Assessment of cytotoxicity against diffuse midline glioma and drug-induced neurotoxicity of novel chemotherapeutic agents

Begaj, Kaltra (2024): Assessment of cytotoxicity against diffuse midline glioma and drug-induced neurotoxicity of novel chemotherapeutic agents. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Central nervous system (CNS) tumors are the second most common pediatric malignancy in Germany after leukaemia and the leading cause of cancer-related death in childhood. Diffuse midline glioma (DMG) is a highly malignant glioma that accounts for only 15-20% of all CNS tumors in children, yet is responsible for the highest mortality rate in this patient population. The poor prognosis of 9-15 months after diagnosis and the only marginal survival benefits of current treatment options highlight the need for new therapeutic approaches. The aim of this thesis is to identify promising novel therapies against DMG using robust, preclinical, animal-free cell models to provide a basis for planning clinical trials. A single-agent sensitivity drug screen against DMG and a neurotoxicity assessment of thirty novel chemotherapeutic agents identified HSP90 inhibitors HSP990 and SNX2112 and NAMPT inhibitor daporinad as promising anti-DMG candidates with a wide therapeutic window. In this thesis, no animal-based experiments were conducted, as they are not only time-consuming, ethically controversial, and expensive, but also have limited translatability to humans. Five patient-derived DMG cell lines were used for sensitivity drug screening, whereas neurons for neurotoxicity screening were differentiated from human pluripotent cells. By using customized patient-specific tumor cells and iPSCs, it is possible to develop personalized therapies for patients using the same methods as in this work. Our in vitro drug screening provides insights into neurotoxicity and efficacy against various DMG cell lines but does not account for other treatment challenges such as BBB penetration, drug resistance, and cell-environment interaction. Given the complexity of treating DMG, further, more in-depth drug validation experiments are needed.

Abstract

Tumore des zentralen Nervensystems (ZNS) sind nach Leukämien die zweithäufigste pädiatrische Tumorerkrankung in Deutschland und die führende Ursache für krebsbedingte Todesfälle im Kindesalter. Diffuse Mittelliniengliome (DMG) sind hochmaligne pädiatrische ZNS-Tumore, die zwar nur 15-20 % aller Hirntumoren im Kindesalter ausmachen aber für die höchste Mortalität in dieser Patientengruppe verantwortlich sind. Die ungünstige Prognose der DMG mit einem Gesamtüberleben von 9 - 15 Monate nach Diagnosestellung und die bis dato nur marginalen Überlebensvorteile der bisherigen Behandlungsmöglichkeiten verdeutlichen den Bedarf an neuen therapeutischen Ansätzen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, durch den Einsatz robuster präklinischer tierfreier Zellmodelle neue therapeutische Optionen gegen DMG zu identifizieren und eine Grundlage für die Planung klinischer Studien zu bieten. Durch ein in vitro Screening der zytotoxischen Wirkung von dreißig Chemotherapeutika gegen DMG-Tumorzellen und gesundes Nervengewebe konnten wir die HSP90-Inhibitoren HSP990 und SNX2112 sowie den NAMPT-Inhibitor Daporinad als vielversprechende Kandidaten mit einem breiten therapeutischen Fenster identifizieren. In dieser Arbeit wurden keine tiergestützten Experimente durchgeführt, da sie nicht nur zeitaufwändig, ethisch umstritten und teuer sind, sondern die auch nur begrenzt auf den Menschen übertragbar sind. Für das Zytotoxizität-Screening gegen DMG-Tumorzellen wurden die Zellen von fünf DMG-Patienten gewonnen, während die Neuronen für das Neurotoxizitäts-Screening aus humanen pluripotenten Zellen differenziert wurden. Durch Verwendung von patientenspezifischen Tumorzellen und iPSCs ist es möglich mit denselben Methoden wie in dieser Arbeit personalisierte Therapien für Patienten zu entwickeln. In Anbetracht der Herausforderungen bei der Behandlung von DMG, wie der Blut-Hirn-Schranke, der Entwicklung von Arzneimittelresistenzen oder der Mikroumgebung des Tumors, sind weitere, tiefergehende Experimente zur Arzneimittelvalidierung erforderlich.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 11. November 2024
• 1. Bericht­erstatter:in: Herms, Jochen