PD Dr. med. Ansgar Schulz: Antikörper in der Krebsbehandlung Klinik für Kinder- und Jugendmedizin der Universität Ulm: Tagesklinik der Onkologie, Immunologie und Knochenmarktransplantation

1984, genau vor 20 Jahren, wurde diesen drei Herren der Nobelpreis für Medizin verliehen. Einer von Ihnen, G. Köhler, war damals am Institut für Immunolgie in Basel beschäftigt. Als damaliger Student und Doktorand in Freiburg hatte ich damals Gelegenheit, den frischgebackenen nobelpreisträger persönlich kennenzulernen. Der Inhalt der preisgekrönten Forschung von Jerne, Köhler und Milstein ist mittlerweile Allgemeingut: Sie hatten eine Methode entwickelt, relativ einfach und in größerem Stile monoklonale Antikörper herzustellen.

Maus Antikörper (IgG) Fab Fc Antigen H-Kette L-Kette VH CH1 VL Fab CL CH2 Fc Auf Details der Herstellung monokonaler Antikörper kann ich aus Zeitgründen nicht eingehen; entscheidend ist, dass die Antikörper nach Immunisierung in Tieren, meist Mäusen, gewonnen wurden, es handelt sich also um Maus-Antikörper. Dies ist für den diagnostischen Einsatz unerheblich. Beim Therapeutischen Einsatz von Antikörpern – und darum geht es ja in meinem Vortrag - ergab sich eine Schwierigkeit: Nach Injektion entwickeln Menschen Antikörper gegen Mausantikörper, so.g HAMAs; sie werden sozusagen allergisch gegen das Fremd-Eiweis. Wie kann man das verhindern? Nun, die eigentliche Spezifität des Antikörpers ist in wenigen Bereichen des Fab-Teils des Antikörpers lokalisiert, nämlich in den variablen Regionen der leichten und schweren Ketten. CH3 Therapie in vivo - > Rasche Entwicklung von HAMAs (Human Anti Mice Antibodies)

„Chimärer“ Maus - Mensch Antikörper Maus-Anteile Mensch-Anteile VH CH1 VL CL CH2 z.B. Rituximab (Anti-CD20) CH3 Maus-Anteile Mensch-Anteile

„Humanisierter“ Antikörper Maus-Anteile Mensch-Anteile CL CH2 CH3 VH VL Man ist nun hergegangen, und hat, insbesondere mit gentechnischen Methoden alle Stellen des Antikörper-Proteins, die nicht an der Antigenbindung beteiligt sind, durch Proteine aus dem menschlichen IgG-Molekül ersetzt, man hat den Antikörper also humanisiert. Die allergisierende Potenz der humanisierten Antikörper ist weit weniger ausgeprägt; man kann solche Antikörper wiederholt einsetzen und sie haben eine längere Halbwertszeit als die Mausantikörper – entscheidenden Voraussetzungen und der Durchbruch für eine therapeutische Verwendung. z.B. Campath-1H (Anti-CD52) Maus-Anteile Mensch-Anteile

„Humaner“ Antikörper Mensch-Anteile VH CH1 VL CL CH2 CH3 Mensch-Anteile

Antikörper in der Medizin: Die „CD“-Nomenklatur CD=Cluster of Differentiation CD3 – T-Lymphozyten CD20 – B-Lymphozyten CD33 – myeloische Vorläuferzellen, Monozyten CD34 – hämatologische Vorläuferzellen, Endothelzellen CD66 – Granulozyten

Identifizierung und Differenzierung Antikörper in der Medizin: 1 – Diagnostische Anwendung Identifizierung und Differenzierung bestimmter Zelltypen Der Zwischenstand ist: Monokolnale Antikörper können heute therapeutisch eingesetzt werden, weil 1. Spezifität in idealer Wiese durch Monoklonalität erzielt werden kann, 2. durch Humanisierung die Antikörper ausgezeichnet verträglich und wiederholt einsetzbar sind und 3. Sie auch wirksam sind. Worauf beruht nun aber eigentlich die Wirksamkeit? Normalerweise wird über den konstanten Fc-Teil eines IgG-Moleküls eine Reihe von Mechanismen angeworfen – wie in der Grafik schematisch angedeutet -mit und ohne Einbeziehung von Komplementfaktoren. Letztendlich hat dies den Tod der Zielzelle zur Folge. Dieser natürliche Mechanismus kann sehr effektiv sein, wie bei dem dargestellten RITUXIMAB. Aber auch hier kann man etwas verbessern. Man könnte z.B. an den Antikörper andere Substanzen koppeln – zwei Beispiele für solche Immunkonjugate möchte ich im zweite Teil meines Vortrags darstellen.

Wie unterscheide ich die „normale“ von der „bösartigen“ Körperzelle? Problem: Wie unterscheide ich die „normale“ von der „bösartigen“ Körperzelle? Lösung: Die „bösartige“ (z.B. Leukämie-) Zelle hat andere Proteine an der Zelloberfläche als die normale Zelle -> anderes „CD-Profil“ Der Zwischenstand ist: Monokolnale Antikörper können heute therapeutisch eingesetzt werden, weil 1. Spezifität in idealer Wiese durch Monoklonalität erzielt werden kann, 2. durch Humanisierung die Antikörper ausgezeichnet verträglich und wiederholt einsetzbar sind und 3. Sie auch wirksam sind. Worauf beruht nun aber eigentlich die Wirksamkeit? Normalerweise wird über den konstanten Fc-Teil eines IgG-Moleküls eine Reihe von Mechanismen angeworfen – wie in der Grafik schematisch angedeutet -mit und ohne Einbeziehung von Komplementfaktoren. Letztendlich hat dies den Tod der Zielzelle zur Folge. Dieser natürliche Mechanismus kann sehr effektiv sein, wie bei dem dargestellten RITUXIMAB. Aber auch hier kann man etwas verbessern. Man könnte z.B. an den Antikörper andere Substanzen koppeln – zwei Beispiele für solche Immunkonjugate möchte ich im zweite Teil meines Vortrags darstellen.

Patient A.S.; Akute Lymphatische Leukämie „FACS“-Analyse der Knochenmarkzellen: Leukämiezelle ist CD20+ CD34+ TdT+ CD20: Marker der B-Lymphozyten und –Vorläufer CD34: Marker der Stammzelle und Leukämiezelle TdT: Leukämiezell-Marker CD20+ CD34+ TdT+ CD34+ Als Beispiel habe ich hier die FAX-Analyse des Knochenmarks eines Kindes mit ALL mitgebracht. Auf diese Technik, die ja auch auf monoklonalen Antikörpern basiert, kann ich nicht näher eingehen – solche Analysen müssen eh in jedem halbwegs ordentlichen medizinischen Vortrag vorkommen. Konzentrieren Sie sich auf die rechte obere Ecke des Quadrats – hier sind die Knochenmarkzellen angefärbt, die sowohl den Marker CD20 als auc CD34 enthalten, was absolut patholgoisch ist – genasuso wie die Kombination von TdT und Cd34 – dies ist alseo die Leukämie-Population dieses Patienten. Wir haben den Jungen nun mit dem CD20-Antikörper Mabthera behandelt – und keine 12 Stunden später ist die CD20-positive Population aus dem Knochenmark verschwunden – leider aber nicht die TdT-positive Leukämie-Population.

Charakterisierung von Leukämien (bestimmte Subtypen und Risikogruppen) Anwendung: Charakterisierung von Leukämien (bestimmte Subtypen und Risikogruppen) Identifikation von restliche Leukämiezellen unter vielen „normalen“ Zellen („Minimal Residual Disease“) -> Therapiesteuerung Der Zwischenstand ist: Monokolnale Antikörper können heute therapeutisch eingesetzt werden, weil 1. Spezifität in idealer Wiese durch Monoklonalität erzielt werden kann, 2. durch Humanisierung die Antikörper ausgezeichnet verträglich und wiederholt einsetzbar sind und 3. Sie auch wirksam sind. Worauf beruht nun aber eigentlich die Wirksamkeit? Normalerweise wird über den konstanten Fc-Teil eines IgG-Moleküls eine Reihe von Mechanismen angeworfen – wie in der Grafik schematisch angedeutet -mit und ohne Einbeziehung von Komplementfaktoren. Letztendlich hat dies den Tod der Zielzelle zur Folge. Dieser natürliche Mechanismus kann sehr effektiv sein, wie bei dem dargestellten RITUXIMAB. Aber auch hier kann man etwas verbessern. Man könnte z.B. an den Antikörper andere Substanzen koppeln – zwei Beispiele für solche Immunkonjugate möchte ich im zweite Teil meines Vortrags darstellen.

2 – „Pharmazeutische“ Anwendung Präparation „reiner“ Zelltypen Antikörper in der Medizin: 2 – „Pharmazeutische“ Anwendung Präparation „reiner“ Zelltypen Der Zwischenstand ist: Monokolnale Antikörper können heute therapeutisch eingesetzt werden, weil 1. Spezifität in idealer Wiese durch Monoklonalität erzielt werden kann, 2. durch Humanisierung die Antikörper ausgezeichnet verträglich und wiederholt einsetzbar sind und 3. Sie auch wirksam sind. Worauf beruht nun aber eigentlich die Wirksamkeit? Normalerweise wird über den konstanten Fc-Teil eines IgG-Moleküls eine Reihe von Mechanismen angeworfen – wie in der Grafik schematisch angedeutet -mit und ohne Einbeziehung von Komplementfaktoren. Letztendlich hat dies den Tod der Zielzelle zur Folge. Dieser natürliche Mechanismus kann sehr effektiv sein, wie bei dem dargestellten RITUXIMAB. Aber auch hier kann man etwas verbessern. Man könnte z.B. an den Antikörper andere Substanzen koppeln – zwei Beispiele für solche Immunkonjugate möchte ich im zweite Teil meines Vortrags darstellen.

Wie bekomme ich eine saubere Zellpopulation (z.B. „Stammzellen“)? Problem: Wie bekomme ich eine saubere Zellpopulation (z.B. „Stammzellen“)? Lösung: Kopplung der Antikörper an Metall-“Beads“ und Präparation über eine magnetische Säule Der Zwischenstand ist: Monokolnale Antikörper können heute therapeutisch eingesetzt werden, weil 1. Spezifität in idealer Wiese durch Monoklonalität erzielt werden kann, 2. durch Humanisierung die Antikörper ausgezeichnet verträglich und wiederholt einsetzbar sind und 3. Sie auch wirksam sind. Worauf beruht nun aber eigentlich die Wirksamkeit? Normalerweise wird über den konstanten Fc-Teil eines IgG-Moleküls eine Reihe von Mechanismen angeworfen – wie in der Grafik schematisch angedeutet -mit und ohne Einbeziehung von Komplementfaktoren. Letztendlich hat dies den Tod der Zielzelle zur Folge. Dieser natürliche Mechanismus kann sehr effektiv sein, wie bei dem dargestellten RITUXIMAB. Aber auch hier kann man etwas verbessern. Man könnte z.B. an den Antikörper andere Substanzen koppeln – zwei Beispiele für solche Immunkonjugate möchte ich im zweite Teil meines Vortrags darstellen.

Aufreinigung hämatopoetischer Stammzellen zur Transplantation Beispiel: Aufreinigung hämatopoetischer Stammzellen zur Transplantation (GvHD-Prophylaxe bei HLA-nichtidentischer Transplantation)

(z.B. von HLA-haploidentischen Eltern) Anwendung: Mit aufgereinigten Stammzellen ist eine Transplantation auch von nicht passenden Spendern möglich (z.B. von HLA-haploidentischen Eltern) -> jeder Mensch hat einen Stammzellspender Der Zwischenstand ist: Monokolnale Antikörper können heute therapeutisch eingesetzt werden, weil 1. Spezifität in idealer Wiese durch Monoklonalität erzielt werden kann, 2. durch Humanisierung die Antikörper ausgezeichnet verträglich und wiederholt einsetzbar sind und 3. Sie auch wirksam sind. Worauf beruht nun aber eigentlich die Wirksamkeit? Normalerweise wird über den konstanten Fc-Teil eines IgG-Moleküls eine Reihe von Mechanismen angeworfen – wie in der Grafik schematisch angedeutet -mit und ohne Einbeziehung von Komplementfaktoren. Letztendlich hat dies den Tod der Zielzelle zur Folge. Dieser natürliche Mechanismus kann sehr effektiv sein, wie bei dem dargestellten RITUXIMAB. Aber auch hier kann man etwas verbessern. Man könnte z.B. an den Antikörper andere Substanzen koppeln – zwei Beispiele für solche Immunkonjugate möchte ich im zweite Teil meines Vortrags darstellen.

3 – Therapeutische Anwendung Antikörper in der Medizin: 3 – Therapeutische Anwendung Gezielte Behandlung bestimmter Zellen „Targeting“ Der Zwischenstand ist: Monokolnale Antikörper können heute therapeutisch eingesetzt werden, weil 1. Spezifität in idealer Wiese durch Monoklonalität erzielt werden kann, 2. durch Humanisierung die Antikörper ausgezeichnet verträglich und wiederholt einsetzbar sind und 3. Sie auch wirksam sind. Worauf beruht nun aber eigentlich die Wirksamkeit? Normalerweise wird über den konstanten Fc-Teil eines IgG-Moleküls eine Reihe von Mechanismen angeworfen – wie in der Grafik schematisch angedeutet -mit und ohne Einbeziehung von Komplementfaktoren. Letztendlich hat dies den Tod der Zielzelle zur Folge. Dieser natürliche Mechanismus kann sehr effektiv sein, wie bei dem dargestellten RITUXIMAB. Aber auch hier kann man etwas verbessern. Man könnte z.B. an den Antikörper andere Substanzen koppeln – zwei Beispiele für solche Immunkonjugate möchte ich im zweite Teil meines Vortrags darstellen.

Wie behandle ich „selektiv“ eine z.B. bösartige Zellpopulation? Problem: Wie behandle ich „selektiv“ eine z.B. bösartige Zellpopulation? Lösung: „Immunologische Wirksamkeit“ der AK Kopplung der Antikörper an pharmakologisch wirksame Substanzen („Immunkonjugate“) Der Zwischenstand ist: Monokolnale Antikörper können heute therapeutisch eingesetzt werden, weil 1. Spezifität in idealer Wiese durch Monoklonalität erzielt werden kann, 2. durch Humanisierung die Antikörper ausgezeichnet verträglich und wiederholt einsetzbar sind und 3. Sie auch wirksam sind. Worauf beruht nun aber eigentlich die Wirksamkeit? Normalerweise wird über den konstanten Fc-Teil eines IgG-Moleküls eine Reihe von Mechanismen angeworfen – wie in der Grafik schematisch angedeutet -mit und ohne Einbeziehung von Komplementfaktoren. Letztendlich hat dies den Tod der Zielzelle zur Folge. Dieser natürliche Mechanismus kann sehr effektiv sein, wie bei dem dargestellten RITUXIMAB. Aber auch hier kann man etwas verbessern. Man könnte z.B. an den Antikörper andere Substanzen koppeln – zwei Beispiele für solche Immunkonjugate möchte ich im zweite Teil meines Vortrags darstellen.

Antikörper in klinischer Anwendung (Auswahl) Antikörper (Handelsname) Antigen (Zielzelle) Klinische Zulassung Andere 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 Mittlerweile eine Vielzahl von Antikörpern im therapeutischen Einsatz, praktisch wöchentlich werden Studien dazu publiziert. Hier habe ich nur eine Auswahl der zugelassenen, in der roten Liste geführten Medikamente aufgeführt: REMICADE, SIMUILECT und OKT-3 sind Antikörper, die bei entzündlichen Erkrankungen, Organabstoßungen aber auch in der GvHD-Therapie bzw. Prophylaxe nach Stammzelltransplantation eingesetzt werden. In der Onkologie werden u.a. die unteren drei Antikörper eingesetzt: HERCEPTIN in der Behandlung von Mamma-Cas, die das Onkogen HER2 überexprimieren. CAMPATH in der Behandlung refraktärer CLLs, aber auch bei Leukämien und Lymphomen und in der GvHD-Prophylaxe. MABTHERA ist gegen das CD20-Molekül auf B-Zellen gerichtet. Zugelassen ist er in der Behandlung bestimmter B-positiver Lymphome; für uns in der Transplantation stellt MABTHERA DIE wirksame Therapie des EBV-assoziierten lymphoprolifertativen Syndroms dar.

Patient A.S.; Akute Lymphatische Leukämie CD20+ CD34+ TdT+ CD34+ 12 Stunden nach Mabthera-Therapie (Anti-CD20): Als Beispiel habe ich hier die FAX-Analyse des Knochenmarks eines Kindes mit ALL mitgebracht. Auf diese Technik, die ja auch auf monoklonalen Antikörpern basiert, kann ich nicht näher eingehen – solche Analysen müssen eh in jedem halbwegs ordentlichen medizinischen Vortrag vorkommen. Konzentrieren Sie sich auf die rechte obere Ecke des Quadrats – hier sind die Knochenmarkzellen angefärbt, die sowohl den Marker CD20 als auc CD34 enthalten, was absolut patholgoisch ist – genasuso wie die Kombination von TdT und Cd34 – dies ist alseo die Leukämie-Population dieses Patienten. Wir haben den Jungen nun mit dem CD20-Antikörper Mabthera behandelt – und keine 12 Stunden später ist die CD20-positive Population aus dem Knochenmark verschwunden – leider aber nicht die TdT-positive Leukämie-Population.

Voraussetzungen für den therpeutischen Einsatz: 1 – Spezifität Monoklonale Antikörper 2 –Verträglichkeit Humanisierte Antikörper 3 – Wirksamkeit Immunkonjugate Der Zwischenstand ist: Monokolnale Antikörper können heute therapeutisch eingesetzt werden, weil 1. Spezifität in idealer Wiese durch Monoklonalität erzielt werden kann, 2. durch Humanisierung die Antikörper ausgezeichnet verträglich und wiederholt einsetzbar sind und 3. Sie auch wirksam sind. Worauf beruht nun aber eigentlich die Wirksamkeit? Normalerweise wird über den konstanten Fc-Teil eines IgG-Moleküls eine Reihe von Mechanismen angeworfen – wie in der Grafik schematisch angedeutet -mit und ohne Einbeziehung von Komplementfaktoren. Letztendlich hat dies den Tod der Zielzelle zur Folge. Dieser natürliche Mechanismus kann sehr effektiv sein, wie bei dem dargestellten RITUXIMAB. Aber auch hier kann man etwas verbessern. Man könnte z.B. an den Antikörper andere Substanzen koppeln – zwei Beispiele für solche Immunkonjugate möchte ich im zweite Teil meines Vortrags darstellen.

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) Naheliegend ist, dass man ein starkes Zellgift an einen Anitkörper koppelt. Ein Beispiel hierfür ist Mylotarg. Der Antikörper ist ein humanisierter, monoklonaler Antikörper gegen das Oberflächen-Antigen CD33; CD33 ist auf 80-90% der AMLs exprimiert. An den Antiköper gebunden ist .... Dies ist eine äußerst giftige Substanz aus der Familie der DNA-schneidenden Antibiotika – etwa 1000 mal toxischer als z.B. Daunorubicin. Nach Antigen-Antikörper-Bindung wird dieser Komplex in die Zelle internalisiert, das Gift freigesetzt und die Zellen sicher getötet.

Immuntherapie mit Mylotarg Klinische Studien mit Monotherapie (Auswahl) Phase Patienten Diagnosen Ansprechen Nebenwirkungen (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 N=128 je Arm A- Mylotarg B- HD-AraC CR + CRp A- 38% B- 41% Leopold, Clin Adv Hematol Oncol 2003 I/II N=15 < 18J. refraktäre AML-Rezidive 8/18 Blasten-Reduktion 5/15 CRp 3/15 Leber-Tox. 1/15 VOD Zwaan, Blood 2003 Mylotarg wird bereits seit einigen Jahren in Studien eingesetzt – in der Tabelle ein Auszug aus den publizierten Studien: Kurz zusammengefasst kann Mylotarg bei schwer behandelbaren Myeloischen Leukämien erfolgreich angewendet werden, Die Ansprechrate liegt zwischen 20 und 40% - dies ist etwa in der Größenordnung der konventionellen Chemotherapie, wie in der 3. Studie gezeigt. Mylotarg ist außerdem gut verträglich – im Gegensatz zur Chemotherapie tritt fast nie eine toxische Mukositis auf. Allerdings ist mit einer anderen Nebenwirkung zu rechnen, nämlich einer Lebertoxizität, die in etwa 20% der Fälle schwer sein kann. Bei Kindern mit AML wurde Myelotarg auf „compassionate use“-Basis eingesetzt, wie kürzlich in Blood publiziert. Die Ergebnisse sind ähnlich denen der erwachsenen Patienten. Zusammengefasst ist Myelotarg eine neue Therapieoption auch bei refraktären CD33-positiven AMLs mit guter Verträglichkeit. Allerdings sind dauerhafte Remission durch eine Monotherapie nicht zu erzielen. -> wirksam, relativ gut verträglich Aber: keine Dauerremissionen durch Monotherapie

Konzepte der selektiven Immuntherapie (Beispiel Leukämie) Klassisches Konzept b) Radioimmuntherapie Leukämiezelle Gesunde Knochenmarkzelle Knochenmark „Cross Fire“ Dieses Dia über Konzepte der selektiven Immuntherapie spricht nun ein mir besonders wichtiges Thema an: Was ist der richtige Antikörper für welchen Tumor. Die klassische Immuntherapie z.B. mit dem eben genannten Mylotarg beruht darauf, dass der monoklonale Antikörper ein Antigen auf der Tumorzelle erkennt – dieses Antigen sollte natürlich möglichst tumor- bzw. Leukämie-spezifisch sein. Auf einem anderen Konzept beruht die Behandlung mit monoklonalen Antikörpern, wie sie auf der rechten Seite dargestellt ist. In diesem Fall ist ein radioaktiv strahlendes Nuklid an den Antikörper gekoppelt – z.B. ein beta-Strahler mit einer Reichweite von wenigen Millimetern. Das zu erkennende Antigen ist nun nicht auf der Leukämiezelle direkt, sondern z.B. auf hämatopoietischen Vorläuferzellen im Knochenmark zu finden. So kann oft eine viel höhere Strahlendichte im Knochenmark erreicht werden – die Leukämiezellen im Knochenmark werden dabei durch das sog. „cross-fire“ bestrahlt. Antigen auf der Zielzelle -> „Leukämie-spezifisch“ (z.B. Mylotarg, Mabthera) Antigen der Hämatopoiese „Knochenmark-selektiv“ (Radioimmunkonjugate)

„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)

Radioimmuntherapie (RIT) mit Radioisotop-gekoppelten monoklonalen Antikörpern Nuklid Halbwertzeit Eigenschaft Rhenium (R-188) 17 Stunden Hoher gamma-, geringer beta- Emitter Yttrium (Y-90) 2,7 Tage Sehr hoch-energetischer beta-Emitter Antigen Zielzelle CD45 Mononukleäre Zellen, Leukämie-Zellen CD66 Granulozyten und Granulozyten-Vorläufer In Ulm wurde dieses Verfahren insbesondere von Herrn Prof. Reske am Institut für Nuklearmedizin vorangetrieben und bis zur klinischen Anwendung weiterentwickelt. Zum Einsatz kommen hier die Nuklide R-188 und Y-90. Y-90 hat den insbesondere bei Kindern entscheidenden Vorteil, dass es als praktisch ausschließlicher beta-Straler ohne gamma-Anteil praktisch nicht die Umgebung mit Strahlung belastet – die Therapie also im Prizip ambulant durchführbar ist. Als Antikörper kommen solche gegen CD45 und CD66 zur Anwendung. Mit Anti-CD66-Antikörpern liegen hierbei die größeren Erfahrungen vor, da das Antigen auf Vorläufern der Granulozyten im Knochenmark exprimiert wird, beruht die Behandlung auf dem eben gezeigten Konzept des „cross fire“. Übrigens ist diese Behandlung offensichtlich nicht trivial – insbesondere die Koppelung der Nuklide an den Antikörper erfordert ein hohes Maß an strahlenchemischen – und physikalischen Know How – dies ist ein Grund, dass nur ganz wenige Zentren in der Welt - ausser Ulm insbesondere New York und Seatle - die Radioimmuntherapie bis zur klinsichen Anwendung gebracht haben.

Selektive interne Radiotherapie Nuklide Zielstruktur α – Strahler ( 213 Bi, 225 Ac) β - Strahler (131 I,188Re,90Y) Zellcluster Auger – Elektronen (125 I) Zellkern Einzelzelle

Re-188 anti-CD66-mAb 20 hrs. p.i.; AML PR1 In vivo sieht die Behandlung mit Radionuklid-gekoppelten Antikörpern dann so aus: Hier wurde ein Re-188 gekoppelter anti-CD66-Anitkörper verwendet. CD66 ist auf myeloischen Vorläuferzellen exprimiert. Nach i.v.-Applikation des Antikörpers lagert dieser sich in den blutbildenden Organen an – wie z.B. bei einer Knochenmarkszintigraphie – Das Knochenmark wird somit hochselektiv bestrahlt. Betont sei, dass die Kopplung eines Nuklids an einen Antikörper in der entsprechenden Stabilität alles andere als trivial ist und nur in ganz wenigen Zentren weltweit etabliert ist– in Ulm wurde das Verfahren von Herrn Prof. Reske bis zur klinischen Anwendung gebracht.

Der Crossfire - Effekt ß - Strahlen Normale Granulopoese Anti – CD 66 Antikörper Leukämische Blasten

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 Radioimmuntherapie Vor Stammzell-Transplantation I) INTENSIVIERTE Konditionierung Ziel: weniger Rezidive nach Transplantation Methode: Radioimmuntherapie + „normale“ Konditionierung (Ganzkörperbestrahlung +/- Hochdosis-Chemotherapie Anwendung: Höchstrisiko-Leukämien II) REDUZIERTE Konditionierung Ziel: weniger Nebenwirkungen der Konditionierung Methode: Radioimmuntherapie + „reduced Intensity Conditioning“ = RIT+RIC Anwendung: vorbelastete „kranke“ Patienten

Radioimmuntherapie und Stammzell-Transplantation Klinische Studien in Ulm (Phase I/II) Patienten Diagnosen Design Antikörper Zeit 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 CML (> 1. C.P.) Y-90 / Anti-CD66 Läuft D Refraktäre AML Anti-CD45 E 1-18 Jahre Hochrisiko-Leukämien F 3-90 Jahre Nicht maligne KMKrankheiten Auf dieser Folie sind die klinischen Studien der Radioimmutherapie in Ulm zusammengefasst – aus Zeitgründen kann ich nicht im Detail auf jede Studie und auch nicht auf andere Studien eingehen. Zu betonen ist, dass die Radioimmuntherapie mit Antikörpern, die sich im Knochenmark anreichern, immer im Rahmen einer Stammzelltransplantation durchgeführt werden muss, weil es regelmäßig zur Myeloablation kommt. Kurz sei auf die erste Studie bei Erwachsenen eingegangen, die in der Abteilung von Herrn Prof. Döhner unter Federführung von Herr PD Dr. Bunjes in den Jahren 1999 bis 2002 durch geführt wurde – bevor ich die eigenen Daten bei pädiatrischen Patienten aus der Studie E darstelle. In der Studie A wurden Patienten mit Hochrisiko-Leukämien vor der Knochenmarktransplantation mit der Radioimmuntherapie behandelt, und zwar mit einem an Re-188 gekoppelten anti-CD66-Antikörper.

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 = 26 Univ.-Kinderklinik Frankfurt N = 5 Univ.-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

TdT+ CD34+ CD20+ CD34+

Patient A.S.; ALL nach Mabthera (Anti-CD20): nach RIT (Y-90, Anti-CD66):

Studie – A: > 18 Jahre, AML, Radioimmuntherapie mit Re-188 / Anti-CD66 Überleben in Abhängigkeit vom Remissionsstatus Zwei wichtige Ergebnisse der Studie von Herrn Bunjes sind – a) die Radioimmuntherapie ist mit den verwendeten Antikörpern durchführbar ohne nennenswerte zusätzliche Toxizität – b) und das ist in diesem Caplan-Meier-Blot dargestellt: die Therapie scheint effektiv zu sein. Bei der Problemgruppe der Patienten, die nur eine Teilremission aber keine Vollremission vor der Transplantation erreichen konnten, entsprechend unter 15% Blasten im Knochenmark, – konnte ein rezidivfreies Überleben von immerhin ca. 60% erzielt werden – das ist die rote Kurve. Dies entspricht in etwa dem Ergebnis einer konventionellen Transplantation von Patienten in voller Remission, wenn keine Radioimmuntherapie zur Anwendung kam. Enttäuschend ist allerdings das Ergebnis bei Patienten mit über 15% Blasten im Knochenmark mit einem Überleben unter 10% - das ist die blaue Kurve. Es gibt also offensichtlich Grenzen der Wirksamkeit. Nach: Bunjes, Blood 2001

E - Pädiatrische Studie I – INTENSIVIERT / Leukämien Nuklid N= TRM Rückfall Überleben 188Re 14 8* 4 2 (14%) 48 / 65 mo. 90Y 11 2* 2 7 (63%) 0 – 37 mo. Total 25 10 6 9 (36%) * Infection / GvHD n= 8 HUS due to RIT in 188Re n= 2

Zwischenergebnis Konzept I 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

CD20+ CD34+

F - Pädiatrische Studie II – REDUZIERT / RIT+RIC Erkrankung N= TRM Rückfall Rezidivfreies Überleben Leukämien 5 1 4 (80%) 0 – 19 mo. Nicht bösartig 8 1* 7 (88%) 0 – 14 mo. Total 13 2 11 (85%)

Zwischenergebnis Konzept II 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!

Zusammenfassung Spezifische Antikörper in der Onkologie 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 „Ideale“ onkologische Therapie: 1 – Spezifität zu erzielen durch monoklonale Antikörper 2 – Verträglichkeit durch humanisierte Antikörper 3 – Effektivität steigerbar durch Immunkonjugate Zusammengefasst ist die Spezifische Therapie mit monoklonalen Antikörpern heute Wirklichkeit geworden: Spezifität ist erreichbar durch Monoklonalität, Die Verträglichkeit ist gut u.a. wegen der Humansisierung. Bezüglich der Wirksamkeit gibt es neue Ansätze durch die Immunkonjugate. Der Stand der Dinge 20 Jahre nach Jerny, Köhler und Milstein – ist Folgender: die Anitkörpertherapie könnte die Medizin in ähnlicher Weise revolutionieren wie seinerzeit die Antibiotika. Vielen Dank

Vielen Dank! Klinik für Kinder- und Jugendmedizin der Universität Ulm: Tagesklinik der Onkologie, Immunologie und Knochenmarktransplantation