Dokument: PRECISION MEDICINE DEVELOPMENTS AGAINST GLIOBLASTOMA STEM CELLS IN A PRECLINICAL SETTING

Titel:	PRECISION MEDICINE DEVELOPMENTS AGAINST GLIOBLASTOMA STEM CELLS IN A PRECLINICAL SETTING
Weiterer Titel:	PRÄZISIONSMEDIZIN ENTWICKLUNGEN GEGEN GLIOBLASTOM-STAMMZELLEN IN EINER PRÄKLINISCHEN EINSTELLUNG
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=58875
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20220302-113656-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Vargas-Toscano, Andres [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 30,63 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 20.02.2022 / geändert 02.03.2022
Beitragende:	Prof. Dr. med. Sabel, Michael [Gutachter] Prof. Dr. Reifenberger, Guido [Gutachter]
Stichwörter:	Glioblastoma; cancer stem-like cells; glioblastoma stem cells; rapalink-1; tumor treating fields; EMT; therapy resistance; human stem cell; in vitro platform; drug development; risk assessment; mTOR; drug repurposing; neurotransmitters; precision medicine; personalized medicine; robot; translational research; Fluorescent gold nanoparticles; Rapid nanoparticle synthesis; nanoparticle internalization
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Summary: The long-term and efficient treatment of glioblastoma, the most common and most aggressive primary brain tumor, is still an unsolved medical problem despite decades of intensive research. Consequently, the experiments of this doctoral project were focused on the development of targeted treatments against glioblastoma stem-like cells (GSCs). GSCs are a special tumoral cell population that shares biological features of normal stem cells and is considered to be largely responsible for the progression of the disease and the mediation of therapy resistance. Therefore, we developed precision medicine technologies to test preclinical models of glioblastoma, including GSC cell lines and primary patient-derived cells, as well as neural stem cells and induced pluripotent stem cells by using spheroid suspension cell culture techniques in order to obtain pathophysiologically relevant findings. The first paper reports on the preclinical efficacy of Rapalink-1 (RL1), a recently developed chemical compound that broadly inhibits the mTOR signaling pathway, in glioblastoma models. Mechanistically, it is shown that RL1 can effectively suppress stem-like behavior and the epithelial-to-mesenchymal-like transition (EMT) of GSCs. Further findings showed that exposure to RL1 synergistically reinforced the therapeutic potential of clinically approved glioblastoma treatments, namely chemotherapy with temozolomide and electrophysical therapy with Tumor Treating Fields (TTFields). In parallel, the second paper reports on the identification of 22 drugs with in vitro activity against GSCs, including an mTOR inhibitor and the clinically approved Parkinson’s drug trihexyphenidyl (THP), suggesting potential repurpose-candidates for glioblastoma therapy. The experiments involved an in vitro high throughput screening of drugs enabled by the implementation of an automated, robotically-mediated liquid handling device. Moreover, the mode of action of THP was investigated by mechanistic investigations. The final paper included in this thesis reports on the development of a gold nanoparticle carrier technology that allows for effective transfection of GSCs and thus can function as a scaffold to increase efficacy of anti-GSC-directed treatments such as pharmacotherapy or gene therapy. In summary, this dissertation shows that precision medicine approaches in GSC models involving in vitro high throughput drug screening, functional in vitro analyses, and nanotechnology-based methods can reveal potentially synergistic effects to established treatments, which may pave the way towards novel strategies for glioblastoma therapy. Zusammenfassung: Die langfristige und effiziente Behandlung des Glioblastoms, des häufigsten und aggressivsten primären Hirntumors, ist trotz jahrzehntelanger intensiver Forschung noch immer ein ungelöstes medizinisches Problem. Folglich konzentriert sich dieses Promotionsvorhaben auf die Entwicklung gezielter Behandlungen gegen Glioblastomstammzell-ähnliche Zellen (Glioma Stem-like Cells, GSCs), die als spezielle Tumorzellpopulation analog zu gesunden Stammzellen beschrieben werden. GSCs gelten maßgeblich als Grund für das Fortschreiten der Krankheit und die Vermittlung von Therapieresistenzen. Aus diesem Grund wurden methodische Ansätze der Präzisionsmedizin im Rahmen von präklinischen Modellen des Glioblastoms, d.h. GSC-Zelllinien und primäre Patientenzellen sowie neurale Stammzellen und induzierte pluripotente Stammzellen unter Verwendung von etablierten Sphäroidzellkulturtechniken getestet, um pathophysiologisch relevante Ergebnisse zu gewinnen. Das erste Originalarbeit berichtet über die präklinische Wirksamkeit von Rapalink-1 (RL1), einer kürzlich entwickelten chemischen Verbindung, die den mTOR-Signalweg weitgehend hemmt, in Glioblastommodellen. Mechanistisch wird gezeigt, dass eine Therapie mit dieser Substanz das stammzellähnliche Verhalten und die Epitheliale-Mesenchymale Transition (EMT) von GSC effektiv unterdrücken kann. In weiteren Versuchen konnte gezeigt werden, dass die Gabe von RL1 synergistisch das therapeutische Potenzial von klinisch zugelassenen Glioblastombehandlungen, wie eine Chemotherapie mit Temozolomid und eine elektrophysikalische Therapie mit Tumor Treating Fields (TTFields), verstärken kann. Parallel dazu wird in der zweiten Originalarbeit die Identifizierung von 22 in vitro gegen GSC wirksamen Medikamenten, darunter ein mTOR-Inhibitor und das klinisch zugelassene Parkinson-Medikament Trihexyphenidyl (THP), als mögliche Repurpose-Kandidaten zur Behandlung von Glioblastomen beschrieben. Diese Experimente wurden mit Hilfe eines in vitro Hochdurchsatz-Screens von Substanzen nach der Implementierung eines automatisierten, robotergesteuerten Liquid-Handling-Geräts durchgeführt. Darüber hinaus wurde die Wirkungsweise von THP durch mechanistische Untersuchungen analysiert. Die zum Abschluss vorgestellte Originalarbeit berichtet über die Entwicklung einer Gold-Nanopartikel-Trägertechnologie, die eine effektive Transfektion von GSCs ermöglicht und somit als neuer Ansatz für wirksame Anti-GSC-gerichtete Behandlungen mittels Pharmakotherapie oder Gentherapie fungieren kann. Zusammenfassend zeigt diese Dissertationsschrift, dass Ansätze der Präzisionsmedizin mittels in vitro Hochdurchsatzanalyse von Medikamenten, funktioneller in vitro Analytik und Nanotechnologie-basierter Verfahren in Glioblastommodellen potentiell synergistisch zu etablierten Behandlungsansätzen wirkende Effekte aufdecken können, welche die Entwicklung neuer Wege in der Behandlung des Glioblastoms aufzeigen können.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	02.03.2022
Dateien geändert am:	02.03.2022
Promotionsantrag am:	23.08.2021
Datum der Promotion:	15.02.2022