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Für die Therapie von Pankreaserkrankungen, insbesondere für fortgeschrittene Pankreasadenokarzinome gibt es kaum suffiziente Behandlungsmethoden. Durch chirurgische Interventionen kann der Tumor häufig nicht vollständig entfernt werden und eine pharmakologische Radiochemotherapie führt zu Nebenwirkungen, durch die die Lebensqualität der Patienten deutlich eingeschränkt wird. Durch den Einsatz von Prodrugs könnte dieses Problem gelöst werden. Bei Prodrugs handelt es sich um zunächst inaktive Pharmaka, die durch eine auf den Wirkort beschränkte enzymatische Spaltung aktiviert werden. Bei der humanen β–Glukuronidase handelt es sich um ein solches Enzym. Aufgrund ihrer extrazellulären Lokalisation und verstärkten Expression im Tumorgewebe verschiedenen Ursprungs ist sie für eine Prodrug-Therapie geeignet. Für einen erfolgreichen Einsatz der β–Glukuronidase in der Therapie von Pankreaserkrankungen sind Untersuchungen über die genaue Lokalisation im gesunden und pathologisch veränderten Pankreasgewebe wichtig. Ziel der vorliegenden Arbeit war es deshalb, die mRNA und das Protein in gesundem Pankreasgewebe, im akut und chronisch entzündeten Pankreasgewebe und in unterschiedlich weit entwickelten Pankreaskarzinomen zu lokalisieren und mittels densitometrischer und molekularbiologischer Analysen in diesen Präparaten zu quantifizieren. Mittels in situ Hybridisierung und Immunhistochemie konnte die β–Glukuronidase im gesunden Pankreasgewebe in exokrinen und gering schwächer in endokrinen Zellen lokalisiert werden. Im akut entzündeten Pankreasgewebe (Pankreatitis) wurde die β-Glukuronidase in exokrinen Zellen und in den pankreatischen Ausführungsgängen detektiert. Ebenfalls im exokrinen Pankreasgewebe aber nicht in den Ausführungsgängen konnte bei chronischer Pankreatitis die β-Glukuronidase nachgewiesen werden. Für die genaue Lokalisation der β-Glukuronidase-mRNA und -Proteins in Pankreastumoren standen Gewebeproben verschiedener „Tumor-Grading-Stufen“ zur Verfügung. Im G1, -G2- und G3-Tumorgewebe konnte die β-Glukuronidase in malignen exokrinen Drüsenzellen und im nekrotischen Gewebe lokalisiert werden. Außerdem konnte in der vorliegenden Arbeit bei Präparaten von chronischer Pankreatitis die β-Glukuronidase-Aktivität mittels enzymhistochemischer Methoden in pankreatischen Ausführgängen, exokrinen Drüsenzellen und in endokrinen Inselzellen detektiert werden. Im Zweiten Teil der Arbeit wurde die Expression der β-Glukuronidase im Pankreasgewebe untersucht. Die Untersuchungen zeigten die höchste Expression der β-Glukuronidase-mRNA im Karzinomgewebe im Vergleich zu normalem Gewebe. Dabei wurde in G1-Tumoren eine geringere β-Glukuronidase-mRNA-Expression als in G2- und G3-Pankreaskarzinomen nachgewiesen. Im Gegensatz dazu konnte der höchste β-Glukuronidase-Proteinlevel bei chronischer Pankreatitis nachgewiesen werden, gefolgt von G2- und G3-Pankreaskarzinomen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen ein verstärktes Vorkommen der β-Glukuronidase in pathologisch verändertem Pankreasgewebe. Da aber gleichzeitig ein Nachweis in gesundem Pankreasgewebe und in verschiedenen anderen Zellen, wie z.B. Leukozyten erfolgte, könnte dies ein Problem in der Therapie spezifischer Pankreaserkrankungen mit β-Glukuronidase Prodrugs darstellen. Auf einen Einsatz von β-Glukuronidase Prodrugs in der Behandlung von Pankreaserkrankungen sollte deshalb verzichtet werden.
Pancreatitis is an inflammatory disorder of the pancreas with a mortality rate of 5% and severe negative effects on the quality of life. Of all non-malignant gastrointestinal diseases, it is the most common reason for hospitalization. Pancreatitis is a disease of multiple etiologies with different underlying pathomechanisms. Due to the diversity of mechanisms by which homeostasis within the exocrine pancreas can be disrupted, finding appropriate therapeutic approaches is challenging. Current treatment options are inadequate and are mostly limited to supportive treatment like fluid administration, bowel rest, antibiotics and pain control. Although significant advancements have been achieved in recent decades, the mortality rate for pancreatitis has not decreased. Furthermore, progress is slow due to limited patient sample availability and lack of an appropriate cell model. Taking samples from a human pancreas is typically avoided, because damaging the pancreatic tissue can itself induce pancreatitis. Additionally, while it is possible to keep individual acini in culture, it is not possible to grow pancreatic acinar cells. Thus, less appropriate cell models, often derived from pancreatic cancer samples, have to be used. The most common animal model for pancreatitis is mice, with caerulein administration being the most common method of inducing pancreatitis. However, the use of animal models has significant drawbacks, as they are time-consuming, costly, and pose ethical questions. Furthermore, exposing the pancreas to appropriate stimuli in animal models is difficult. For example, alcohol is the leading cause of pancreatitis in humans, but is typically avoided by animals. Thus, alcohol feeding methods had to be developed to overcome the natural aversion of rodents to alcohol. Results obtained from animal models are also often not transferable into clinical trials and outcomes in humans remain largely unpredictable. Due to the lack of experimental models, our understanding of this highly complex disease is still limited and significant progress is required for the development of effective therapy options.
In this dissertation recombinantly expressed trypsin isoforms and variants of the serine protease inhibitor Kazal-type 1 (SPINK1) inhibitor are used to investigate mechanisms, by which tryptic activity is regulated in pancreatic acinar cells. With premature tryptic activity in the exocrine pancreas being the common focal point of most etiologies connected to pancreatitis, trypsin represents by far the most promising target for treating pancreatitis. Understanding the mechanisms by which the pancreas protects itself and rationalizing mutations that can undermine these protective mechanisms, are important steps towards developing effective therapies.