Dokument: Generation of genome-edited hiPSC-derived cell models for malignant brain tumors

Titel:	Generation of genome-edited hiPSC-derived cell models for malignant brain tumors
Weiterer Titel:	Generierung von Genom veränderten hiPSC-Zellmodellen für bösartige Hirntumore
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=64075
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20231115-110335-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Krambrich, Constanze [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 36,60 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 07.11.2023 / geändert 07.11.2023
Beitragende:	Prof. Dr. Fritsche, Ellen [Gutachter] Prof. Dr. Klein, Thomas [Gutachter]
Stichwörter:	human induced pluripotent stem cells, glioblastoma, medulloblastoma, drug screening
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Medulloblastom (MB) und Gliobastom (GBM) sind die aggressivsten Hirntumore bei Kindern bzw. Erwachsenen. Die Behandlung beider Tumoren umfasst Resektion, Chemotherapie und Bestrahlung. Obwohl die meisten MB-Patienten eine gute Prognose haben, entwickeln sie aufgrund der aggressiven Behandlung häufig Zweittumore oder haben geistige Einschränkungen. Die GBM-Patienten hingegen haben im Allgemeinen eine voraussichtliche Lebenserwartung von 14 bis 16 Monaten nach der Diagnose und Behandlung. Zudem entsteht oft innerhalb von wenigen Monaten nach der Tumorentfernung ein neuer Tumor. Eine Erklärung für das schnelle Wiederauftreten von GBMs ist die Krebsstammzellenhypothese (CSC). Diese Hypothese besagt, dass eine kleine Anzahl von Tumorzellen stammzellähnliche Eigenschaften haben und resistent gegen die Behandlung sind und somit das Wiederauftreten des Tumors fördern. In den letzten Jahrzehnten konnten molekulare Untergruppen der MB- und GBM-Tumore aufgrund genetischer Veränderungen, z. B. Mutationen oder Genamplifikationen identifiziert werden und es wurde festgestellt, dass die Prognose für jeden Subtyp unterschiedlich ist. Diese Erkenntnisse bieten eine neue Chance für eine wirksamere Behandlung. In dieser Arbeit wurden Modelle für einen Teil der molekularen Subgruppen von MB- und GBM-Tumoren mithilfe von human induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSZ) generiert. Die hergestellten hiPSZ Modelle wurden charakterisiert und anschließend in einem Medikamentenscreening eingesetzt. Es wurden neun Medikamente getestet, die abhängig vom hiPSZ Modell die Lebensfähigkeit der Zellen unterschiedlich stark reduziert haben. Im Vergleich zu den Kontrollen wurden bereits für einzelne hiPSZ Modelle wirksame Medikamente identifiziert. Zudem wurden die hiPSZ Modelle neural differenziert und anschließend als dreidimensionale Neurosphären kultiviert. Mit den Neurosphären wurden zwei Medikamentenscreenings durchgeführt und die Migration, Zytotoxizität und Proliferation untersucht. Die Charakterisierung der hiPSZ und der induzierten neuralen Vorläuferzellen- Modelle zeigte, dass diese Modelle für die Untersuchung von MB und GBM geeignet sind. Mit Hilfe dieses Ansatzes wurde Copanlisib als vielversprechendes Medikament für das MB Gruppe 3 Modell identifiziert, da es die Migration der Tumormodelle deutlich reduzierte und die Zytotoxizität im Vergleich zu den Kontrollzellen und sogar zur Standardbehandlung mit Cisplatin erhöhte. Zusammenfassend hat diese Arbeit gezeigt, dass hiPSZ zur Erzeugung von Tumormodellen verwendet werden können und für das Screening chemischer Substanzen zur Identifizierung neuer Behandlungsansätze geeignet sind. Medulloblastoma (MB) and Gliobastoma (GBM) are the most aggressive brain tumors in children and adults, respectively. Treatment of both tumors includes resection, chemotherapy, and radiation. Although most MB patients have a good prognosis they often develop secondary tumors or have mental disabilities due to the aggressive treatment. In contrast, GBM patients in general have a prognosis of 14 – 16 months after diagnosis and treatment. Further, recurrence of GBM tumors is common. One explanation for the fast recurrence of GBMs, is the cancer stem cell (CSC) hypothesis. This hypothesis describes that a small quantity of tumor cells have stem cell-like characteristics and are resistant against treatment and initiate the recurrence of the tumor. Within the last decades, molecular subgroups of the MB and GBM tumors could be identified due to genetic changes e.g., mutations or gene amplifications and it was discovered that the prognosis for each subtype is different. These findings offer a new opportunity for a more effective treatment. This PhD thesis aims to investigate the utility of human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) to generate subtype-specific MB and GBM tumor cell models and evaluate their applicability for testing chemical compounds. First, subtype-specific mutations of MB and GBM tumors are introduced into the hiPSCs. These generated hiPSC-oncogene models are characterized and utilized for a small-scale chemical compound screening. One advantage of the hiPSC-oncogene models is the possibility to differentiate the cells into the cell type of interest. In this work, the hiPSC-oncogene models were neurally differentiated and the resulting three dimensional neurospheres were also screened for the endpoints cytotoxicity and proliferation, after chemical compound screening. The characterization of the hiPSC and iNPC models revealed that these models are suitable to study MB and GBM. The utilization of the chemical compound screening showed that new treatment approaches can be identified. Using this approach, copanlisib was identified as a promising drug for the MB Group 3 model as it significantly reduced the migration of the tumor models and increased the cytotoxicity, compared to control cells. In conclusion, this work showed that hiPSCs can be utilized to generate tumor models and are applicable for chemical compound screenings to identify new treatment approaches.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	15.11.2023
Dateien geändert am:	15.11.2023
Promotionsantrag am:	20.04.2023
Datum der Promotion:	23.10.2023