AG Hirntumorforschung
Hirntumor-Biobank
Substanztestung an Patienten-abgeleiteten Tumormodellen
Entwicklung experimenteller Hirntumortherapien an „Organ on a Chip“ und Tiermodellen

Leiter der Arbeitsgruppe:
Prof. Dr. med. Carl Friedrich Classen

Laborleiterin:
M. Sc. Christin Rieß

Doktorand:innen: 
cand. med. Katharina del Moral
cand. med. Charlotte Linke
cand. med. Anna Sophie Schulz

Kooperationspartner:

PD Dr. rer. nat. Claudia Maletzki
Zentrum für Innere Medizin, Medizinische Klinik III, Rostock

Dr. med. Björn Schneider
Institut für Pathologie, Rostock

PD Dr. rer. nat. Tomas Fiedler
Institut für Medizinische Mikrobiologie, Virologie und Hygiene, Rostock

Prof. Dr. med. F. Freiman, PD Dr. Dr. F. Gessler, Dr. med. D. Dubinski
Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie, Rostock

Dr. med. D. Koczan
Institut für Immunologie der Universität Rostock, AG Molekulare Immunologie

Prof. Dr. med. B. Krause
Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Rostock

PD Dr. rer. nat. Michael Linnebacher
AG Molekulare Onkologie, Chirurgische Klinik und Poliklinik der Universität Rostock

Prof. Dr. med. Holger Lode
Abt. Allgemeine Pädiatrie / Pädiatrische Onkologie und Hämatologie, Greifswald

Prof. Dr. med. S. van Gool, M.D., Ph.D.
Medizinische Leitung der Translationalen Onkologie, Immunologisches Onkologisches Zentrum Köln

Abgeschlossene Promotionen:
Dr. med. Till Fadenholz
Dr. med. Poroshista Mokri
Dr. rer. nat. Christina Mullins
Dr. med. Anne Pichorner, geb. Enders
Dr. med. Julia Würtemberger, geb. Schubert
Dr. med. Madlin Walther
Dr. rer. nat. Doreen William

Gegenstand der Forschung:
Hirntumoren machen etwa 20 % der bösartigen Erkrankungen des Kindesalters aus; und unter den Hirntumoren sind wiederum rund 20 % sogenannte hochmaligne Gliome, also v.a. Glioblastome (GBM; °IV nach der WHO-Klassifikation) – bei Erwachsenen sind sie mit 50% sogar die häufigste Hirntumorart. Diese Art von Tumoren sind auch heute noch - trotz möglichst vollständiger Operation, Bestrahlung und Chemotherapie mit dem Alkylanz Temozolomid - für die meisten Betroffenen tödlich; nur 3-10 % überleben 5 Jahre. Die Behandlungslimitation der Standardtherapie und das damit einhergehende verringerte Gesamtüberleben unterstreichen die dringende Notwendigkeit neuer und erweiterter Therapiemodalitäten.

Hirntumor-Biobank
In den vergangenen Jahren wurden in Rostock, mit Einverständnis der Patienten und Angehörigen, Gewebeproben von WHO-Grad I-IV Hirntumoren gesammelt und damit eine Biobank aufgebaut. In unseren Untersuchungen zeigt sich, dass die molekulargenetischen Merkmale mit einer hohen biologischen Heterogenität einhergehen, die wiederum in gänzlich unterschiedlichen Phänotypen resultieren. Hierbei werden die Zellen der Patienten sowohl in zweidimensionalen, also 2D – als auch im 3D in vitro-Zellkulturmodellen (Neuro- als auch Stammzell-ähnliche Sphäroide) kultiviert.

Substanztestung an Patienten-abgeleiteten Tumormodellen
Mit Hilfe dieser Patienten-individuellen Zelllinien können Stoffwechselwege als prädiktive Targets identifiziert werden und zielgerichtete Therapeutika Anwendung finden:

Das mikrobielle Enzym Arginin Deiminase (ADI)

Arginin stellt eine semiessentielle Aminosäure für eine Vielzahl von Zellen dar. Ein Teil unserer Glioblastomzelllinien sind Arginin-auxotroph, was sie für einen gezielten Abbau dieser Aminosäure empfänglich macht. Der Einsatz des mikrobiellen Enzyms Arginin Deiminase (ADI), ursprünglich gewonnen aus Streptococcus pyogenes (in Zusammenarbeit mit der AG Fiedler), ist damit ein potentielles Target bei der Behandlung von GBM. In Kooperation mit PD Dr. Tomas Fiedler und PD Dr. Claudia Maletzki arbeiten wir nun an einem erweiterten Arginin-Entzugs-Ansatz.

Cyclin-abhängige Kinase-Inhibitoren (CDKi)

Cyclin-abhängige Kinasen (CDK) gehören zur Familie der konservierten Serin-/ Threonin-Proteinkinasen und spielen eine wesentliche Rolle bei der Regulation des Zellzyklus, bei der Aufrechterhaltung der Homöostase als auch der normalen Zellproliferation. Genomanalysen konnten aufzeigen, dass etliche Tumorentitäten, dazu zählt ebenso das GBM, Veränderungen in den CDK-vermittelten Signalwegen aufweisen. Dementsprechend stellen CDK-Inhibitoren einen weiteren Ansatz dar, um effektiv das GBM-Wachstum einzudämmen.

GD2-Antikörper

Das Disialogangliosid GD2 wird u.a. in hohem Maße von Tumoren der Neuralleiste wie dem Neuroblastom exprimiert. Bei pädiatrischen Neuroblastom-Patienten stellt GD2 nicht nur einen diagnostischen Marker dar, sondern bildet ebenso eine Grundlage für eine GD2-gerichtete Therapieoption. In Zusammenarbeit mit der AG von Prof. Dr. Holger Lode, Greifswald, wird nun untersucht, inwiefern der Einsatz des von ihnen entwickelten spezifischen GD2-Antikörpers ebenso eine Behandlungsmodalität bei dem GBM begründet.

Entwicklung experimenteller Hirntumortherapien an „Organ on a Chip“ und Tiermodellen
Perspektivisch ist geplant die vielversprechendsten Therapieoptionen im subkutanem bzw. orthotopen Tiermodell als auch auf neuartigen 3D-Kultur-„Chips“ zu validieren. Hierzu werden aufbereitete GBM-Gewebeproben in speziellem Verfahren subkutan oder orthotop an die Mäuse implantiert. Im Rahmen der Core Facility „Multimodale Bildgebung“ wird der Therapieerfolg beurteilbar. Die „Organ-on a Chip-Kultur“ stellt eine Weiterentwicklung der klassischen in vitro Zellkultur dar und ermöglicht hiermit eine möglichst reale Abbildung der physiologischen Vorgänge im menschlichen Organismus mittels mikrofluider Platten.

Publikationsliste Prof. Dr. med. C. F. Classen - hier.

Publikationsliste M. Sc. Christin Rieß - hier.

Brain Tumor Research Group

Brain tumor biobank
Substance testing using patient derived tumor models
Development of experimental brain tumor therapies using „Organ on a Chip“ and animal models

Working Group Head:
Prof. Dr. med. Carl Friedrich Classen

Lab Head:
M. Sc. Christin Rieß

Doctorate Students: 
cand. med. Katharina del Moral
cand. med. Charlotte Linke
cand. med. Anna Sophie Schulz

Cooperation partners:
PD Dr. rer. nat. Claudia Maletzki
Zentrum für Innere Medizin, Medizinische Klinik III, Rostock

Dr. med. Björn Schneider
Institut für Pathologie, Rostock

PD Dr. rer. nat. Tomas Fiedler
Institut für Medizinische Mikrobiologie, Virologie und Hygiene, Rostock

Prof. Dr. med. F. Freiman, PD Dr. Dr. F. Gessler, Dr. med. D. Dubinski
Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie, Rostock

Dr. med. D. Koczan
Institut für Immunologie der Universität Rostock, AG Molekulare Immunologie

Prof. Dr. med. B. Krause
Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Rostock

PD Dr. rer. nat. Michael Linnebacher
AG Molekulare Onkologie, Chirurgische Klinik und Poliklinik der Universität Rostock

Prof. Dr. med. Holger Lode
Abt. Allgemeine Pädiatrie / Pädiatrische Onkologie und Hämatologie, Greifswald

Prof. Dr. med. S. van Gool, M.D., Ph.D.
Medizinische Leitung der Translationalen Onkologie, Immunologisches Onkologisches Zentrum Köln

Completed Doctorate Theses:
Dr. med. Till Fadenholz
Dr. med. Poroshista Mokri
Dr. rer. nat. Christina Mullins
Dr. med. Anne Pichorner, b. Enders
Dr. med. Julia Würtemberger, b. Schubert
Dr. med. Madlin Walther
Dr. rer. nat. Doreen William

Research focus:
Brain tumors represent about 20 % of malignant diseases in childhood, and among these, about 20 % are so-called highly malignant gliomas, in particular glioblastomas (GBM, °IV according to the WHO classification) – in adults, with 50% they are even the most common type of brain tumor. These tumors even today are – in spite of radical resection, irradiation and chemotherapy using the alcylating agent Temozolomide – fatal for most of the patients; only 3-10 % survive 5 years. The limitations of standard therapy and the low survival underscore the need for novel and extended therapy approaches.

Brain tumor biobank
In recent years, in Rostock, with the patient’s or their guardians‘ consent, tissue probes of brain tumors WHO °I-IV ware collected to build up a large biobank. Our analyses showed that the molecular genetic properties go along with a high biological heterogeneity, resulting in completely different phenotypes. Patient cells are cultivated both in two dimensional, i.e. 2D – as well as 3D in vitro cell culture models (neuro- as well as stem cell-like spheroids).

Substance testing of patient derived tumor models
Using these patient-individual cell lines, metabolic pathways can be identified as predictive targets, leading to targeted therapies:

The microbial enzyme Arginine Deiminase (ADI)

Arginine represents a semi essential amino acid for a number of cells. Also, a part of our glioblastoma cell lines are Arginin-auxotrophic, making them targetable by specific degradation of this amino acid. The microbial enzyme Arginine Deiminase (ADI), originally prepared from Streptococcus pyogenes (in cooperation with the Fiedler lab), is thus a potential target in the treatment of GBM. In cooperation with PD Dr. Tomas Fiedler and PD Dr. Claudia Maletzki we are currently working on an extended Arginin deprivation approach.

Cyclin dependent kinase inhibitors (CDKi)

Cyclin dependent kinases (CDK) belong to a family of highly conserved serin-/threonin protein kinases and play a significant role in cell cycle regulation, in homeostasis and in normal cell proliferation. Genome analyses showed that significant tumor entities, including GBM, show alterations in CDK-mediated signaling pathways. Accordingly, CDK inhibitors represent a further approach to inhibit das GBM growth effectively.

GD2 antibodies

The disialoganglioside GD2 is highly expressed in neural crest tumors like the neuroblastoma. In pediatric neuroblastoma patients, GD2 not only represents a diagnostic marker but is also the basis for a GD2 targeted therapy option. In cooperation with Prof. Dr. Holger Lode’s lab, Greifswald, we now study how the specific GD2 antibody developed by them may also be a treatment modality in GBM.

Development of experimental brain tumor therapies as „Organ on a Chip“ or animal models
Perspectively, we plan to validate the most promising treatment options in subcutaneous or orthotopic animal models or novel 3D culture „chips“. Hereby, specifically prepared GBM tissue probes are implanted subcutaneously or orthotopically into mice. In cooperation with the Core Facility „Multimodal Imaging“, the treatment success will be assessed. „Organ on a Chip culture“ represents a further development of classical in vitro cell culture and enables an optimally realistic representation of physiological processes within the human organism using microfluid tissue plates.

Publication list Prof. Dr. med. C.F. Classen - here.

Publication list M. Sc. Christin Rieß - here.

Working Group Head:
Prof. Dr. med.
Carl Friedrich Classen
carl-friedrich.classen@med.uni-rostock.de

Lab head:
M. Sc.
Christin Rieß
christin.riess@med.uni-rostock.de

Doctorate Students:
cand. med.
Katharina del Moral
katharina.neujahr@uni-rostock.de

cand. med.
Charlotte Linke
charlotte.linke@uni-rostock.de

cand. med.
Anna Sophie Schulz
anna.schulz3@uni-rostock.de