Cancer is a leading cause of death worldwide. Although several common treatment options exist, there is an urgent need for improved tumor therapeutics. Therefore, we evaluated three innovative anticancer approaches in vivo. These were newly synthesized siRNA polyplexes, novel myxobacterial anticancer compounds, and innovative polymeric melphalan formulations.

We evaluated the in vivo characteristics of polymeric bound siRNA. We could demonstrate that the polymer FolA-PEG24-K(Stp4-C)2 is an efficient carrier for targeting siRNA to the folate receptor expressing tumor tissue of mice. Moreover, the siRNA was able to enter tumor cells and led to specific gene silencing. After systemic injection, the polyplexes did neither cause any toxic side effects nor accumulate in any healthy organ. With only 6 nm average diameter, polyplexes were very small, resulting in fast removal from blood circulation by renal clearance. Addition of larger PEG spacers to the initial polyplex led to an increased polyplex size. As a result, the renal clearance was decreased, and polyplex distribution in the body was optimized. These results show that the in vivo hurdles of siRNA delivery can be overcome by binding siRNA to the precise and multifunctional polymers.

Natural compounds have broad therapeutic effects, and are basis for the production of various anticancer drugs. Myxobacterial products often target cell structures which are rarely targeted by other metabolites, and they exert novel modes of action. Therefore, they are of particular importance for the development of new anticancer drugs. In this thesis, we evaluated three novel myxobacterial compounds in vivo. Within our experimental settings, we could demonstrate for the first time that archazolid, pretubulysin and chondramide can impair the migration and colonization of breast cancer cells in mice. Concerning their impact on tumor growth reduction, the compounds have promising characteristics, but the experimental setups need further improvement.

Cytostatic drugs, like melphalan play an important role in cancer therapy, but bear problems, such as a low therapeutic efficacy and strong toxic side effects. Immobilization of chemotherapeutics on polymers is an interesting option to reduce their toxicity and enhance their efficacy, mainly by passive tumor targeting. We evaluated three innovative polymer-melphalan formulations in cell viability and proliferation assays. The covalent conjugate of poly(oxyethylene H-phosphonate) with melphalan was additionally investigated in vivo. This polymeric immobilization of melphalan led to an improved therapeutic effect compared to the pure cytostatic drug, as the growth and regrowth of HuH7 tumors could be hampered effectively.

In conclusion, this thesis deals with the in vivo evaluation of innovative cancer therapeutics, which were successfully investigated in murine tumor models. The results with the experimental agents, based on siRNA, polymers or biogenic drugs, are encouraging starting points for further anticancer research.

In der durchgeführten Studie wurden die nadellose Injektion und die konventionelle Injektion mit Nadel für die intramuskuläre Applikation von Arzneimitteln miteinander verglichen. Für die nadellose Injektion wurde das druckluftgesteuerte Injektionsgerät Pulse® 250 (Pulse Needlefree Systems, Kansas, USA, Vertrieb durch Schippers, Kerken) zur intramuskulären Injektion verwendet, das für den Einsatz an Schweinen vorgesehen ist.

Das Injektionsverfahren wurde im Vergleich zur konventionellen Injektion mit Nadel auf seine Verträglichkeit und Zuverlässigkeit untersucht. Zur Beurteilung der Verträglichkeit wurde die Injektionsstelle klinisch und pathologisch untersucht sowie vor und nach der Injektion die Cortisol-, CK- und AST-Konzentration im Serum bestimmt. Zur Beurteilung der Zuverlässigkeit wurde der Verlauf der Arzneimittelkonzentration im Serum gemessen.

Eine Anwendung des nadellosen Injektionsgerätes bei neugeborenen Saugferkeln kann aufgrund des erheblichen injektionsbedingten Anstieges der Cortisolkonzentration sowie der reduzierten Arzneimittelkonzentration nicht uneingeschränkt empfohlen werden.

Die Stentthrombose stellt eine der schwerwiegendsten Komplikationen koronarer Stentimplantationen dar. Bisher gibt es keine Möglichkeit, die vaskuläre Einheilungsphase nach einer Stentimplantation zuverlässig zu beurteilen, um somit die optimale Zeitdauer der dualen antithrombozytären Therapie für jeden Patienten zuverlässig festzulegen.

Folglich war das Ziel dieser Arbeit, präklinisch gewonnene bildgebende Daten (OCT-Daten) mittels histologischer Korrelation zu validieren, sowie eine Graustufenmessung zur Gewebedifferenzierung zu etablieren. Letztendlich konnte dadurch die vaskuläre Einheilungsphase nach einer Stentimplantation mittels optischer Kohärenztomographie für jeden Patienten individuell beurteilt werden.

Bandscheibenbedingte Rückenschmerzen stellen eine Gesundheitsstörung von

herausragender Bedeutung dar. Innovative Therapiekonzepte sind darauf

ausgerichtet, schmerzhaft degenerierte Bandscheiben in ihren natürlichen Strukturen

zu regenerieren. Allein durch den chirurgischen Eingriff zur Anwendung dieser

Therapiekonzepte wird jedoch die mechanische Kompetenz der Bandscheibe

empfindlich gestört. Derzeit ist nicht bekannt, ob neue Nukleusersatzmaterialien für

Tissue engineering Strategien an der Bandscheibe diesen Verlust kompensieren

können. Daher war es das Ziel der Dissertation in einem kombinierten

experimentellen Versuchsansatz aus In-vivo-, Ex-vivo-, In-vitro- und In-silico-

Untersuchungen, neu entwickelte Hydrogele als Nukleusersatz im Tiermodell Schaf

zu untersuchen und das Schaf als Tiermodell im Bereich der Bandscheibenforschung

näher zu charakterisieren.

Um ein physiologisches Lastprotokoll für die In-vitro-Untersuchungen zu etablieren,

wurde an drei Schafen der intradiskale Druck (IDP) über je 24 Stunden gemessen.

Der gesamte Datenpool des ersten Schafes wurde in eine Aktivitäts- und

Erholungsphase unterteilt und ex vivo aus den IDP-Durchschnittswerten beider

Phasen die entsprechenden axialen Kompressionskräfte abgeleitet. In vitro wurde

ein Kriech-Relaxations-Test an 36 ovinen lumbalen Bewegungssegmenten

durchgeführt. Die Segmente wurden drei Belastungszyklen ausgesetzt, die jeweils

aus einer 15-minütigen Belastungsphase (130 N) und einer 30-minütigen

Erholungsphase (58 N) bestanden. IDP-Verlauf und Höhenverlust der Segmente

wurden in sechs verschiedenen Versuchsgruppen untersucht: (i) INTAKT;

(ii) DEF-AN: Eine schräge Anulusinzision. Der Defekt wurde durch Naht und

Cyanoacrylatkleber verschlossen. (iii) DEF-NUKn+k: Nukleusgewebe wurde entfernt

und anschließend reimplantiert. Der Anulusverschluss erfolgte wie in DEF-AN.

(iv) DEF-NUKp: Entsprechend dem Vorgehen in Testgruppe DEF-NUKn+k wurde der

Nukleus entfernt und reimplantiert. Um eine Volumenverdrängung reimplantierten

Gewebes in den inneren Anulusdefekt zu vermeiden, erfolgte der Verschluss mittels

eines Plugs. Abschließend wurden zwei Hydrogele als Nukleusersatz untersucht:

(v) DDAHA und (vi) iGG-MA. Zur besseren Interpretation der In-vitro-Ergebnisse

wurden Finite-Elemente-Analysen an einem Bandscheibenmodell durchgeführt.

In vivo lag der Bandscheibendruck beim Schaf nahezu konstant höher als beim

Menschen. Niedrigste Druckwerte wurden intraoperativ mit ~0,5 MPa ermittelt.

Höchste Druckwerte wurden für Aufstehen oder Drehen mit 3,6 bzw. 2,6 MPa

gemessen und waren damit ungefähr zwei- bis viermal höher in der ovinen

Bandscheibe. Die IDP-Mittelwerte der Aktivitäts- und Erholungsphasen des ersten

Schafes lagen bei ~0,75 bzw. ~0,5 MPa, welche axialen Kompressionskräften von

130 bzw. 58 N entsprachen. Im Kriech-Relaxations-Test hatte ein isolierter

Anulusdefekt (DEF-AN) keinen Einfluss auf Höhenverlust und IDP der Segmente.

DEF-NUKn+k, DEF-NUKp, DDAHA und iGG-MA hingegen steigerten den

Höhenverlust und verringerten signifikant den IDP im Vergleich zu INTAKT. Die

Modellvorhersagen belegten erhebliche Auswirkungen eines reduzierten

Wassergehalts, Kompressionsmoduls und osmotischen Potentials des

reimplantierten Gewebes auf den Höhenverlust und IDP des Segmentes. Die

Lastübertragung innerhalb der Bandscheibe veränderte sich hierdurch deutlich und

ging mit einer erhöhten Belastung des Anulus einher.

Die vergleichsweise hohen Bandscheibendrücke des Schafes stehen der weit

verbreiteten Meinung gegenüber, dass aufgrund der horizontal ausgerichteten

Wirbelsäule des Vierbeiners, intradiskale Lasten geringer sein müssten als beim

Menschen. In Kenntnis der vorliegenden Untersuchungen sollte die Rechtfertigung

bzw. der Ausschluss des Schafes als Modell im Bereich der Wirbelsäule nicht auf

Unterschieden im Gang begründet werden, sondern auf mechanischen

Überlegungen bzgl. künftiger Einsatzgebiete. Die In-vitro-Ergebnisse zeigen

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, die saisonale Aktivität der Schildzecke I.

ricinus L. an ausgewählten Standorten in Süddeutschland zu untersuchen und daraus

Rückschlüsse auf die Populationsdynamik zu ziehen. Hierzu wurden von Februar 2011 bis

Dezember 2011 in monatlichen Abständen an 13 Standorten in drei Bundesländern

Zecken gesammelt. Insgesamt wurden 14.394 Zecken (7862 Larven, 5568 Nymphen, 455

weibliche Zecken und 509 männliche Zecken) gesammelt, von denen 14.383 Zecken der

Art I. ricinus angehörten, während 11 Zecken der Art D. reticulatus zuzuordnen waren.

Zusätzlich wurden an jedem Standort diverse Klimadaten gemessen. Die so erhobenen

Daten wurden mittels Poisson-Regression statistisch untersucht.

Zecken konnten in den Monaten Februar bis November gesammelt werden und waren bis

zu einer Temperatur von 1,1 °C aktiv. An 7 der 13 Standorte zeigte sich ein unimodaler

Aktivitätsverlauf mit lediglich einem Aktivitätsmaximum in den Monaten April und Mai. An

den restlichen 6 Standorten konnte ein bimodaler Verlauf mit einem zweiten kleineren

Aktivitätsmaximum im Herbst beobachtet werden. Die Ergebnisse stützen somit die

Hypothese, dass sich der Aktivitätszeitraum von I. ricinus in Mitteleuropa aufgrund von

günstiger werdenden klimatischen Bedingungen verlängert.

In der Poisson-Regression zeigte sich eine signifikante positive Abhängigkeit der

verschiedenen Entwicklungsstadien von Sonnenscheindauer und Luftfeuchtigkeit.

Ebenfalls einen signifikanten Einfluss zeigte die Niederschlagsmenge, wobei dieser Wert

einen negativen Zusammenhang mit der Zeckendichte aufwies.

Insgesamt wiesen die Standorte aber einen relativ einheitlichen Klimaverlauf auf, welcher

die teilweise großen Unterschiede bezüglich der Gesamtzeckenzahl und der Verteilung

der Entwicklungsstadien zwischen den einzelnen Standorten nicht in voller Zufriedenheit

erklären kann. Es müssen deswegen auch die anderen im Habitat herrschenden Bedingungen wie Vegetation und Wirtstiervorkommen in die Betrachtung mit einbezogen

werden, da all diese Faktoren ein komplexes System darstellen, in dem jeder Faktor die

anderen maßgeblich beeinflusst. An Standorten mit einem geringen Zeckenvorkommen

war fast auch immer entweder eine geringe bis nicht vorhandene Laubstreuschicht mit

stark sonnenexponierten Flächen und damit fehlende Rückzugsorte insbesondere für

subadulte Zecken vorzufinden, oder aber es herrschten ungünstige Lebensbedingungen

für ihre Wirtstiere.

Die Reabsorptionsprozesse der Niere leisten einen essentiellen Beitrag zur Salz-, Wasser- und Blutdruckhomöostase. Die Erforschung dieser Mechanismen ist ein wichtiges Element der Hypertonietherapie. In diesem Zusammenhang sind die sogenannten WNK-Kinasen, die die Aktivität renaler Ionentransporter regulieren, von besonderem Interesse. Die WNK3-Kinase spielt in vitro eine wichtige Rolle bei der Aktivierung von NKCC2 und NCC. Das Ziel dieser Arbeit war daher, die Relevanz von WNK3 für die Nierenfunktion und die Blutdruckhomöostase in vivo zu klären. Hierzu wurden Versuche an WNK3-defizienten Mäusen durchgeführt. Es konnte kein relevanter renaler Phänotyp bei den WNK3-KO-Mäusen detektiert werden. Jedoch konnte eine signifikant gesteigerte WNK1-Expression nachgewiesen werden. Das Fehlen der WNK3-Kinase-Funktion scheint durch einen über die WNK1-SPAK/OSR1-Achse verlaufenden Mechanismus kompensiert zu werden. Die WNK3-Kinase scheint somit nur ein Teil eines Netzwerks von Kinasen zu sein, die an der Regulation der Nierenfunktion beteiligt sind.