Klinik für Kinder- und Jugendmedizin der Universität Ulm: Tagesklinik der Onkologie, Immunologie und Knochenmarktransplantati PD Dr. med. Ansgar Schulz: Antikörper in der Krebsbehandlung
Klinik für Kinder- und Jugendmedizin der Universität Ulm:
Tagesklinik der Onkologie, Immunologie und Knochenmarktransplantation
PD Dr. med. Ansgar Schulz:Antikörper in der Krebsbehandlung
Maus Antikörper (IgG)
Fab
Fc
H-Kette
L-KetteCH1
VH
VL
CH2
CH3
Antigen
CL
Therapie in vivo - > Rasche Entwicklung von HAMAs(Human Anti Mice Antibodies)
CH1
VH
VL
CL
CH2
CH3
z.B. Rituximab(Anti-CD20)
„Chimärer“ Maus - Mensch Antikörper
Maus-Anteile Mensch-Anteile
CH1
CL
CH2
CH3
VH
VL
z.B. Campath-1H(Anti-CD52)
„Humanisierter“ Antikörper
Maus-Anteile Mensch-Anteile
CH1
VH
VL
CL
CH2
CH3
„Humaner“ Antikörper
Mensch-Anteile
CD antigen Cellular expression Other names
CD1a CD1b CD1c CD1d
Cortical thymocytes, Langerhans cells, Dendritic cells, B cells (CD1c), Intestinal epithelium (CD1d)
CD2 T cells, thymocytes, NK cells T11, LFA-2
CD2R Activated T cells T11-3
CD3 Thymocytes, T cells T3
CD4 Thymocyte subsets, helper and inflammatory T cells (about two thirds of peripheral T cells), monocytes, macrophages
T4, L3T4
CD5 Thymocytes, T cells, subset of B cells T1, Ly1
CD6 Thymocytes, T cells, B cell CLL T12
CD7 Pluripotential hematopoietic cells, thymocytes, T cells
CD8 Thymocyte subsets, cytotoxic T cells T8, Lyt2,3
CD9 Pre-B cells, eosinophils, basophils, platelets
CD10 B and T cell precursors, bone marrow stromal cells Neutral endopeptidase, Common Acute Lymphocytic Leukemia Antigen (CALLA)
CD11a lymphocytes, granulocytes, monocytes and macrophages LFA-1
CD11b myeloid and natural killer cells Mac-1
CD11c myeloid cells CR4, p150, 95
CDw12 monocytes, granulocytes, platelets
CD13 myelomonocytic cells aminopeptidase N
CD14 myelomonocytic cells
CD15 & CD15S neutrophils, eosinophils, monocytes Lewsi-x (Lex)
CD15u sulphated CD15
CD16 a & b neutrophils, NK cells, macrophages FcgRIII
CDw17 neutrophils, monocytes, platelets
CD18 Leukocytes
CD19 B cells
CD20 B cells
CD21 mature B cells, FDC CR2
CD22 mature B cells BL-CAM
CD23 mature B cells, activated macrophages, eosinophils, follicular dendritic cells, platelets
FceRII
CD24 B cells, granulocytes possible human homologue of mouse Heat Stable Antigen (HSA) or J11d.
CD25 activated T cells, B cells, monocytes Tac
CD26 Activated B and T cells, macrophages Dipeptidyl peptidase IV
CD27 Medullary thymocytes, T cells
CD28 T cell subsets, activated B cells Tp44
CD29 Leukocytes
CD30 Activated B and T cells Ki-1
CD31 monocytes, platelets, granulocytes, B cells, endothelial cells
PECAM-1
CDw32 Monocytes, granulocytes, B cells eosinophils FcgRII
CD33 myeloid progenitor cells, monocytes
CD34 hematopoietic precursors, capillary endothelium
CD35 Erythrocytes, B cells, monocytes, neutrophils, eosinophils, FDC
CR1
CD36 platelets, monocytes platelet GPIV
CD37 mature B cells, mature T cells, myeloid cells
CD38 early B and T cells, activated T cells, germinal centre B cells, plasma cells
CD39 activated B cells, activated NK cells, macrophages, dendritic cells
CD40 B cells, monocytes, dendritic cells
CD40L (CD154)
activated CD4 T cells T-BAM
CD41 platelets, megakaryocytes
CD42a, b, c, d
platelets, megakaryocytes
a: GPIX b: GPIba c: GPIbb d: GPV
CD43 leukocytes, except resting B cells leukosialin, sialophorin
CD44 leukocytes, erythrocytes Hermes antigen, Pgp-1
CD45 leukocytes Leukocyte common antigen (LCA), T200, B220
CD45RO T cell subsets, B cell subsets, monocytes, macrophages
CD45RA B cells, T cell subsets (naive T cells) monocytes
CD45RB T cell subsets, B cells, monocytes, macrophages, granulocytes
T200
CD45RC Restricted T200
CD46 hematopoietic and non-hematopoietic nucleated cells MCP
CD47 all cells
CD47R previously CDw149
CD48 leukocytes Blast-1
CD49a activated T cells, monocytes VLA-1
CD49b B cells, monocyte, platelets VLA-2
CD49c B cells VLA-3
CD49d B cells, thymocytes VLA-4
CD49e memory T cells, monocytes, platelets VLA-5
CD49f memory T cells, thymocytes, monocytes VLA-6
CD3 – T-Lymphozyten
CD20 – B-Lymphozyten
CD34 – hämatologische Vorläuferzellen, Endothelzellen
CD33 – myeloische Vorläuferzellen, Monozyten
CD66 – Granulozyten
Antikörper in der Medizin: Die „CD“-NomenklaturCD=Cluster of Differentiation
Identifizierung und Differenzierung bestimmter Zelltypen
Antikörper in der Medizin:
1 – Diagnostische Anwendung
Lösung:
Die „bösartige“ (z.B. Leukämie-) Zellehat andere Proteine an der Zelloberfläche
als die normale Zelle-> anderes „CD-Profil“
Problem:
Wie unterscheide ich die „normale“von der „bösartigen“ Körperzelle?
Patient A.S.; Akute Lymphatische Leukämie
CD20+ CD34+ TdT+ CD34+
„FACS“-Analyse der Knochenmarkzellen:Leukämiezelle ist CD20+ CD34+ TdT+
CD20: Marker der B-Lymphozyten und –VorläuferCD34: Marker der Stammzelle und LeukämiezelleTdT: Leukämiezell-Marker
Anwendung:
Charakterisierung von Leukämien (bestimmte Subtypen und Risikogruppen)
Identifikation von restliche Leukämiezellen unter vielen „normalen“ Zellen(„Minimal Residual Disease“)
-> Therapiesteuerung
Präparation„reiner“ Zelltypen
Antikörper in der Medizin:
2 – „Pharmazeutische“ Anwendung
Lösung:
Kopplung der Antikörper an Metall-“Beads“
und Präparation über eine magnetische Säule
Problem:
Wie bekomme ich eine saubereZellpopulation (z.B. „Stammzellen“)?
Beispiel: Aufreinigung hämatopoetischer Stammzellen zur Transplantation
(GvHD-Prophylaxe bei HLA-nichtidentischer Transplantation)
S e r u m
1 – A p h e r e s a t 2 - S e r u m
T r a n s p l a n t a t
C D 3 4 - A n t i k ö r p e r , g e k o p p e l t a n m a g n e t i s c h e „ B e a d s “
-
C D 3 4 - p o s i t i v e h ä m a t o p o i e t i s c h e S t a m z e l l e
T - u n d B - L y m p h o z y t e n , M o n o z y t e n
Anwendung:
Mit aufgereinigten Stammzellen ist eine Transplantation auch von nicht passenden Spendern möglich (z.B. von HLA-haploidentischen Eltern)
-> jeder Mensch hat einen Stammzellspender
Gezielte Behandlungbestimmter Zellen
„Targeting“
Antikörper in der Medizin:
3 – Therapeutische Anwendung
Lösung:
„Immunologische Wirksamkeit“ der AKKopplung der Antikörper an
pharmakologisch wirksame Substanzen(„Immunkonjugate“)
Problem:
Wie behandle ich „selektiv“ einez.B. bösartige Zellpopulation?
Antikörper (Handelsname)
Antigen (Zielzelle)
Klinische ZulassungAndere
Anwendungen
INFLIXIMAB (Remicade)
Tumor Necrosis Factor-alpha
Rheumatoide Arthritis, Ankylosierende Spondilitis, M. Crohn
GvHD-Therapie nach Stammzell-Transplantation
BASILIXIMAB(Simulect)
Interleukin-2 Abstoßung nach Organtransplantation (Niere)
GvHD-Prophylaxe bei Stammzell-Transplantation
MUROMONAB(Orthoclone Okt-3)
CD3(T-Zellen)
Abstoßung nach Organtransplantation(Niere, Herz, Leber)
Abstoßung, GvHD nach Stammzell-Transplantation
TRASTUZUMAB(Herceptin)
HER2(Mamma-Ca)
Mammakarzinom(HER2-Überexpression)
ALEMTUZUMAB(MabCampath)
CD52(Lymphozyten)
CLL (refraktär) Leukämien und Lymphome; GvHD
RITUXIMAB (Mabthera)
CD20(B-Zellen)
Follikuläres Lymphom (refraktär); B-Zell-NHL (+ CHOP)
Andere Lymphome und Leukämien, CLL, LPS
Antikörper in klinischer Anwendung (Auswahl)
Patient A.S.; Akute Lymphatische Leukämie
12 Stunden nach Mabthera-Therapie (Anti-CD20):
CD20+ CD34+ TdT+ CD34+
Voraussetzungen für den therpeutischen Einsatz:1 – Spezifität
Monoklonale Antikörper2 –Verträglichkeit
Humanisierte Antikörper3 – Wirksamkeit
Immunkonjugate
Zellgift-gekoppelte monoklonale Antikörper
GEMTUZUMAB OZOGAMYCIN (GO; Mylotarg)
• Antikörper: humanisiert, monoklonal, Anti-CD33
• Zielantigen: CD33
(positiv auf 80-90% de novo AML)
• Konjugat: N-acetyl-gamma-calicheamicin
dimethylhydrazine
(zytotoxische Substanz aus der Enedyne-Familie
der
DNA-schneidenden Antibiotika)
Immuntherapie mit MylotargKlinische Studien mit Monotherapie (Auswahl)
Phase
Patienten
DiagnosenAnspreche
nNebenwirkungen
(Grad III-IV)Lit.
I N=40(> 18 J.)
Refraktäre AML
20% Blasten-Reduktion
20% Transaminitis Sievers, Blood 1999
II N=142(22-84 J., med. 61)
AML-Rezidiv 29% (16% CR, 13% CRp)
23% Cholestase, 17% Transaminitis,Allerg. Reaktionen
Sievers, J Clin Oncol 2001
II N=128 je Arm
AML-RezidivA- MylotargB- HD-AraC
CR + CRpA- 38%B- 41%
Leopold, Clin Adv Hematol Oncol 2003
I/II N=15< 18J.
refraktäre AML-Rezidive
8/18 Blasten-Reduktion5/15 CRp
3/15 Leber-Tox.1/15 VOD
Zwaan, Blood 2003
-> wirksam, relativ gut verträglichAber: keine Dauerremissionen durch Monotherapie
Konzepte der selektiven Immuntherapie
(Beispiel Leukämie)
Knochenmark
Leukämiezelle Gesunde Knochenmarkzelle
Antigen auf der Zielzelle ->„Leukämie-spezifisch“ (z.B. Mylotarg, Mabthera)
Antigen der Hämatopoiese„Knochenmark-selektiv“(Radioimmunkonjugate)
a) Klassisches Konzept b) Radioimmuntherapie
„Cross Fire“
„RADIOIMMUNTHERAPIE“ = „RIT“
Re
Re
Re
Re
Re
Re
Re
Prinzip der Radioimmuntherapie
GEZIELTE Bestrahlung des Knochenmarks
zur Zerstörung des Knochenmarks
vor Knochenmarktransplantation
VORTEILE gegenüber Ganzkörperbestrahlung
(= ungezielte Bestrahlung „von außen“)
• Weniger Nebenwirkungen zu erwarten (da
gezielt)
• Höhere Wirksamkeit möglich (da höhere Dosen)
Antigen
Zielzelle
CD45Mononukleäre Zellen, Leukämie-Zellen
CD66Granulozyten und Granulozyten-Vorläufer
Nuklid Halbwertzeit
Eigenschaft
Rhenium(R-188)
17 Stunden
Hoher gamma-,geringer beta-Emitter
Yttrium(Y-90)
2,7 TageSehr hoch-energetischer beta-Emitter
Radioimmuntherapie (RIT) mit Radioisotop-gekoppelten monoklonalen
Antikörpern
• α – Strahler ( 213 Bi, 225 Ac)
• β - Strahler (131 I,188Re,90Y) Zellcluster
• Auger – Elektronen (125 I) Zellkern
Selektive interne Radiotherapie
Nuklide Zielstruktur
Einzelzelle
Re-188 anti-CD66-mAb 20 hrs. p.i.; AML PR1
Der Crossfire - Effekt
Normale GranulopoeseAnti – CD 66 Antikörper
Leukämische Blasten
ß - Strahlen
Prinzip der Radioimmuntherapie
GEZIELTE Bestrahlung des Knochenmarks
zur Zerstörung des Knochenmarks
vor Knochenmarktransplantation
VORTEILE gegenüber Ganzkörperbestrahlung
(= ungezielte Bestrahlung „von außen“)
• Weniger Nebenwirkungen zu erwarten (da
gezielt)
• Höhere Wirksamkeit möglich (da höhere Dosen)
Konzepte der RadioimmuntherapieVor Stammzell-Transplantation
I) INTENSIVIERTE KonditionierungZiel: weniger Rezidive nach TransplantationMethode: Radioimmuntherapie + „normale“ Konditionierung (Ganzkörperbestrahlung +/- Hochdosis-Chemotherapie
Anwendung: Höchstrisiko-Leukämien
II)REDUZIERTE KonditionierungZiel: weniger Nebenwirkungen der KonditionierungMethode:Radioimmuntherapie + „reduced Intensity Conditioning“= RIT+RIC
Anwendung: vorbelastete „kranke“ Patienten
Radioimmuntherapie und Stammzell-Transplantation
Klinische Studien in Ulm (Phase I/II)
Studie
Patienten
Diagnosen DesignAntikörpe
rZeit
A > 18 Jahre
AML (high risk)ALL (high risk)CML (> 1. C.P)
Intensivierte Konditionierung
Re-188/ anti-CD66
1999 - 2002
B 55-65 Jahre
AML, ALL, MDS, CML, M.Myelom
Reduzierte Konditionierung
Re-188 oder Y-90 / anti-CD66
1999 – 2002
C > 18 Jahre
AML (high risk)ALL (high risk)CML (> 1. C.P.)
Intensivierte Konditionierung
Y-90 /Anti-CD66
Läuft
D > 18 Jahre
Refraktäre AML Intensivierte Konditionierung
Y-90 /Anti-CD45
Läuft
E 1-18 Jahre Hochrisiko-Leukämien
Intensivierte Konditionierung
Re-188 oder Y-90 / anti-CD66
Läuft
F 3-90 Jahre Nicht maligne KMKrankheiten
Reduzierte Konditionierung
Y-90 /Anti-CD66
Läuft
Radioimmuntherapie und Stammzell-Transplantation
Universität Ulm (Innere Medizin III und Pädiatrie)
Patienten:• Gesamtzahl der Patienten: N ~ 300 • Internistische Patienten: N ~ 250• Pädiatrische Patienten: N = 33
Univ.-Kinderklinik Ulm N = 26Univ.-Kinderklinik Frankfurt N = 5Univ.-Kinderklinik Tübingen N = 2
Antikörper und Nuklide (Kinder):• Anti – CD 66 N = 31• Anti – CD 45 N = 2• Re – 188 N = 14• Y – 90 N = 19
CD20+ CD34+ TdT+ CD34+
Study scheduleKonzept I: Intensiviert
day - 21
Dosimetry
day - 14
RIT -> CD66-Y90
Konditionierung Hochdosis-Chemoth.
day - 10 day 0
Tx
Outpatient Inpatient
Patient A.S.; ALL
nach RIT (Y-90, Anti-CD66):
nach Mabthera (Anti-CD20):
Studie – A: > 18 Jahre, AML, Radioimmuntherapie mit Re-188 / Anti-CD66 Überleben in Abhängigkeit vom Remissionsstatus
0 500 1000 1500 2000 25000
102030405060708090
100
< 15% blasts > 15% blasts
57% N = 41
8% N = 13
p = 0,0003
time in days
Pe
rce
nt
DF
S
Nach: Bunjes, Blood 2001
E - Pädiatrische Studie I – INTENSIVIERT / Leukämien
Nuklid N= TRM Rückfall Überleben
188Re 14 8* 42 (14%)48 / 65 mo.
90Y 11 2* 27 (63%)0 – 37 mo.
Total 25 10 6 9 (36%)
* Infection / GvHD n= 8 HUS due to RIT in 188Re n= 2
Bei Erwachsenen mit Hochrisiko-Leukämien (z.B.
nicht in Remission vor Transplantation =
therapierefraktär)
kann eine Heilung durch Transplantation
erreicht werden
Bei Kindern ist das Konzept auch durchführbar
und kann in Hochrisiko-Situationen
angewendet werden
Zwischenergebnis Konzept I
CD20+ CD34+
day - 21
Dosimetry
day - 14
RIT -> CD66-Y90
RIC -> Flu(+Mel)+ATG
day - 7 day 0
Tx
Outpatient Inpatient
Study scheduleKonzept II: Reduziert
F - Pädiatrische Studie II – REDUZIERT / RIT+RIC
Erkrankung
N=
TRM RückfallRezidivfreies Überleben
Leukämien
5 0 14 (80%)0 – 19 mo.
Nicht bösartig
8 0 1*7 (88%)0 – 14 mo.
Total13
0 2 11 (85%)
Die Nebenwirkungen von RIC+RIT sind deutlich
geringer als bei normaler Konditionierung
Das Konzept kann erfolgreich bei malignen und nicht-
malignen Erkrankungen eingesetzt werden
-> auch Patienten mit schweren vorbestehenden
Organschäden (Leberszirrhose,
Lungenpilzinfektion) können durch
Knochenmarktransplantation geheilt werden!
Zwischenergebnis Konzept II
ZusammenfassungSpezifische Antikörper in der Onkologie
• „Ideale“ onkologische Therapie:
1 – Spezifität zu erzielen durch monoklonale
Antikörper
2 – Verträglichkeit durch humanisierte Antikörper
3 – Effektivität steigerbar durch Immunkonjugate
The current time can be compared with the
onset of antibiotic development that
transformed the treatment of many
bacterial infectious diseases.
Houshmand and Zlotnik, Current Opinion in Cell Biology, 2003
Klinik für Kinder- und Jugendmedizin der Universität Ulm:
Tagesklinik der Onkologie, Immunologie und Knochenmarktransplantation
Vielen Dank!