E. Dikomey Lab. für Strahlenbiologie & Exp. Radioonkologie 3. Kursus für Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-Hals-Tumoren Hamburg; 2. – 3. Februar 2012 Prinzipen der Tumorbiologie als Basis für medikamentöse Tumortherapie bei Kopf-Hals-Tumoren E. Dikomey Labor für Strahlenbiologie & Experimentelle Radioonkologie Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf E. Dikomey Lab. für Strahlenbiologie & Exp. Radioonkologie
Ziel einer Tumortherapie: Heilung Inaktivierung aller Tumorzellen Welche Dosis wird benötigt? Schonung des Normalgewebes möglichst geringe Schädigung des Normalgewebes
Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? Zellkultur unbestrahlt 100 Zellen 33 Kolonien Bestrahlung Monolayer Zellkultur Zell- Suspension Zellvereinzelung Trypsin Aussaat (Kolonien) bestrahlt 100 Zellen 15 Kolonien
Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? Zellkultur unbestrahlt 100 Zellen 33 Kolonien bestrahlt 100 Zellen 15 Kolonien
Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? Tumor Klinische Studien!! Präklinische Untersuchungen 33 Gy sehr viele überlebende Tumorzellen
Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? Tumor Klinische Studien!! Präklinische Untersuchungen 42 Gy viele überlebende Tumorzellen 33 Gy sehr viele überlebende Tumorzellen
Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? Tumor Klinische Studien!! Präklinische Untersuchungen 50 Gy 42 Gy viele überlebende Tumorzellen 33 Gy sehr viele überlebende Tumorzellen eine einzige überlebende Tumorzelle = Rezidiv (keine Heilung)
Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? Tumor Klinische Studien!! Präklinische Untersuchungen 60 Gy 50 Gy 42 Gy viele überlebende Tumorzellen 33 Gy sehr viele überlebende Tumorzellen eine einzige überlebende Tumorzelle = Rezidiv (keine Heilung) alle Tumorzellen wurden abgetötet = Heilung
Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? Tumor 60 Gy 50 Gy 42 Gy viele überlebende Tumorzellen 33 Gy sehr viele überlebende Tumorzellen eine einzige überlebende Tumorzelle = Rezidiv (keine Heilung) Tumorkontrolle alle Tumorzellen wurden abgetötet = Heilung
Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? Tumor berechnet aus Anzahl der Klone gemessen Tumorkontrolle Tumorkontrolle: wenn die letzte klonogene Tumorzelle inaktiviert wurde! (Tumorstammzellen)
Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? Tumor Baumann et al. Nat Rev Cancer 2008, 8:545-554
Heilungen Inaktivierung aller Tumorzellen Welche Dosis wird benötigt? Wie bewirkt Bestrahlung eine Abtötung der Tumorzellen? Abtötung = Verlust der Teilungsfähigkeit unbestrahlt bestrahlt
Nicht - und falsch- reparierte DSBs Chromosomen- aberrationen Verlust der Teilungsfähigkeit Verlust der Teilungsfähigkeit Nicht - und falsch- reparierte DSBs Letale Chromosomen- aberrationen p53 Apoptose Bestrahlung DNA Schäden Mitotischer Zelltod p21 G1-Arrest
Nicht - und falsch- reparierte DSBs Chromosomen- aberrationen Verlust der Teilungsfähigkeit Bestrahlung DNA Schäden Tumorzellen (p53 wt) nach 4Gy Mitotischer Zelltod G1-Arrest Apoptose Nicht - und falsch- reparierte DSBs Letale Chromosomen- aberrationen p53 p21 p53 5% ca. 30% Mitotischer Zelltod G1-Arrest Apoptose 65% Verlust der Teilungsfähigkeit
Nicht - und falsch- reparierte DSBs Chromosomen- aberrationen Verlust der Teilungsfähigkeit Bestrahlung DNA Schäden Tumorzellen (p53 mut) nach 4Gy Mitotischer Zelltod G1-Arrest Apoptose Nicht - und falsch- reparierte DSBs Letale Chromosomen- aberrationen p53 p21 p53 ca. 0-1% 3% Mitotischer Zelltod G1-Arrest Apoptose 97% Verlust der Teilungsfähigkeit
Verlust der Teilungsfähigkeit Mitotischer Zelltod Röntgen- strahlung (Photon) Ionisation !!!
Nachweis von DNA-Doppelstrangbrüchen Verlust der Teilungsfähigkeit Mitotischer Zelltod P P-H2AX-Foci Nachweis von DNA-Doppelstrangbrüchen LigaseIV KU70 KU80 DNA-PK P XRCC4
Nachweis von DNA-Doppelstrangbrüchen Verlust der Teilungsfähigkeit Mitotischer Zelltod P P-H2AX-Foci Nachweis von DNA-Doppelstrangbrüchen LigaseIV KU70 KU80 DNA-PK P Doppelstrangbruch-Reparatur ist sehr effektiv - 96-99% werden repariert - 1-4% werden nicht bzw. falsch repariert XRCC4
Verlust der Teilungsfähigkeit Mitotischer Zelltod
Verlust der Teilungsfähigkeit Mitotischer Zelltod
von 2 Doppelstrangbrüchen Verlust der Teilungsfähigkeit Mitotischer Zelltod Falschreparatur von 2 Doppelstrangbrüchen
von 2 Doppelstrangbrüchen Verlust der Teilungsfähigkeit Mitotischer Zelltod G01-Phase Mitose S-Phase azentrisches Fragment Mikronuklei - Verlust an DNA - Verlust an Proteinen Falschreparatur von 2 Doppelstrangbrüchen
Verlust der Teilungsfähigkeit Mitotischer Zelltod mit Mikronuklei ohne Mikronuklei
Nicht - und falsch- reparierte DSBs Chromosomen- aberrationen Verlust der Teilungsfähigkeit Mitotischer Zelltod + Cis-Platin + EGFR-Inhibitor + HPV Bestrahlung DNA Schäden Nicht - und falsch- reparierte DSBs Letale Chromosomen- aberrationen p53 p21 p53 Mitotischer Zelltod G1-Arrest Apoptose Verlust der Teilungsfähigkeit
EGFR-Inhibition und Bestrahlung normal Tumor
EGFR-Inhibition und Bestrahlung normal Tumor
EGFR-Inhibition und Bestrahlung Bonner et al. 2006 NEJM advanced head&neck tumor n=424 Fragen: Mechanismen Heterogenität Normalgewebereaktion
EGFR-Inhibition und Bestrahlung Bonner et al. 2006 NEJM advanced head&neck tumor n=424 Fragen: Mechanismen Heterogenität Normalgewebereaktion
EGFR-Inhibition und Bestrahlung Tumor Tumor Heterogenität bezüglich der Inhibitoren je mehr EGFR desto stärkere Hemmung der Proliferation aber nur bei Tumoren ohne Mutation im KRas-Gen
EGFR-Inhibition und Bestrahlung Tumor Tumor Heterogenität bezüglich der Inhibitoren Heterogenität bezüglich der Tumoren/Zelllinien Parameter unklar EGFR-Amplifikation ? KRas Mutation ? P53wt ?
EGFR-Inhibition und Bestrahlung EGFR-Amplifikation SAS CEP7 EGFR Gurtner et al. R&O 2011 XT XT + erlot. XT + cetuxim.
Strahlentherapie und HPV J Clin Oncol 24:736-747. © 2006
Strahlentherapie und HPV J Clin Oncol 27:1992-1998. 2009 Rieckmann et al. IJROBP in prep.
Fragestellungen / Zukunft … EGFR-Inhibition Ursachen der Heterogenität identifizieren Molekulare Marker identifizieren Therapie stratifizieren!!! HPV Molekularen Ursachen identifizieren Marker für die heterogene Wirkung Ziel: Therapie stratifizieren Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Zellkultur: EGFR-Inhibition und Strahlenempfindlichkeit mut + KRas wt Mitot. Zelltod Mitot. Zelltod p53 mut + G1- Arrest Heterogenität bezüglich der Inhibitoren Heterogenität bezüglich der Zelllinien P53 abhängig KRas-Mutation abhängig
Tumor: EGFR-Inhibition und Strahlenempfindlichkeit ○ Control BIBX(TKI) FaDu ○ 40Gy BIBX(TKI) + 40Gy ○ X X+BIBX(TKI) Tumor ○ Control Cetuximab FaDu ○ 40Gy Cetuximab + 40Gy ○ X X+Cetux großer Effekt auf Proliferation aber keine Verbesserung bezgl. Heilung zusätzlich Gewebe-abhängige Effekte (Tumorstammzellen)
EGFR-Inhibition und Bestrahlung Bonner et al. 2006 NEJM advanced head&neck tumor n=424 Fragen: Mechanismen Heterogenität zellulär geweblich
Zellkultur: EGFR-Inhibition und Strahlenempfindlichkeit KRas mut APR Heterogenität bezüglich der Inhibitoren Heterogenität bezüglich der Zelllinien P53 abhängig KRas-Mutation abhängig
EGFR-Inhibition und Bestrahlung normal KRasmut APR Tumor