Durch fortschreitende Entwicklungen in der Krebsforschung und Verbesserungen der Behandlungsoptionen zur Bekämpfung primärer Tumore steigt auch die Inzidenz von Hirnmetastasen. Die Therapiemöglichkeiten für Patienten mit Hirnmetastasen sind jedoch begrenzt und verlängern das Überleben nur kurzzeitig. Mit dem Aufkommen neuartiger Immuntherapien wurde das Feld der Krebsforschung revolutioniert. Checkpoint Inhibitoren, die T-Zellen gegen Krebszellen reaktivieren können, zeigen nach ersten Erkenntnissen Erfolge, sogar im Falle aggressiver Krebsarten wie fortgeschrittener Melanome und Lungenkarzinome. Das Gehirn wurde lange Zeit als immun privilegiert angesehen. Kürzlich wurde jedoch ein klassisches lymphatisches System im zentralen Nervensystem entdeckt. Außerdem ist die Vielfalt an Immunzellen größer als bisher angenommen. Aus diesem Grund, gewinnen Immuntherapien wie Checkpoint Inhibitoren an Bedeutung für die Behandlung von Patienten mit Hirnmetastasen. Der aktuelle Fokus der Forschung liegt auf hochgradig immunogenen Krebsentitäten. Tumore mit geringer Immunogenität wie Brustkrebs wurden bisher weniger intensiv erforscht, da hier von Resistenzen gegen Checkpoint Inhibitoren ausgegangen wird. Die Entwicklung von Strategien um sogenannte 'kalte' Tumore mit geringer Immunogenität in 'heiße' Tumore mit pro-inflammatorischem Tumormikromilieu umzuwandeln und sie somit für Checkpoint Inhibition zu sensibilisieren, ist von großem Interesse. Eine vielversprechende Strategie, die gute Ergebnisse in der Behandlung verschiedener Krebsarten zeigt, ist die Kombination von Checkpoint Inhibitoren mit Radiotherapie. Die Wirksamkeit dieser Kombination wird aktuell in klinischen Studien untersucht, auch in Bezug auf Hirnmetastasen. Dennoch liegt der Fokus auch im Falle der Kombinationstherapien hauptsächlich auf dem Melanom und Lungenkrebs, während Erkenntnisse zur Wirksamkeit von Radio-Immuntherapie gegen Brustkrebs-Hirnmetastasen sehr begrenzt sind. Aus diesem Grund war das Ziel dieser Arbeit zu untersuchen, ob Standard-Radiotherapie Brustkrebs-Hirnmetastasen für Checkpoint Inhibition sensibilisieren kann. In diesem Zusammenhang wurde das Tumormikromilieu des murinen Brustkrebs-Hirnmetastase Modells 99LN-BrM im Detail untersucht, mit dem Hintergrund, den Anteil T Zell hemmender Zelltypen im Gegensatz zu Zellen, die essenziell für Checkpoint Inhibition sind, zu bestimmen. Es konnte bestätigt werden, dass das Tumormikromilieu von 99LN-BrM zwar ein typisch 'kaltes' Milieu ist, das von myeloiden Zellen dominiert wird. Jedoch konnten auch Zelltypen, die für Checkpoint Inhibition essenziell sind, identifiziert werden. Im nächsten Schritt wurde der Einfluss von Bestrahlung auf Brustkrebszelllinien und auf die Komposition von Immunzellen in 99LN-BrM Hirnmetastasen untersucht. Es zeigte sich, dass Brustkrebszelllinien mit Hirntropismus nach in vitro Bestrahlung verstärkt inflammatorische Marker wie TNFα and IL1β exprimieren. Präklinischen Studien offenbarten, dass die Behandlung von 99LN-BrM Mäusen mit fraktionierter Ganzhirnbestrahlung nicht die Rekrutierung potenziell immun suppressiver Zelltypen wie peripherer myeloider Zellen oder regulatorischer T-Zellen verstärkt. Außerdem wurden radiosensitive Zelltypen wie T-Zellen und dendritische Zellen, die ausschlaggebend für die Wirkung von Checkpoint Inhibition sind, nicht depletiert. Im Gegenteil, fraktionierte Ganzhirnbestrahlung steigerte sogar die Infiltration von zytotoxischen CD8+ T-Zellen in 99LN BrM Läsionen. Um ein tieferes Verständnis des T-Zell Kompartiments in 99LN-BrM Läsionen zu erhalten, wurde TCRβ-Sequenzierung angewendet. Diese Analysen zeigten, dass T-Zellen in 99LN-BrM Läsionen und zervikalen Lymphknoten klonal expandieren, was ein Indikator für vorangehende T-Zellaktivierung ist. Jedoch wurde auch eine negative Korrelation von T-Zell Expansion mit Tumorvolumen beobachtet. Dies deutet auf eine fortschreitende Suppression der T Zellantwort hin, was mit in vivo T-Zell Depletions-Experimenten bestätigt werden konnte. Die Depletion von T-Zellen in Mäusen denen 99LN BrM Zellen intrakardial injiziert wurden, verringerte nicht die Zeit bis zur Entstehung der Hirnmetastasen. Dies weist auf eine effektive Suppression der T-Zellantwort in 99LN-BrM hin. Tumorzellen nutzen hierbei grundlegende Mechanismen der Regulation der T-Zellaktivität mittels Immuncheckpunkten aus. In diesem Zusammenhang spielt die PD-1/PD-L1-Achse eine zentrale Rolle. Durch die Expression von PD-L1 können Tumorzellen PD-1 positive T-Zellen im Tumormikromilieu hemmen. Die in vitro Analyse der PD-L1 Expression in Brustkrebszelllinien mit Hirntropismus zeigte, dass der Ligand auf RNA- und Proteinebene exprimiert wird. In vivo Analysen demonstrierten, dass ein hoher Anteil an T-Zellen in 99LN BrM Läsionen PD-1 exprimieren, während PD-L1 von Tumorzellen, myeloiden Zellen und T Zellen exprimiert wird. Die Analyse des myeloiden Kompartiments zeigte außerdem, dass ein hoher Anteil der infiltrierenden myeloiden Zellen PD-L1 positiv ist. Dies ist nicht der Fall bei den hirnresidenten Mikroglia. In einer präklinischen Studie von 99LN-BrM Mäusen mit anti-PD-1, Bestrahlung oder eine Kombination aus Beidem, zeigte die Radio-Immuntherapie erhöhte Wirksamkeit im Vergleich zu den Monotherapien. Die Tumorprogression wurde verzögert, was zu einem signifikant erhöhten medianen Überleben führte. Ein langfristiger Effekt konnte jedoch nicht erzielt werden. Durchflusszytometrie und histologische Analysen offenbarten, dass die Infiltration von CD4- als auch CD8-positiven T-Zellen, nur in der Kombinationsgruppe erhöht war. Zur selben Zeit verstärkte sich jedoch auch die Infiltration mit PD-L1 positiven peripheren myeloiden Zellen, besonders mit Knochenmarks-Makrophagen. Am ausgeprägtesten war diese Infiltration in der Kombinationsgruppe zu beobachten, was auf eine wichtige Rolle der peripheren Makrophagen in der Resistenzentwicklung gegen die angewendete Radio-Immuntherapie hindeutet. Außerdem ist die Fähigkeit von tumorkonditionierten Knochenmarks-Makrophagen, T-Zellen in vitro zu hemmen, größer im Vergleich zu tumorkonditionierten Mikroglia. Um Möglichkeiten zu finden Langzeiteffekte zu erzielen, wurden zusätzlich zur Radio-Immuntherapie mit anti-PD-1 Makrophagen pharmakologisch inhibiert. Eine Strategie beinhaltete die Inhibition des CXCR4 Rezeptors, der von Makrophagen exprimiert wird, durch den CXCR4 Inhibitor AMD3100. Dieser Ansatz sollte die Rekrutierung von Knochenmarks-Makrophagen zu den Hirnmetastasen hemmen. Der zweite Ansatz umfasste die Blockade von CSF1R, der Rezeptor des Zytokins CSF1, das wichtig ist für das Überleben von Makrophagen im Allgemeinen. In vitro Analysen bestätigten die Expression der Komponenten beider Signalwege in Brustkrebszelllinien. In präklinischen Studien konnten beide Strategien jedoch keine Langzeitwirkung der Radio-Immuntherapie induzieren. Die Analyse der 99LN-BrM Läsionen zeigte, dass die Inhibition von CXCR4 nicht die Rekrutierung von Knochenmarks-Makrophagen aufhalten konnte. Die Infiltration von PD L1 positiven Immunzellen wurde sogar verstärkt. Die pharmakologische Hemmung von CSF1R führte zwar zur Depletion der meisten Makrophagen in den Hirnmetastasen, Mikroglia eingeschlossen, sie führte jedoch auch zu einer signifikanten Verringerung der T Zellinfiltration, welche essenziell für die Wirksamkeit von Checkpoint Inhibition ist. Um in der Zukunft Langzeiteffekte zu erzielen, muss ein tiefergehendes Verständnis der Rolle myeloider immunsuppressiver Zellen in Brustkrebs-Hirnmetastasen erreicht werden. Außerdem müssen Strategien entwickelt werden, die spezifisch die Rekrutierung peripherer myeloider Zellen hemmen, während andere Immunzellen verschont bleiben.