT und ChT schützen konnte. Weitere Versuche sind erforderlich, um die Wirkung von IEPA auf CD34+ HSPCs und die Mikroumgebung des Knochenmarks unter physiologischeren Bedingungen aufzuklären. Neben Kokultur-Verfahren mit CD34+ HSPCs und mesenchymalen Stroma-Zellen, Versuche unter definierten hypoxischen Bedingungen oder Organ-on-a-Chip-Verfahren wären auch weiterführende In-vivo-Versuche denkbar, um diese Einflussquellen zu berücksichtigen.
- Verweis
- Paper zur Dissertation
Link: https://www.mdpi.com/1420-3049/28/5/2008
Imidazolyl Ethanamide Pentandioic Acid (IEPA) as Potential Radical Scavenger during Tumor Therapy in Human Hematopoietic Stem Cells
DOI: 10.3390/molecules28052008 - Freie Schlagwörter (DE)
- Imidazolyl-Ethanamid-Pentandisäure, IEPA, Myelosuppression, Radioprotektion, CD34+ HSPCs
- Klassifikation (DDC)
- 610
- Normschlagwörter (GND)
- 610
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Universität Leipzig, Leipzig
- Version / Begutachtungsstatus
- angenommene Version / Postprint / Autorenversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:15-qucosa2-1051250
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 08.06.2026
- Dokumenttyp
- Dissertation
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Englisch
- Lizenz / Rechtehinweis
CC BY-NC-SA 4.0- Inhaltsverzeichnis
1 Abkürzungsverzeichnis 1 2 Einführung 3 2.1 Wirkmechanismen der Standardtherapie von Glioblastom (GBM) und Plattenepithelkarzinom des Kopf- und Halsbereiches (HNSCC) 3 2.1.1 Epidemiologie 3 2.1.2 Wirkmechanismen der Chemotherapeutika 3 2.1.3 Wirkmechanismen der Radiotherapie 4 2.1.4 Einflüsse auf die biologische Strahlenwirkung 6 2.2 Unerwünschte Wirkungen in der klinischen Anwendung von Radio- und Chemotherapie 7 2.3 Akute Strahlenkrankheit 8 2.4 CD34+ hämatopoetische Stamm- und Progenitorzellen 9 2.4.1 Hierarchie der Hämatopoese 9 2.4.2 Charakteristika der CD34+ HSPCs 9 2.4.3 Einflüsse des Mikromilieus 10 2.4.4 Effekte von RT und ChT auf CD34+ HSPCs und ihre Umgebung 10 2.5 Radioprotektoren 11 2.5.1 Definition und Anwendungsbereiche 11 2.5.2 Verfügbare Wirkstoffe 12 2.5.3 Forschung zu neuen Radioprotektoren 13 2.6 Imidazolyl-Ethanamid-Pentandisäure (IEPA) 14 3 Wissenschaftliche Zielsetzung 15 4 Publikation 16 5 Zusammenfassung der Arbeit 38 6 Literaturverzeichnis 42 7 Anhang 51 7.1 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 51 7.2 Darstellung des eigenen Beitrages 52 7.3 Lebenslauf 53 7.4 Veröffentlichungen im Rahmen dieser Arbeit 54 7.5 Danksagung 55