Diagnostik und metabolische Therapie bei Krebs

Transkript

1 Diagnostik und metabolische Therapie bei Krebs Apo10 - TKTL1 - ketogene Ernährung Dr. rer. nat. J ohannes F. Coy Folie 1

2 Inhalt Apo10 ein tumorspezifisches Epitop der DNaseX TKTL1 - Marker zum Nachweis von Krebszellen Validität EDIM- Apo10 und EDIM-TKTL1-Tests/Aktuelle Studien Ernährung und Krebs Folie 2

3 Apo10 ein tumorspezifisches Epitop der DNaseX Folie 3

4 Folie 4

5 Apo10 in Karzinomen und Myokardgewebe AC: Adenocarcinoma SCC: Sqamous cell carcinoma Folie 5

6 Apo10 in Blasen und Brustkarzinomen Brustkrebs (AC, Adenocarcinom) Folie 6

7 Apo10 in Mundhöhlenkarzinomen Uni Tübingen / Dr. Grimm n=132/161 (82%) Tumorproben waren Apo10 positiv (Pfeile, nukleäres Expressionsmuster) Apo10 + Assoziation mit Tumorprogression Folie 7

8 Apo10 in Mundhöhlenkarzinomen: Klinische Bedeutung Apo10 Expression negativ positiv Survival probability (%) p = Months after surgery Apo10 - Expression als prognostisch unabhängiger Faktor für schlechtes tumorbedingtes Überleben. Grimm et al Manuskript eingereicht Folie 8

9 Apo10 und TKTL1 in Mundhöhlenkarzinomen: Klinische Bedeutung Patienten mit Apo10/TKTL1-positiven Tumoren haben eine signifikant schlechtere Prognose. Grimm et al, Manuskript eingereicht. Folie 9

10 Apo10 (DNAseX) Eine grundsätzliche Eigenschaft aller Tumore ist, dass entarte Zellen nicht mehr absterben und sich weiter teilen können. Bleiben diese unentdeckt, können sie zu aggressiven Tumoren werden. Der Marker Apo10 zeigt dies an und wird unabhängig von der Tumorentität hochspezifisch in Tumorzellen exprimiert und stellt damit ein universellen Marker für Tumore dar Dies haben Untersuchungen an über 30 Tumorentitäten und mehr als Patientenproben ergeben. Studiendaten zeigen, das hohe Apo10 -Werte mit einer schlechten Prognose korrelieren Dieser Mechanismus bietet neue Möglichkeiten in der Behandlung von Tumoren Folie 10

11 TKTL1 - Marker zum Nachweis von Krebszellen (Invasivität, Resistenz und erhöhte Glukoseaufnahme) Folie 11 11

12 Übersicht Pentosephosphatstoffwechsel Quelle: Riganti et al: The pentose phosphate pathway: An anti-oxidant defense and a cross-road in tumor cell fate, Free Radical Biology and Medicine, 2012 Folie 12

13 Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg Folie 13

14 Studie Uni Frankfurt Untersuchung an Glioblastomzellen: Die Bedeutung von TIGAR/TKTL1 für das Überleben der Zellen? Abschaltung von TKTL1 führt zum Absterben der Krebszellen Die Funktion von TKTL1 ist wesentlich für die Schutzfunktion des PPP in Glioblastomzellen Tp53-induced glycolysis and apoptosis regulator (TIGAR) protects glioma cells from starvation-induced cell death by upregulating respiration and improving cellular redox homeostasis. Wanka C et al, J Biol Chem Sep 28;287(40): Epub 2012 Aug 10., Dr. Senckenberg Institute of Neurooncology, Germany. Folie 14

15 Entdeckung des TKTL1-Stoffwechselwegs TRANSKETOLASE-LIKE 1: A MISSING LINK BETWEEN GLUCOSE AND LIPID METABOLISM IN CANCER (eingereicht) Santiago Diaz-Moralli, Esther Aguilar, Johannes F. Coy, Mieke Dewerchin, Bart Ghesquière, Guy Eelen, Timothy M. Thomson, Peter Carmeliet & Marta Cascante. Folie 15

16 TKTL1: Invasivität und Resistenz Folie 16 16

17 TKTL1 ermöglicht Invasivität TKTL1-positive Krebszellen bilden Milchsäure Auflösung des umliegenden Gewebe Bildung von Metastasen Blasenkrebs nicht-invasiv invasiv Folie 17

18 Studie Universitätsmedizin Mannheim Studie: Untersuchung von Tumoren von Patienten mit lokal Rektumkarzinom begrenztem Behandlung: Kombination aus Chemotherapie, Strahlentherapie und modernsten zielgerichteten Therapien Ziel: Identifikation eines neuen prognostischen Markers für den Therapieerfolg Marker: Angiogenesefaktoren, klassische Tumormarker und TKTL1 Schwaab et al: Expression of Transketolase like gene 1 (TKTL1) predicts disease-free survival in patients with locally advanced rectal cancer receiving neoadjuvant chemoradiotherapy. BMC Cancer 2011, 11:363 Folie 18

19 TKTL1 und Resistenz gegen Standardtherapien 50% Unterschied! Folie 19

20 TKTL1 und Invasivität 1100 % Unterschied Folie 20

21 Aufgabe von TKTL1 in Krebszellen Energieproduktion auch ohne Sauerstoff (aerobe Glykolyse, Warburg Effekt) Degradation der umgebenden Matrix durch die Bildung von Milchsäure Grundlage für Invasivität und Metastasierung Folie 21

22 Diagnostik mittels EDIM-Technologie Folie 22

23 Proof of concept mit bekannten Markern Detecting prostate cancer by intracellular macrophage prostate-specific antigen (PSA): a more specific and sensitive marker than conventional serum total PSA. Herwig R et al: Eur J Clin Invest Jun;38(6): Circulating PSA-containing macrophages as a possible target for the detection of prostate cancer: a three-color/five-parameter flow cytometric study on peripheral blood samples. Leers MP et al: Am J Clin Pathol Apr;129(4): Kombination dieses Verfahrens mit den Markern Apo10 und TKTL1! Folie 23

24 EDIM-Verfahren Prinzip des Verfahrens Daraus resultieren die Vorteile 1. Hohe Spezifität: Makrophagen fressen nur dann körpereigene Zellen auf, wenn diese als entartet erkannt werden. 2. Hohe Sensitivität: Keine Verdünnungseffekte im Blut, da die Proteine in den Makrophagen konserviert werden. Folie 24

25 Validität EDIM- Apo10 und EDIM-TKTL1-Test/ Aktuelle Studien Folie 25 25

26 Kompensation der niedrigen Energieausbeute durch verstärkte Glukoseaufnahme Glukose, Eiweiß oder Fett Glukose TKTL1-negativ TKTL1-positiv Milchsäure CO2 + H2O Folie 26

27 Visualisierung des Glukose-Metabolismus durch 18F-FDG-PET Quelle: Gatenby and Gillies, Nature Reviews Cancer 2004 Folie 27

28 Future Oncology 10 (2012) Folie 28

29 EDIM-TKTL1-Test (Epitope Detection In Monocytes) TKTL1 Value LungenCa and MammaCa 0 = PET-Negativ 1 = PET-Positiv Folie 29

30 Ergebnis der Studie Vergleich EDIM-TKTL1 zu FDG/PET und CT Folie 30

31 Studie MHK Tübingen/Dr. Grimm EDIM-Test parallel zur Histologie bei Patienten mit OSCC Bisher waren alle 20 getesteten Proben EDIM-Apo10 und EDIM-TKTL1 positiv 19/20 Proben waren histologisch Apo10 und 20/20 TKTL1 positiv Der proof of concept bestätigt, dass Patienten mit OSCC mit dem EDIM-Test erkannt werden und dies mit der Histologie korreliert Der EDIM-Test kann als nicht-invasive Biopsie verwendet werden Folie 31

32 ASCO 05/ 2013 Folie 32

33 Laufende EDIM-Studien: Uni Tübingen, Urologie: Männer vor Prostataektomie Uni Tübingen, MHK (Dr. Grimm): Patienten mit Mundhöhlenkarzinom Clemenshospital Münster: Frauen mit Mammakarzinom vor OP Blutspendezentrum Darmstadt Folie 33

34 Auswertung Krebspatienten / Blutspender Kombination aus EDIM-Apo10 und EDIM-TKTL1 ergibt beste Ergebnisse! Folie 34

35 Leistungsdaten aktuell Uni Tübingen (Urologie und MHK- Klinik) Universität Münster (Clemenshospital) Patienten mit nachgewiesenen Karzinomen n= 275: Prostata: n=153 Mamma: n= 52 OSCC: n=70 Kontrolle: 159 Blutspender Leistungsdaten (kombinierter cut-off von 227): Sensitivität: 94,5% Folie 35

36 Eingereicht A biomarker based detection and characterization of carcinomas exploiting two fundamental biophysical mechanisms in mammalian cells Martin Grimm1*, Steffen Schmitt2, Peter Teriete3, Thorsten Biegner4, Arnulf Stenzl5, Jörg Hennenlotter5, Hans-Joachim Muhs6, Adelheid Munz1, Tatjana Nadtotschi1, Klemens König7, Jörg Sänger8, Oliver Feyen9, Heiko Hofmann9, Siegmar Reinert1, Johannes F Coy9 1Department of Oral and Maxillofacial Surgery, University Hospital Tuebingen, Osianderstrasse 2-8, Tuebingen, Germany 2German Cancer Research Center (DKFZ) Flow Cytometry Core Facility, University Hospital Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 280, Heidelberg, Germany 3Cancer Research Center, Sanford-Burnham Medical Research Institute, North Torrey Pines Road, La Jolla, CA 92037, USA 4Department of Pathology, University Hospital Tuebingen, Liebermeisterstrasse 8, Tuebingen, Germany 5Department of Urology, University Hospital Tuebingen, Hoppe-Seyler-Str. 3, Tuebingen, Germany 6Department of Gynecology, Clemenshospital Muenster, Duesbergweg 124, Muenster, Germany 7Department of Anaesthesiology and Intensive Care Medicine, University Hospital Tuebingen, Hoppe-Seyler-Straße 3, Tuebingen, Germany 8Institute of Pathology, Robert-Koch-Allee 9, Bad Berka, Germany 9TAVARLIN AG, Reißstraße 1a, Pfungstadt, Germany *Corresponding author Kooperation der Universitäten in Tübingen (2 x), Münster, Heidelberg und dem Klinikum Bad Berka mit TAVARLIN Folie 36

37 Fallbeispiele/Befundinterpretationen Folie 37

38 Patientenkasuistik: EDIM Early Detect Patientin: Geb. 1958, asymptomatisch Vorsorgeuntersuchung: Gynäkologische Abklärung, Darm und Magenspiegelung, sonstige Tumormarker negativ Ergebnis: Magenkarzinom Interpretation: Frühzeitige Entdeckung eines Karzinoms bei einer asymptomatischen Patientin Folie 38

39 Patientenkasuistik: Verlaufskontrolle Patient: Geb. 1950, Bronchialkarzinom pt2, N0, 14L0, V0, Operation 01/2013, Chemotherapie abgelehnt EDIM: Testung im Rahmen der Therapieüberwachung Klinik: Patient wird 06/13 wegen Beschwerden im Kopf einer Bildgebung unterzogen. Gefunden werden zwei Hirnmetastasen Interpretation: Die Marker Apo10 und TKTL1 haben hier schon deutlich früher das Entstehen von Metastasen angezeigt Folie 39

40 Future Oncology 04 (2013) Folie 40

41 Folie 41

42 Literatur zu TKTL1 und Apo10 12 x Gynäkologie 7 x Gastroenterologie 5 x Pulmonologie 4 x Kopf und Halstumore 4 x Urologie 2 x Hirntumore 1 x Schilddrüse 1 x Auge Folie 42

43 Apoptose in normalen Zellen Folie 43

44 Gestörte Apoptose in Krebszellen Folie 44

45 Resistenzentwicklung unter Therapie und Hypoxie in Krebszellen Folie 45

46 Kombination Apo10 und TKTL1 Adressiert zwei grundlegende Mechanismen von Tumoren : Gestörte Apoptose von Tumorzellen und der besondere Stoffwechsel von Krebszellen Ermöglichen grundlegend neuen Ansatz in der Diagnostik und Behandlung von Tumorerkrankungen Die Kombination der patentiertem Marker Apo10 und TKTL1 ermöglicht den Nachweis aller soliden Tumore Neben der Auslösung der Apoptose bei Tumorpatienten bietet sich die Möglichkeit, den TKTL1 Stoffwechsel zu hemmen und damit Resistenzen gegen Therapien zu überwinden Folie 46

47 Bedeutung der Kohlenhydrate bei Krebs F Am J Clin Nutr doi: /ajcn Printed in USA American Society for Nutrition Folie 47

48 Conclusion Higher dietary glycemic load and total carbohydrate intake were statistically significant associated with an increased risk of recurrence and mortality in stage III colon cancer patients. Die Aufnahme von Kohlenhydraten korreliert mit dem Wiederauftreten und Versterben von Darmkrebspatienten! Folie 48

49 Metabolische Therapie bei Krebs Der Energiestoffwechsel ist die elementarste Stelle, an der wir Einfluss nehmen können! Folie 49

50 Ca. 50% der Krebsfälle sind nicht therapierbar Ursachen: Resistenzen Zuckerabhängiger Energiestoffwechsel (modifizierter Pentosephosphatweg mit TKTL1) Folie 50

51 Lösungsansatz: Metabolische Therapie a) Hemmstoffe im Energiestoffwechsel: Forschungsstatus b) Limitierung von Zucker/Kohlenhydrate: möglich! c) Fasten: Problem bei Kachexie d) Ketogene Ernährung: möglich! Folie 51

52 Lösungsansatz: Metabolische Therapie Krebs wird als metabolische Krankheit betrachtet - dies wird die Behandlung und die Prävention von Krebserkrankungen beeinflussen: Seyfried T et al.: Cancer as a metabolic disease. Nutrition & Metabolism 2010, 7:7 Folie 52

53 Lösungsansatz: Metabolische Therapie Stoffwechsel-basierte Therapien haben das Potential, eine leistungsfähige Ergänzung der Standardtherapien zu werden. Zur Wirkungsentfaltung zielen sie ab auf Signalwege wie IGF-1 / Akt / mtor sowie AMPK und mitochondriale Stressantworten. Simone BA et al.: Selectively starving cancer cells through dietary manipulation: methods and clinical implications. Future Oncol Jul;9(7): Folie 53

54 Hemmstoffe - Zellmodell Die Wichtigkeit der Hemmung des Energiestoffwechsels nach Chemotherapie wird in einer aktuellen Arbeit in Nature belegt! Wir stellten fest, dass der Energiestoffwechsel von seneszenten Tumorzellen nach einer Chemotherapie massiv ansteigt und die Zellen regelrecht zuckerhungrig sind Dörr C et al.: Synthetic lethal metabolic targeting of cellular senescence in cancer therapy. doi: /nature12437 Folie 54

55 Fasten / Chemo - Mausmodell In einem Mausmodell für Neuroblastome führten Fasten und Chemotherapie aber nur in kombinierter Anwendung zu einem langfristigen krebsfreien Überleben. Die Gefahr der Metastasierung verringerte sich um 75%, wenn die jeweilige Chemotherapie unter Fasten durchgeführt wurde. Lee et al.: Fasting Cycles Retard Growth of Tumors and Sensitize a Range of Cancer Cell Types to Chemotherapy. Sience Translational Medicine, 2012, 7; 4 (124) Folie 55

56 Ketogene Ernährung / HBO - Mausmodell Ketogene Ernährung und hyperbare Sauerstoff-Therapie bewirken signifikante Anti-Tumor Effekte, wenn sie kombiniert in einem Mausmodell für systemischen metastasierenden Krebs angewendet werden. Poff et al.: The Ketogenic Diet and Hyperbaric Oxygen Therapy Prolong Survival in Mice with Systemic Metastatic Cancer. PLOS ONE June 2013, Volume 8, Issue 6. e65522 Folie 56

57 Ketogene Ernährung / Radiatio - Patienten Uniklinik Frankfurt (Neuroonkologie) ERGO-Studie zeigt bessere Therapieerfolge unter ketogener Ernährung: Rieger J et al.: ERGO: A pilot study of ketogenic diet in recurrent glioblastoma. Submitted Folie 57

58 Ketogene Ernährung - Patienten Krebspatienten im fortgeschrittenen Stadium mit ketogener Ernährung bis zu 4 Wochen: Stabilisierung der Erkrankung oder partielle Remission des Tumors: Fine EJ et al.: Targeting insulin inhibition as a metabolic therapy in advanced cancer: A pilot safety and feasibility dietary trial in 10 patients. Nutrition 2012, 28: Folie 58

59 Fasten / Chemo - Patienten Patienten fasten während der Chemotherapie: Nebenwirkungen sind geringer Wirksamkeit der Chemo ist gleich oder besser: Raffaghello L et al.: Fasting and differential chemotherapy protection in patients. Cell Cycle 2010, 9:22, Folie 59

60 Ketogene Ernährung - Patienten Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren: Nach ketogener Ernährung sank die Laktat-Konzentration in den Tumor-Geweben stärker ab als in den tumorfreien Geweben. Der Glucose Stoff-wechsel des Tumorgewebes wird eindeutig durch Ernährung beeinflusst: Schroeder U et al.: Decline of lactate in tumor tissue after ketogenic diet: in vivo microdialysis study in patients with head and neck cancer. Nutr Cancer, 2013;65(6):843-9 Folie 60

61 Pilotstudie ketogene Ernährung F Folie 61

62 Diagnostische Möglichkeiten F Folie 62

63 Tumorgewebe: 3 Zonen in Abhängigkeit von der Sauerstoff- und Glukose-Konzentration Verbrennung Konzentration Vergärung (TKTL1) Nekrose Glukose O2 O2 : geringe Diffusion Glukose: höhere Diffusion Tumor-Abstand von einer Kapillare Folie 63

64 Ketogene Stoffwechsellage Beim Fasten oder bei ketogener Ernährung wird der Energielieferant Blutzucker weitgehend durch Ketonkörper ersetzt. Stabile und niedrige Blutzucker-Werte sind durch Gluconeo-genese gewährleistet. Physiologische Ketose : Beta-Hydroxybutyrat: < 1 mmol/l Diabetische Ketoazidose: Beta-Hydroxybutyrat: bis 25 mmol/l Klinisch etabliert bei therapieresistenter Epilepsie Einfache Umsetzung parallel zur Standard-Therapie: Die Trinknahrung Coy Complete Folie 64

65 Coy Complete Bilanzierte Diät Ketogen (3 g KH / 250 ml) Verordnungsfähig bei Mangelernährung PZN Folie 65

66 Angebote Trinknahrung KH Protein (Quelle) Omega Toco-3-FS trienole Vit K2 Polyphenole 22,5 10 (Milch) 7,8 k. A Nestlé Resource 21, ,0 (Milch) 8,7 k. A Nutricia Fortimel 25,2 9,4 (Milch) 10,4 0, TAVARLIN Coy Complete 1,2 8,9 (Erbse) 14,4 1, g / 100 ml Fresenius Fresubin Fett Folie 66

67 Coy Complete: Anwendung Einsatz der Trinknahrung vor, während und nach der Standard-Therapie (OP, Chemo- u. Strahlentherapie) Die Therapie wird effektiver, Nebenwirkungen geringer! Tag - 2 Tag - 1 Tag 0 Tag + 1 Tag Packungen 3-5 Packungen 3-5 Packungen 3-5 Packungen 3-5 Packungen Folie 67

68 Coy Complete Weiter-Entwicklung einer nicht sauren Version Mit Aroma und dünnflüssiger Und heute Abend: Folie 68

69 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Besuchen Sie uns gerne im 2. OG Stand 35 (neben Lauretana!) Folie 69