Das Immunsystem in Schwung bringen Therapeutische Das Nierenzellkarzinom ist der häufigste bösartige Nierentumor. In Deutschland gibt es pro Jahr etwa 14.000 Neuerkrankungen, die meist durch Zufall entdeckt werden. Bisher sind Patienten mit metastasierendem Nierenzellkarzinom kaum therapierbar, da die Tumorzellen auf Bestrahlung oder Chemotherapie praktisch nicht ansprechen. Wissenschaftler am GSF-Institut für Molekulare Immunologie entwickeln neue Therapieformen, die das Immunsystem des Patienten aktivieren sollen, um Tumorzellen effektiv zu bekämpfen. Das Nierenzellkarzinom oder kurz RCC (Renal cell carcinoma) ist eine äußerst aggressive Krebsform. Häufig liegen zum Zeitpunkt der Erstdiagnose eines Nierenzellkarzinoms schon Metastasen z.b. in Knochen, Lunge oder Gehirn, so Dr. Bernhard Frankenberger vom GSF-Institut für Molekulare Immunologie. Die Prognose ist schlecht über drei Viertel der Erkrankten mit Metastasen sterben innerhalb von zwei Jahren. Gemeinsam mit Institutsleiterin Professor Dolores Schendel setzt er große Hoff- 43
Die Wissenschaftler arbeiten deshalb an einer therapeutischen Vakzine, die das Immunsystem mit Hilfe von gentechnisch veränderten Tumorzellen stimulieren soll. Zur Impfung verwenden sie Tumorzellen der Zelllinie RCC26, die von einem Patienten stammt, dessen Immunsystem den Tumor offensichtlich besonders gut bekämpfen konnte, da er als Langzeitüberlebender den Ausbruch der Erkrankung um mehr als zehn Jahre überlebte. Möglicherweise präsentieren diese Tumorzellen immundominante Tumorantigene auf ihrer Oberfläche, die das Immunsystem besonders gut ankurbeln können, erklärt Frankenberger. Tumorantigene sind spezifische Proteine, durch die sich Krebszellen von gesunden Zellen unterscheiden. Eigentlich sollte das Immunsystem die Krebszellen anhand dieser Antigene als entartet erkennen und vernichten können. Das Problem dabei: Die Tumoren haben verschiedene Mechanismen entwickelt, die ihnen helfen, den Immunzellen zu entkommen. Computertomographischer Schnitt durch eine Niere mit RCC-Nierenzellkarzinombefund (Pfeile). Oft ist bei einer Krebserkrankung der Tumor nicht das alleinige Übel. Einzelne Tumorzellen breiten sich im Körper aus und führen in anderen Organen zu Metastasen. So finden sich zum Zeitpunkt der Erstdiagnose eines Nierenzellkarzinoms häufig schon Metastasen z.b. in Knochen, Lunge oder Gehirn. 44 nungen auf die Immuntherapie, denn es gibt Hinweise darauf, dass der Tumor prinzipiell eine Immunantwort auslösen kann: Er wird häufig von Abwehrzellen des Immunsystems infiltriert, und bei etwa zwei Prozent der Patienten kommt es zu einer spontanen Rückbildung des Tumors. Die Aktivierung des Immunsystems mit Zytokinen wie Interferon-alpha und/oder Interleukin-2 als klassische Immuntherapie kann manchmal zu partiellen oder sogar kompletten Remissionen führen, ist für die Patienten aber oft mit massiven Nebenwirkungen verbunden. Langzeitüberlebende im Dienste der Forschung So fehlen beispielsweise den RCC26-Zellen bestimmte kostimulatorische Moleküle, die notwendig sind, um eine Immunantwort auszulösen. Ohne diese Moleküle wandern zwar Abwehrzellen - hauptsächlich zytotoxische CD8-positive T-Zellen zu den Tumorzellen hin, dort werden sie aber abgeschaltet, anstatt zum Kampf gegen die Tumorzellen aktiviert zu werden. Um die Immunreaktion gegen die Tumorantigene zu verbessern, schleusten Prof. Schendel und ihre Mitarbeiter in Kooperation mit Prof. Blankenstein und seiner Gruppe am Max-Delbrück-Zentrum für Molekulare Medizin in Berlin deshalb sowohl das Gen für das kostimulatorische Molekül B7.1 in RCC26-Tumorzellen ein als auch Gene für bestimmte Zytokine (wie Interleukin-2 und -7), die dafür sorgen sollen, dass sich tumorspezifische T-Zellen besser vermehren können und eine lang anhaltende Immunreaktion aufrechterhalten. Präsentierteller für Tumorantigene Die eigentlichen Tumorantigene der Zelllinie RCC26, die die T-Zellen auf den Tumor abrichten, können bei dieser Art der therapeutischen Impfung unbekannt bleiben, da sie von der Tumorzelle selbst präsentiert werden. Glücklicherweise scheinen die von der Zelllinie RCC26 präsentierten Tumorantigene auch von Nierenzelltumoren anderer Patienten erkannt zu werden, da sie auch von T-Zellen anderer Patienten erkannt wurden. Allerdings erkennen T-Zellen tumorspezifische Antigene nur, wenn die Tumorzelle sie ihnen auf bestimmten Präsentierschalen, den MHC-Molekülen, anbietet. RCC26-Zellen
präsentieren die Antigene auf einem MHC- Molekül des Typs HLA-A2. Damit die Kommunikation zwischen Antigen-präsentierender Tumorzelle und T-Zelle klappt, müssen die T- Zellen der Patienten so genannte HLA-A2- restringierte Zellen sein, die dieses Molekül zusammen mit einem Fragment der Tumorantigene erkennen. Hier kommt den Forschern ein Zufall zugute: Glücklicherweise ist das HLA-A2-Molekül bei etwa 50 Prozent der kaukasischen Bevölkerung exprimiert, so dass unsere genmodifizierte RCC26-Vakzine bei etwa der Hälfte aller Patienten eingesetzt werden kann, erklärt Frankenberger. Neben den zytotoxischen T-Zellen der adaptiven Immunabwehr können RCC26-Zellen auch natürliche Killerzellen (NK) und nicht-mhc-restringierte (NKähnliche) T-Zellen des angeborenen Immunsystems aktivieren. NK-Zellen können veränderte oder körperfremde Zellen auch dann erkennen, wenn diese ihre MHC-Moleküle herunterregulieren. Deshalb sind sie für die Eliminierung entarteter, körpereigener Zellen ebenso wichtig. Die RCC26-Zellen besitzen anscheinend eine natürliche Immunogenität, so dass der Tumor von verschiedenen Effektorzellen des Immunsystems erkannt werden kann. Erste Schritte in die Klinik In einer im letzten Jahr begonnenen klinischen Phase-I/II-Studie werden in der Urologischen Klinik der Ludwig-Maximilians-Universität in Kooperation mit der Klinischen Kooperationsgruppe von Dr. Heike Pohla zwölf Patienten mit der RCC26-Vakzine behandelt. Der Impfstoff zeigte bei diesen Patienten bislang keine toxischen Nebenwirkungen. Über einen Effekt der Impfung kann aber noch keine endgültige Aussage getroffen werden, da das begleitende Monitoring zu dieser Studie noch läuft, so Frankenberger. Trotz der vergleichsweise guten immunogenen Eigenschaften der RCC26-Vakzine kann die Impfung mit Tumorzellen auch Nachteile haben, denn Tumorzellen sind generell eher schwache Antigen-präsentierende Zellen, da sie aufgrund häufig fehlender MHC-Klasse- II-Moleküle oft keine CD4-positiven Helfer-T- Zellen ansprechen können. Deshalb verfolgen die Wissenschaftler parallel zur Impfung mit gentechnisch veränderten RCC26-Zellen einen weiteren Ansatz: Professionelle Antigen-präsentierende Zellen wie z.b. dendritische Zellen (DC) können das Immunsystem viel besser stimulieren: Sie induzieren sowohl CD8- als auch CD4-T-Zellen, sie tragen kostimulatorische Moleküle auf ihrer Oberfläche und sie produzieren für das Immunsystem eher förderliche Stoffe, erklärt Frankenberger. Daher sollen auch DC im Kampf gegen das Nierenzellkarzinom zum Einsatz kommen. Anders als bei der Impfung mit RCC26 ist es für die Entwicklung einer DC-basierten Vakzine allerdings von Vorteil, wenn die RCC-assoziierten Tumorantigene bekannt sind. Dann könnte ganz spezifisch die RNS, die für diese Tumorantigene kodiert, in die DC Schematische Darstellung der Regulation MHCrestringierter und nicht-mhc-restringierter T-Lymphozyten. Klassische zytotoxische T-Zellen erkennen über ihren spezifischen T-Zellrezeptor (TCR) den auf Tumorzellen exprimierten HLA/Peptid-Komplex. Diese Interaktion ist Voraussetzung für die Aktivierung dieser Killerzellen. Nicht-MHC-restringierte T-Zellen dagegen werden über MHC/Peptid- Komplexe spiegelbildlich reguliert: Über die Bindung an inhibitorische Rezeptoren (KIR) werden negative Signale induziert, die nicht-mhc-restringierte T-Zellen abschalten. Um die Immunreaktion gegen die Tumorantigene zu verbessern, schleusten Prof. Schendel und ihre Mitarbeiter das Gen für das kostimulatorische Molekül B7.1 in RCC26-Tumorzellen ein sowie Gene für bestimmte Zytokine (wie Interleukin-2 und -7). Sie sollen die Vermehrung tumorspezifischer T-Zellen stimulieren und damit eine lang anhaltende Immunreaktion aufrechterhalten. 45
eingebracht werden. Die DC produzieren die von der RNS kodierten Antigene und präsentieren sie auf ihrer Oberfläche, wo sie im Idealfall von tumorspezifischen T-Zellen erkannt werden. Dadurch kann eine Stimulation des Immunsystems und eine spezifische Reaktion auf den Tumor erfolgen, so Frankenberger. Neue Spürhunde im Einsatz Wesentlich vorangetrieben wird dieser Therapieansatz durch große Fortschritte in den Methoden, mit denen potenzielle tumorassoziierte Antigene (TAA) identifiziert werden können: Welche Antigene von den Tumorzellen präsentiert werden, untersucht die Gruppe von Prof. Schendel in Zusammenarbeit mit Laboratorien in Tübingen und in den USA, wo die von den Tumorzellen auf HLA-A2 präsentierten Peptide isoliert und sequenziert werden. Differenzielle Transkriptom-Analysen, bei denen die Transkriptmengen der potenziellen TAA in Tumorzellen und normalen Nierenzellen verglichen werden, helfen dabei, überexprimierte tumorspezifische Antigene zu entdecken, die in normalen Zellen nicht oder nur in geringer Menge vorkommen. Die Proben dazu erhielten die Wissenschaftler vom GSF-Institut für Pathologie. Unser Ziel ist, möglichst viele tumorassoziierte Antige- Nach guter handwerklicher Praxis Das künftige GMP-Labor der GSF Kontakt Iris Bigalke GSF - Forschungszentrum GMP-Labor Am Klopferspitz 19 D-82152 Martinsried Tel.: 089/700768-20 iris.bigalke@gsf.de Die Herstellung von mit RCC-Antigenen beladenen dendritischen Zellen (DC) wird innerhalb eines Sonderforschungsbereichs verfolgt. Zurzeit testen wir die Herstellung und Beladung der DC im Sinne höchsten Qualitätsmanagements nach Good Manufacturing Practice (GMP), damit sie möglichst schon 2007 in einer klinischen Studie eingesetzt werden können sagt Iris Bigalke, Leiterin des derzeit im Aufbau befindlichen neuen GMP-Labors der GSF. Ihre Aufgabe wird es sein, mit ihrer Arbeitsgruppe die DC für den Einsatz bei Patienten unter den Bedingungen der GMP zu generieren: Alle Arzneimittel, die am Patienten eingesetzt werden sollen, unterliegen strengen gesetzlichen Auflagen. Da Zelltherapeutika sterile Produkte sind, müssen sie unter Reinraumbedingungen, das heißt in einer Umgebung hergestellt werden, die frei von bakteriellen Kontaminationen und Partikeln ist. Ein Überdrucksystem sorgt dafür, dass keine Alle Arzneimittel, die am Patienten eingesetzt werden sollen, müssen in einer Umgebung hergestellt werden, die frei von bakteriellen Kontaminationen und Partikeln ist. Mit ihrer Arbeitsgruppe stellt Iris Bigalke, Leiterin des im Aufbau befindlichen GMP- Labors der GSF Zelltherapeutika zukünftig unter solchen Reinraumbedingungen her. Ein Überdrucksystem sorgt dafür, dass keine kontaminierte Luft von außen eindringen kann. kontaminierte Luft in die Reinräume von außen eindringen kann. Seit zwei Jahren wird bei der GSF eine solche Reinraumanlage zur Herstellung von Zellpräparaten auf die Inbetriebnahme vorbereitet. Die Herstellungsprotokolle und die entsprechenden Standard-Arbeitsanweisungen für die DC werden parallel hierzu in einem Vorbereitungslabor entwickelt. Bevor eine Labormethode in die Praxis der GMP umgesetzt werden kann, vergehen oft ein bis zwei Jahre, da nicht alle Methoden bzw. Reagenzien, die in der Forschung eingesetzt werden, auch für eine GMP-Produktion geeignet sind. Für eine therapeutische Anwendung sind außerdem wesentlich größere Zellzahlen erforderlich als für wissenschaftliche Ansätze, so dass zum Teil eine nahezu neue Etablierung von bereits bestehenden Methoden mit anderen Reagenzien oder Geräten erforderlich wird. Hinzu kommen eine aufwändige Dokumentation und Qualitätskontrolle. 46
Parallel zur Impfung mit gentechnisch veränderten RCC26-Zellen verfolgen die GSF-Immunologen im Kampf gegen das Nierenzellkarzinom einen weiteren aktuellen Ansatz: Sie verwenden dendritische Zellen aus dem Blut der Patienten, die durch effektive Antigen-Präsentation eine wichtige Funktion in der Immunabwehr erfüllen. ne zu finden und in Form von RNS in die DC einzubringen, um dem Immunsystem viele verschiedene Angriffspunkte gegen den Tumor zu bieten, erklärt Frankenberger. Dieselben Antigene können auch für die Erfolgskontrolle nach einer Impfung des Patienten verwendet werden: Schlägt die Impfung an, müssen sich im Blut des Patienten antigenspezifische zytotoxische T-Zellen befinden, die bei Kontakt mit den entsprechenden Antigenen zur Vermehrung angeregt werden und immunologische Botenstoffe produzieren. Als drittes Standbein bei der Immuntherapie von Nierenzellkarzinomen wollen wir an unserem Institut in naher Zukunft auch eine Therapie mit tumorspezifischen transgenen T-Zellen entwickeln, erläutert Frankenberger. Die Wissenschaftler bringen auf gentechnischem Wege tumorspezifische Rezeptoren in T-Zellen ein, die dann ähnlich wie bei einer passiven Immunisierung mit Antikörpern ganz spezifisch vereinzelte Tumorzellen im Blut des Patienten bzw. Mikrometastasen aufspüren und bekämpfen. Neuer Sonderforschungsbereich für die Immunitätsforschung Grundlegende Arbeiten von Prof. Kolb hatten gezeigt, dass eine Infusion von Spender-Lymphozyten nach Knochenmarktransplantation die Eliminierung von Leukämiezellen herbeiführen kann, dass dies auf eine T-Zell-vermittelte Immunität zurückzuführen ist und dass das Immunsystem also die Fähigkeit besitzt, Krebs zu heilen. Ausgehend von dieser Entdeckung ist jüngst ein neuer Transregio-Sonderforschungsbereich zwischen zwei Helmholtz-Zentren - der GSF und dem Max-Delbrück-Centrum in Berlin, den beiden Münchener Universitäten, der Humboldt-Universität Berlin sowie der Berliner Charité etabliert worden. Ziel der Arbeiten ist es, die Grundlagen der durch spezifische T-Lymphozyten vermittelten Immunität zu verstehen sowie neue Formen der Therapie maligner Erkrankungen und chronischer Infektionen durch Übertragung solcher T-Zellen in den Patienten zu entwickeln. Kontakt Dr. Bernhard Frankenberger GSF-Institut für Molekulare Immunologie Tel. 089/7099-362 b.frankenberger@gsf.de 47