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Forschungsarbeit

Antikörper-abgeleitete Therapeutika zur Behandlung Akuter Myeloischer Leukämien

Von Christoph Stein (20.10.2008)

Bei einer akuten myeloischen Leukämie kommt es zur unkontrollierten Vermehrung von myeloischen Zellen z.B. Monocyten oder Granulocyten. In Folge dessen werden die Zellen des gesunden blutbildenden Systems verdrängt, was letztendlich zu einer schweren Blutarmut (Anämie) führt. Derzeit werden akute myeloische Leukämien mit einer Kombination von Zytostatika behandelt, die bei 70-80% der Patienten zu einer kompletten Remission führt. In über der Hälfte der Fälle schließt sich eine Knochenmarkstransplantation an. Bei Patienten, die älter als 65 Jahre sind und einen Rückfall erleiden, ist zusätzlich eine Behandlung mit dem Medikament Mylotarg zugelassen (van der Velden et al., 2001). Mylotarg ist ein, gegen das Oberflächenantigen CD33 gerichteter Antikörper, der chemisch mit dem Toxin Calicheamicin gekoppelt ist, welcher nach Antikörper-vermittelter Internalisierung doppelsträngige DNA zerstört und dadurch den Zelltod auslöst. Dieses Immunkonjugat ist in den USA bereits als Arzneimittel zugelassen und wird routinemäßig in der Behandlung der AML erwachsener Patienten eingesetzt, sowie in klinischen Studien zur Behandlung CD33-positver akuter Leukämien des Kindesalters. Generell kann eine akute myeloische Leukämie in jedem Lebensalter auftreten, die Inzidenz steigt aber ab dem 55. Lebensjahr stark an (RKI, Krebs in Deutschland, 2008). Dies ist einer der Gründe weshalb alternative Therapeutika entwickelt werden müssen, da Patienten mit hohem Alter meist die starken Nebenwirkungen einer Chemotherapie nicht vertragen, insbesondere nicht eine zweite aggressive Chemotherapie nach einem Rezidiv. Außerdem führt der Einsatz von Mylotarg zu gravierenden systemischen Begleittoxizitäten, welche die einsetzbare Dosis limitieren. Bei dieser limitierten Dosis werden jedoch die leukämischen Zellen nicht vollständig eliminiert, und es kommt daher auch nach Einsatz von Mylotarg häufig zu einem Rezidiv, allerdings erst nach einer durch die Therapie verlängerten Überlebensdauer von im Mittel ca. einem Jahr.

Ein zentrales Ziel der Arbeitsgruppe ist es, neue immuntherapeutische Ansätze für die Behandlung von akuten myeloischen Leukämien (AML) zu entwickeln. Dazu zählen Immuntoxine und Immun-RNasen, wie beispielsweise ein gegen CD33 gerichtetes Fusionsprotein bestehend aus einem single chain Fragment variable (scFv) und einer verkürzten Variante des Pseudomonas aeruginosa-Exotoxin A (ETA’), (Schwemmlein et al., 2006).

Die in dieser Promotionsarbeit zu entwickelnden und funktionell zu charakterisierenden bivalenten, d.h. aus zwei Bindeköpfen (scFvs) und einer toxischen Komponente bestehenden Immuntoxine und Immun-RNasen sollen so konzipiert werden, dass sie eine gesteigerte spezifische Aktivität bei geringeren Dosis-limitierenden Begleittoxizitäten erlauben sollen. Dies wird unter anderem durch eine genetische und nicht, wie beim Mylotarg, chemische Kopplung des Toxins an den Antikörperanteil gewährleistet. Dadurch können sie voraussichtlich in höheren Dosen eingesetzt werden, wodurch ein größerer Anteil der malignen Zellen eliminiert werden sollte, was sich im Endeffekt in einer größeren therapeutischen Wirkung (d.h. größeren Verlängerung der Lebenserwartung der behandelten Patienten) manifestieren sollte. Diese Moleküle sollen in Zukunft eine Alternative bzw. Ergänzung zu den heute gängigen Therapieformen darstellen.

[Bildunterschrift / Subline]: Schema des Wirkmechanismus von Mylotarg, Immuntoxinen und Immun-RNasen: Nach Antigenbindung und Rezeptor-vermittelter Endocytose wird die leukämische Zelle in die Apoptose getrieben. Der Mechanismus hängt dabei von der Effektorkomponente ab.

Ein besonders hochrangiges Ziel der hier zu entwickelnden neuen Generation von Molekülen ist es, die AML-Tumor-Stammzellen gezielt zu eliminieren. Die bisher in der Krebstherapie eingesetzten Chemotherapeutika sind nicht so konzipiert, dass sie die für den Krankheitsprozess ausschlaggebende Tumor-Stammzellen (AML-Leukämie Stammzellen; AML-LSCs) spezifisch angreifen. Zwar wird auch mit den bisherigen Chemotherapeutika bei einer signifikanten Gruppe der Patienten ein Behandlungserfolg erzielt, und somit vermutlich auch die Tumor-Stammzellen mit eliminiert. Diese werden jedoch durch die vorhandenen Therapeutika nicht spezifisch ins Visier genommen, und daher kommt es derzeit noch regelmäßig zur Bildung von Rezidiven, die vermutlich aus Tumor-Stammzellen hervorgehen, welche die Therapie überlebt haben. Mit den hier zu entwickelnden neuen CD33-spezifischen Agentien werden speziell die Tumor-Stammzellen ins Visier genommen, da eine bedeutende Entdeckung aus dem Jahre 2005 zeigt, dass zumindest ein Teil der AML-Leukämie-Stammzellen das Tumor Antigen CD33 exprimiert. Dies ist vermutlich auch einer der Gründe, weshalb das bereits vorhandene Mylotarg trotz hoher Begleit-Toxizitäten wirksam ist. Zusätzlich wurden in dieser Promotionsarbeit bereits mehrere neue scFvs gegen ein weiteres AML-Leukämie-Stammzell-Antigen durch die Immunisierung von Mäusen gewonnen. Damit stehen der Arbeitsgruppe nun wichtige Werkzeuge zur verfügen, die zu einer effizienteren Therapie der AML beitragen können.

 

Schwemmlein, M., M. Peipp, et al. (2006). "A CD33-specific single-chain immunotoxin mediates potent apoptosis of cultured human myeloid leukaemia cells." Br J Haematol 133(2): 141-51.

Taussig, D. C., D. J. Pearce, et al. (2005). "Hematopoietic stem cells express multiple myeloid markers: implications for the origin and targeted therapy of acute myeloid leukemia." Blood 106(13): 4086-92.

Van der Velden, V. H., J. G. te Marvelde, et al. (2001). "Targeting of the CD33-calicheamicin immunoconjugate Mylotarg (CMA-676) in acute myeloid leukemia: in vivo and in vitro saturation and internalization by leukemic and normal myeloid cells." Blood 97(10): 3197-204.


Christoph Stein
* 1980

Stationen
  • 2001-2006
  • Studium der Biologie an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
  • Seit 2006
  • Beginn der Promotion am Lehrstuhl für Genetik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg in der Arbeitsgruppe von Prof. G. H. Fey
  • Seit 2007
  • Forschungsstipendiat im Elitenetzwerk Bayern

Veröffentlichungen
  • Markus Kügler, Christoph Stein, Michael Schwenkert, Domenica Saul, Lena Vockentanz, Thomas Huber, Svava K. Wetzel, Oliver Scholz, Andreas Plückthun, Annemarie Honegger and Georg H. Fey:
  • “Stabilization and humanization of a single-chain Fv antibody fragment specific for human lymphocyte antigen CD19 by designed point mutations and CDR-grafting onto a human framework”, Submitted Oktober 2008

Patente
  • Frühjahr 2009
  • Anmeldung eines Patents für Antikörperfragmente (scFvs) gerichtet gegen ein AML-Leukämie-Stammzell-Antigen