Zelluläre Immuntherapie mit dendritischen Zellen. Entdeckung dendritischer Zellen (DC) Entdeckung dendritischer Zellen (DC) Holger Hackstein

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1 Zelluläre Immuntherapie mit dendritischen Zellen Holger Hackstein Institute for Clinical Immunology and ransfusion Medicine Justus-Liebig University Giessen Germany BD Bielefeld, 2011 Entdeckung dendritischer Zellen () Paul Langerhans ( ) Über die Nerven der menschlichen Haut Virchows Archiv für pathologische Anatomie, Berlin, 1868, 44: Entdeckung dendritischer Zellen () Ralph M. Steinman, he Rockefeller University, New York Identification of a novel cell type in peripheral lymphoid organs of mice. Journal of Experimental Medicine, 1973,137:1142:1162. Steinman et al. JEM 1973 Dendritische Zellen (x4000), Milzgewebe Langerhans Zelle in der Haut Langerhans P. Virchows Archiv für pathologische Anatomie, Berlin, 1868, 44:

2 Komponenten einer Immunantwort Antigen + + Akzessorische Zellen + B = Immunantwort B - Lymphozyt B - Lymphozyt Funktion? Antigen B = Immunantwort 1973: I. Silberberg: Apposition of mononuclear cells to Langerhans cells in contact allergic reactions. Acta Derm Venereol 1973, 53: : 3 Arbeitsgruppen (Stingl, Klareskog, Rowden) berichten zeitgleich: Langerhans Zellen exprimieren Fc Rezeptoren und HLA Klasse II Moleküle 1978: Stingl und Mitarbeiter berichten über immunstimulatorische Funktionen von Langerhans Zellen. J Immunol 1978,121: : Steinman und Mitarbeiter berichten über immunstimulatorische Funktionen von dendritischen Zellen. PNAS 1978, 75:5132 B - Lymphozyt B - Lymphozyt Dendritische Zellen (s) kontrollieren Immunantworten Aktivierung, Proliferation Antigen + + Anergie, Suppression NK B Deletion Helferfunktion Proliferation, Antikörperproduktion Killeraktivität Lymphozyt B B Lymphozyt NK Natürliche Killerzelle 2

3 Entwicklung dendritischer Zellen () Unreife Reife Vorläuferzelle Differenzierung Reifung CD86 MHC II IL-12, NF-α B NK Antigen Aufnahme Antigen Präsentation Reifung dendritischer Zellen () Unreife (SEM x3500) Reife (SEM x3500) Reifung +LPS 3μm Adapted from Hackstein et al. J Immunol 2001;166:7053 Lebenszyklus dendritischer Zellen (s) Banchereau et al., Annu Rev Immunol :767 3

4 Klinische Anwendung Krebstherapie Prophylaxe und herapie von Infektionskrankheiten Immunregulation/ oleranzinduktion Zelluläre Immuntherapie mit dendritischen Zellen Prinzip: umorpeptid umorlysat umor RNA/DNA Monozyten +GM-CSF/IL-4 Patient Reifungscocktail Ergebnisse Phase I/II rials 4

5 Phase III -rials Melanoma rial Schadendorf et al. Ann Oncol 2006 Phase III -rials Melanoma rial Median survival 11.6 months Median survival 9.3 months Schadendorf et al. Ann Oncol 2006 Perspektiven Evolution von II -Impfstrategien Vaccinierung zur Krebsbehandlung 1. Generation Vaccine: Unreife 2. Generation Vaccine: Reife (NFα, IL-6, IL-1β,PGE2) Phänotypisch reife Zellen (MHC Klasse II++; CD86++) -IL-12p70: wenig -Migration: mäßig 3. Generation Vaccine: Aktivierte (NFα, IL-1β, IFN-α, IFN-γ, Poly I:C) Phänotypisch reife Zellen (MHC Klasse II++; CD86++) -IL-12p70: +++ -Migration: +++ 5

6 Perspektiven 3. Generation II Vaccinierung Vakzine Pittsburgh Aktivierung (IL-12p70, Migration) IL-12p70 IFN-γ NK Killeraktivität Mailiard et al. 2004, Cancer Res Prostate Cancer rial D9901 study Prinzip: PAP-GM-CSF protein MNC -apheresis Dichtegradient APC +40 h Patient (3x i.v., 4 weeks) Study characteristics: -127 patients, hormone refractory metastatic prostatic adenocarcinoma -multicenter, randomized double blind placebo controlled phase III trial Result: -3-year survival -treated 34% versus placebo 11% (p=0.01) Small et al. abstract 4500, American Society of Clinical Oncology (ASCO) 2005 Small et al. J Clin Oncol 2006;24:3089 Prostate Cancer rial D9901 und 9902 study (n=225) FDA approval für Provenge im April 2010! 6

7 Dendritische Zellen und HIV Pathogenese Lore and Larsson, APMIS 2003; 111:776 HIV = Human Immunodeficiency Virus herapeutische HIV Vakzine Prinzip: +GM-CSF/IL-4 Monozyten + Inaktiviertes SIV +NF-α s.c. Injektionen 2 Monate nach SIV Infektion Lu, Nat Med 2003; 9:27 SIV = Simian imunodeficiency virus herapeutische HIV Vakzine Injektion -Vakzine Lu, Nat Med 2003; 9:27 age SIV = Simian imunodeficiency virus 7

8 herapeutische HIV Vakzine Injektion -Vakzine Lu, Nat Med 2003; 9:27 age SIV = Simian imunodeficiency virus herapeutische HIV Vakzine 18 HIV positive Patienten ohne HAAR Virusload stabil über 6 Monate; Median HIV Infektion 2 Jahre 3 s.c. Injektionen 3x10 7 s gepulst mit A-2 inaktivierten HIV Lu et al. Nat Med 2004 Klinische Bedeutung Einsatz von -Poetinen Einsatz von rekombinanten FL-3 Ligand Unbehandelt Injektion von Flt3L Normal + Flt3L 1.4% >30% ±Flt3-Ligand (10 age i.p.) CD11c CD11c Data from Steinschulte and Hackstein 8

9 Klinische Bedeutung Einsatz von -Poetinen Neonatale Resistenz gegen Herpes-Simplex Virus yp 1 Infektion Überlebenskurve Überlebenskurve IFN-R knock-out Maus ±Flt3-Ligand (d0-d6) Infektion mit HSV-1 (10 4 PFU) Vollstedt et al. JEM 2003, 197:575 Phase I rial FL3 Ligand nach autologer Szx - 8 patients (6 NHL, 1 HL; 1 breast cancer) - FL3 day post x; 20 ug/kg every other day for 6 weeks Chen et al. Biol Blood Marrow ransplant 2006 oleranzinduktion mit Rapamycin FKBP12 mor Cyclin-abhängige Kinasen p70s6 Kinase Elongationsfaktor 4A Zellzyklus Zytokin-abhängige Proliferation FKBP12 = FK506 binding protein 12 mor = mammalian target of rapamycin 9

10 oleranzinduktion mit Rapamycin hemmt die Antigenaufnahme dendritischer Zellen Kontrolle 4 C Kontrolle 37 C Rapamycin 10 ng/ml 3% 69% 27% CD11c FIC-Albumin Hackstein et al.; Blood 2002 oleranzinduktion mit Rapamycin hemmt die Reifung dendritischer Zellen Control RAPA 1ng/ml RAPA 1ng/ml +FK ng/ml CD86 51% 26% 46% MHC class II 51% 22% 40% Hackstein et al.; Blood 2003 Autologe herapie vor Herztransplantation Prinzip: Zellysat Organspender Herztransplantation Stamm- Zellen + Rapamycin 10

11 Autologe herapie vor Herztransplantation ransplantatüberleben aner, Hackstein et al.; Am J ranspl 2005 Pharmakologische Modulation dendritischer Zellen Hackstein and homson, Nature Reviews Immunology 2004 Wirkmechanismus Extracorporale Photopherese Programmierter Zelltod nach UVA Bestrahlung Phagozytose und Beladung der dendritischen Zellen mit zellulären Antigenen Antigenpräsentation und Induktion einer (regulatorischen) Immunantwort B Klinische Wirksamkeit: - herapie der Graft-versus-Host Krankheit nach Knochenmarktransplantation - Kutane -Zell Lymphome B - Lymphozyt B - Lymphozyt 11

12 Extracorporale Photopherese Induktion regulatorischer Zellen durch dendritische Zellen Schwarz et al JDDG 2005 Maeda et al J Immunol 2005 Extracorporale Photopherese Giessen Leukozytenapherese Zugabe von Methoxypsoralen UVA Bestrahlung 2.5 J/cm2 Rückgabe der Zellen zum Patienten Extracorporale Photopherese (ECP) 32-jähriger Patient mit akuter therapie-refraktärer Graft-versus Host Erkrankung der Leber AS (GO) AL (GP) ECP ECP Bilirubin 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0, ECP

13 Extracorporale Photopherese (ECP) 70-jähriger Patient mit -Zell-Non Hodgkin Lymphom der Haut Vor ECP Nach 8 ECP Zyklen Mini-Extracorporale Photopherese (Mini-ECP) Giessen cone op bag (plasma) 100ml whole blood 21ml CPD Bottom bag (red blood cells) Kinetik Apoptose ECP 0h 24h 48h 72h Hackstein et al. ransfusion

14 separation Optipress II components after separation buffy-coat (mnc) for UVAirradiation red blood cells for retransfusion plasma for retransfusion UVA-irradiation bag 14

15 UVA irradiation Mini ECP Giessen 4 j. Patient, steroidrefraktäre re GvHD der Haut Grad IV, Z. n. allogener KM prä ECP post ECP Zusammenfassung Dendritische Zellen steuern als professionelle antigenpräsentierende Zellen Immunantworten. Dendritische Zellen können mit Hilfe von rekombinanten Wachstumsfaktoren in vitro und in vivo expandiert werden. Der klinische Einsatz dendritischer Zellen bzw. die in vivo Modulation dieser Zellen kann die ransfusionsmedizin revolutionieren. 15

16 Danksagung Universität Pittsburgh: imucin aner Angus homson und weitere Mitarbeiter Universität Giessen: Gregor Bein Seda Berber Beate Berghöfer ure Frommer Gabriela Haley Karin Kissel Angelika Nockher Verena Rathke Christoph Steinschulte und weitere Mitarbeiter des Institutes für Klinische ransfusionsmedizin Klinische Immunologie und Drittmittelförderung rderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft Stiftung Hämotherapie Forschung National Institute of Health Roche Organ ransplant Foundation Nationales Genomforschungsnetz 16