Therapeutische Proteine - Antikörper gegen Tumorzellen

Transkript

1 Therapeutische Proteine - Antikörper gegen Tumorzellen Georg-B. Kresse Roche Research, Penzberg

2 Karl Axel Hampus Mörner Rektor der Karolinska Universität Stockholm, am Laudatio zur Nobelpreisverleihung an Emil von Behring Es ist für alle Mediziner erquickend, zu einer Zeit zu leben, in der die medizinischen Wissenschaften eine so grossartige Entwicklung erhalten haben, wie es jetzt der Fall ist. K.A.H. Mörner Die Bakterien, welche früher als zügellose Horden umherschweiften, werden jetzt immer mehr gebändigt und in disziplinierte Scharen geordnet, welche den Geboten der Wissenschaft gehorchen müssen. So ziemlich nach Belieben kann man sie fern halten, wo man dies wünscht, und andererseits können die Bakterien Dienste zu leisten genötigt werden.

3 Karl Axel Hampus Mörner Laudatio zur Nobelpreisverleihung an Emil von Behring Mit scharfsehendem Auge haben Sie einen Weg gefunden, um die Ergebnisse der Immunitätslehre für therapeutische Zwecke zu verwerten. Mit genialem Geschick und beharrlicher Ausdauer haben Sie diese Lehre entwickelt und die Hindernisse siegreich überwunden. Sie haben dadurch den Baum der medizinischen Wissenschaften um einen Zweig bereichert, welcher schon jetzt von der allergrössten Bedeutung ist und es in noch höherem Grade werden wird, wenn alle Knospen erblüht und alle Früchte gereift sind.

4 Antikörper als Arzneiwirkstoffe Serumtherapie 1893 Emil von Behring beim Immunisieren eines Serum-Pferdes Foto aus: E. Bäumler, Auf der Suche nach der Zauberkugel, Econ 1971

5 Was sind Antikörper? Antikörper (auch Immunglobuline) sind Eiweißstoffe (Proteine), die in Wirbeltieren als Reaktion auf eingedrungene Fremdstoffe, die man als Antigene bezeichnet, gebildet werden. Sie dienen der Abwehr dieser Fremdstoffe. Die spezifische Bindung von Antikörpern an die Antigene bildet einen wesentlichen Teil der Abwehr gegen die eingedrungenen Fremdstoffe führen. Antikörper sind also zentrale Bestandteile des Immunsystems höherer Wirbeltiere. Antikörper werden von einer Klasse von weißen Blutzellen, nämlich den B-Zellen gebildet. Sie kommen im Blut und in der extrazellulären Flüssigkeit der Gewebe vor.

6 Fab Der Aufbau eines Antikörper-Moleküls Fc Glycan Aspirin Große Moleküle (IgG: Da) bestehen aus zwei schweren und zwei leichten Polypeptidketten jede dieser Ketten besitzt eine variable und drei konstante Domänen. Man unterscheidet einen Fab-Teil (antigen-bindend) und einen Fc-Teil ( kristallisierbar ) die Antigen-Bindungsstelle wird von den variablen Regionen gebildet, in diesen wird die Bindungsspezifität von kleineren hypervariablen Regionen bestimmt im Fc-Teil enthalten Immunglobuline einen Zuckeranteil

7 Technologie-Entwicklung: Monoklonale Antikörper Natürliche Antikörper sind polyklonal (enthalten viele verschiedene Sequenzen). Monoklonale Antikörper sind homogen hinsichtlich ihrer Proteinsequenz. Diese Technologie wurde erstbeschrieben von Georges Köhler und Cesar Milstein

8 Murine, chimäre, humanisierte und humane Antikörper Monoklonale Maus-Antikörper sind immunogen, wenn man sie am Menschen verwendet In vitro-antikörper- Bibliotheken Transgene Mäuse Humane Hybridomas Genetic Engineering V-Gen-Klonierung CDR-Grafting ca. 35% Maus ca. 10% Maus wissen/broschuere/ produkt/monoklon.htm

9 Generierung humaner Antikörper HuMAb- Mouse ms IgH ms Igκ hu IgH hu Igκ Four distinct genetic modifications functionally replace the mouse immunoglobulin loci with human immunoglobulin transgenes

10 Rekombinante Herstellung von monoklonalen Antikörpern Auswahl der Gensequenz Klonierung in einen DNA-Vektor Transfektion in eine Wirtszelle und Expression CHO-Zellen (chinese hamster ovary) Antikörper grün Zellkern blau Zellskelett rot O. Mundigl, H. Seul Roche Research, Penzberg

11 Die Herstellung von rekombinanten Antikörpern Auswahl der Gensequenz Klonierung Expression Formulierung Reinigung Fermentation

12 Industrielle Produktion rekombinanter monoklonaler Antikörper

13 Industrielle Produktion rekombinanter monoklonaler Antikörper

14 Therapeutische monoklonale Antikörper, Stand 2006 Produktname Generischer Name Indikation Originator/Partner Zulassung Murin OrthoClone OKT3 Muromomab-CD31 Transplantat-Abstoßung J & J 1986 Panorex Edrecolomab Darmkrebs Centocor/GSK 1995 Antilfa Odulimomab Transplantat-Abstoßung Immunotech/SangStat 1997 Zevalin Ibritumomab Tiuxetan Non-Hodgkin Lymphom IDEC/Schering AG 2002 Bexxar (I 131 )-Tositumomab Non-Hodgkin Lymphom Corixa/GSK 2003 Chimär Remicade Infliximab Rheumatoide Arthritis Centocor/Schering-Plough 1996 Simulect Basiliximab Transplantat-Abstoßung Novartis 1996 MabThera/Rituxan Rituximab Non-Hodgkin Lymphom IDEC/Genentech/Roche 1997 Rheumatoide Arthritis IDEC/Genentech/Roche 2006 Erbitux Cetuximab Darmkrebs ImClone/Merck 2004 Chimäres ReoPro Abciximab Cardiovaskul. Prophylaxe Centocor/Eli Lilly 1995 Fab-Fragm. Humanisiert Synagis Palivizumab Resp. Sync. Virus Infektion MedImmune/Abbott 1996 Zenapax Daclizumab Transplantat-Abstoßung PDL/Roche 1997 Herceptin Trastuzumab Brustkrebs Genentech/Roche 1998 Mylotarg Gemtuzumab Ozogamicin Akute myeloische Leukämie Celltech/Wyeth 2000 Campath Alemtuzumab CLL (B-Typ) ILEX/Schering AG 2001 Xolair Omalizumab Allergisches Asthma Genentech/Novartis 2002 Raptiva Efalizumab Psoriasis Genentech/Xoma 2003 Avastin Bevacizumab Darmkrebs Genentech/Roche 2004 Tysabri Natalizumab Multiple Sklerose ELAN/BiogenIDEC 2004 Vectibix Panitumumab Darmkrebs Abgenix/Amgen 2006 Human Humira Adalimumab Rheumatoide Arthritis CAT/Abbott zugelassen, davon 10 in onkologischen Indikationen

15 Biopharmaceuticals in klinischer Entwicklung davon 88 in der Onkologie davon 88 MABs PhRMA, 10/2006

16 Wie wirken therapeutische Antikörper? (1) Rezeptor-Tyrosinkinase Ligand Tumorzelle Der Antikörper stört die Ligandenbindung und/oder die ligandinduzierte Rezeptoraktivierung/Signaltransduktion in die Zelle, oder löst dadurch programmierten Zelltod (Apoptose) aus K. Künkele, Roche

17 Wie wirken therapeutische Antikörper? (2) Tumor- Zelle Bindung des Antikörpers führt zu Internalisierung und Abnahme der Dichte des Tumorwachstumsaktivierenden Rezeptors auf der Zelloberfläche K. Künkele, Roche

18 Wie wirken therapeutische Antikörper? (3) FcγIIIR Fc Der Antikörper bindet und rekrutiert Immuneffektor-Zellen Tumorzelle Zerstörung der Tumorzelle K. Künkele, Roche

19 Monoklonale Antikörper in der Onkologie 3 Beispiele Avastin (Bevacizumab) MabThera (Rituximab) Herceptin (Trastuzumab)

20 Avastin (Bevacizumab) Rekombinanter humanisierter Antikörper Bindet und inhibiert den vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF), der maßgeblich am Prozess der Angiogenese (Gefäßneubildung) beteiligt ist Zugelassen zur Behandlung von Patienten mit metastasiertem Darmkrebs sowie Lungenkrebs (NSCLC) in Verbindung mit Chemotherapie

21 Avastin Vorgeschlagener Wirkmechanismus VEGF Blebbing endothelialer Zellen VEGF-Rezeptor Hemmung des VEGF verhindert die Gefäßneubildung und könnte existierende (noch nicht voll ausgereifte) Tumor-Vaskulatur zerstören

22 Mabthera (Rituximab) Chimerer rekombinanter murin/humaner Antikörper Bindet spezifisch an das CD20- Antigen auf normalen und malignen pre- und reifen B-Lymphozyten (CD20 ist exprimiert von >90% der B-cell-NHL) Zugelassen zur Behandluing von Patienten mit CD20-positivem follikulärem Non-Hodgkin- Lymphom (Stadium III-IV), bei Rezidiv oder nach Nichtansprechen auf Chemotherapie

23 Wirkungsmechanismus von Rituximab Direkte Induktion von Apoptose Complement-Aktivierung ADCC-Aktivierung

24 Herceptin (Trastuzumab) Herceptin Bindungsepitop aa HER2 ErbB2 neu extrazellulär intrazellulär humanisierter monoklonaler Antikörper gerichtet gegen die extrazelluläre Domäne des humanen epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor Typ-2 (HER2, ErbB2) HER2 ist in ca. 25 % der Brustkrebs- Patientinnen überexprimiert Zugelassen zur Behandlung von HER2- positivem fortgeschrittenen Brustkrebs (allein und in Kombination mit cytotoxischen Arzneimitteln), sowie von HER2-positivem Brustkrebs im Frühstadium

25 Der HER2-Rezeptor HER2-Rezeptoren befinden sich in geringer Dichte auch auf gesunden Brustzellen. Diese Zellen teilen sich nur bei Bedarf. Ist die Konzentration des Rezeptors erhöht (dies ist bei ca % der Brustkrebspatientinnen der Fall), so kann die Zelle vermehrt Wachstumssignale empfangen und teilt sich immer und immer wieder. Eine unkontrolliert wachsende Krebsgeschwulst entsteht. Trastuzumab blockiert den Wachstumsfaktor-Rezeptor HER2 und verhindert, dass die Zellen Wachstumssignale erhalten. Damit wird das Tumorwachstum gebremst.

26 HER2 / Herceptin - Diagnostik Formalin-fixiertes, in Paraffin eingebettetes Tumorgewebe Diagnostische Tests sind verfügbar, um diejenigen Patientinnen auszuwählen, die für Behandlung mit Herceptin in Frage kommen (IHC = immunhistochemischer Test) IHC3+ IHC < 3+ Herceptin-Behandlung angezeigt Keine Wirkung von Herceptin zu erwarten G. Maass, Roche

27 Onkologie: hoher medizinischer Bedarf Gesamtüberlebensrate (5 Jahre) 50% in entwickelten Ländern Heilungsrate ( %) Testis Thyroid Corpus Melanoma Kidney Ovary CNS Brain Myeloma Leukemia Oesophagus Pancreas Bladder Oral Cervix/Uteri NHL Nasopharynx Liver Prostate Stomach Breast Colon/rectum % aller Krebserkrankungen Krebserkrankungen verursachen ca. 12 % aller Todesfälle weltweit Zunehmende Inzidenz ist zu erwarten wegen steigender Lebenserwartung - unterschiedliche Inzidenzprofile in verschiedenen geographischen Zonen Lung Source: WHO

28 Hoher medizinischer Bedarf Die Verbesserung der Überlebensrate mit neuen Therapien ist signifikant, aber unvollständig Therapie Avastin Herceptin MabThera Krankheit Metastatischer Darmkrebs First-line HER-2 (+) Metastatischer Brustkrebs Aggressives Non- Hodgkin-Lymphom Patientennutzen 30% Zunahme der mittleren Überlebenszeit (A-IFL vs. IFL chemo) 37% Zunahme der mittleren Überlebenszeit (H-docetaxel vs docetaxel) 22 % Zunahme der 3-Jahres-Überlebenszeit (R-CHOP vs CHOP) Die Steigerung der Überlebenszeit ist oft in Monaten zu messen Wichtige Zukunftsentwicklung: Identifizierung der optimalen Patientenpopulation

29 Monoklonale Antikörper noch effektiver machen Ein Teil der Wirkung monoklonaler Antikörper resultiert aus der Stimulation des Immunsystems: Antigen, z.b. Rezeptor für einen Wachstumsfaktor Killer- Leukozyten Tumorzelle Complement- Aktivierung Antikörper mit Immun- Effektor-Funktion Antikörper mit Immun- Effektor-Funktion Engineering der Antikörper-Moleküle zur Steigerung der Immuneffektor-Funktion ist möglich

30 Fucose Glc NAc Durch Glycoengineering kann man die Aktivität monoklonaler Antikörper erhöhen Man kann den Fucose-Gehalt in der Zuckerkette durch gezielte genetische Modifikation der Wirtszellen vermindern. Dadurch wird die Bindung von Immunzellen verstärkt. Zerstörung von Tumorzellen durch humane weiße Killing of tumor Blutzellen cells by human PBMCs ±β1 4 Asn (297) β1 Glc NAc Glc NAc 4 β1 4 β1 Man Man Man 2 2 Glc NAc β1 4 β1 Glc NAc β1 4 β1 3,6 α2 Gal Neu Ac/Gc Gal 3,6 α2 Neu Ac/Gc Percent tumor cell lysis 3 α1 6 α1 α prior glycoengineering after glycoengineering Antibody concentration [pm] Dies führt zu dramatisch gesteigerter Zerstörung von Tumorzellen in vitro

31 Gesundheitspioniere... ein Zweig der Wissenschaft, welcher schon jetzt von der allergrössten Bedeutung ist und es in noch höherem Grade werden wird, wenn alle Knospen erblüht und alle Früchte gereift sind Karl Axel Hampus Mörner Roche Penzberg

32 Innovation für die Gesundheit