Programm Molekulare Pädiatrische Onkologie
Tumorbiologie
Kindliche Krebserkrankungen können sehr wirksam mit Chemotherapie behandelt werden. In Fällen von Therapieresistenz, in denen eine Heilung nicht möglich ist, sind die eingesetzten Medikamente nicht wirksam genug oder haben im Verlauf der Chemotherapien ihre Wirksamkeit verloren. Der Grund dafür wird darin gesehen, dass die Krebszellen gegen die verwendeten und oft dann auch gleich gegen andere Chemotherapeutika resistent werden. Für eine Verbesserung der Behandlung von Krebs im fortgeschrittenen Stadium ist es daher wichtig, Konzepte zur Überwindung dieser Resistenzen zu entwickeln.
Ein viel versprechender Ansatz ist dabei, diejenigen Moleküle zu identifizieren, die einem Krebs seine Behandlungsresistenz verleihen. Diese Moleküle stellen aussichtsreiche Ansatzpunkte für die Entwicklung von Medikamenten dar, mit denen die Behandlungsresistenz letztendlich überwunden werden kann. Bei der Identifizierung dieser Moleküle wird in unserem Forschungslabor (Link zu Forschungslabor) eine neue Klasse von Krebsmedikamenten, die Histondeacetylase-Inhibitoren, angewendet. Histondeacetylase-Inhibitoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie in Krebszellen den programmierten Zelltod - die Apoptose - herbeiführen, indem sie Apoptose-relevante Gene regulieren. Diese Wirkung unterscheidet sie von klassischen Chemotherapeutika, welche die Apoptose durch Zellschädigung auslösen. Eine charakteristische Eigenschaft von Krebszellen ist, dass sie reich an genetischen Mutationen sind. Normale Zellen mit solchen Mutationen würden von selber Apoptose auslösen. Zu den Eigenschaften von Krebszellen gehören nun solche molekularen Veränderungen, die es Ihnen ermöglicht, Apoptose zu vermeiden und sich damit auch der Chemotherapie zu entziehen.
In Versuchen konnten wir zeigen, dass Histondeacetylase-Inhibitoren die Wirksamkeit von herkömmlichen Chemotherapeutika deutlich verstärken und Resistenzen überwinden. Weitere Untersuchungen zeigen zudem, dassmit dieser Wirkungsverstärkung ein von Histondeacetylase-Inhibitoren spezifisch verändertes Molekülmuster in den Krebszellen einhergeht. Unter den von Histondeacetylase-Inhibitoren regulierten Molekülen befinden sich wie vermutet bestimmte Formen, denen wichtige Funktionen bei der Apoptose zukommen, wie auch eine Reihe weiterer, die an der Resistenzentwicklung beteiligt sind. Die vergleichende Analyse von Histondeacetylase-Inhibitoren behandelten und unbehandelten Krebszellen kann also wichtige Aufschlüsse über Resistenzfaktoren geben. Diese Moleküle werden derzeit von der Arbeitsgruppe am Jenaer Universitätsklinikum mit zell- und molekularbiologischen Methoden eingehend untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen können die Basis für innovative neue Krebstherapien bilden.
Forschungsprogramm zur Transplantation von Blutstammzellen
Blutstammzelltransplantationen (SZTs) werden bei Kindern u. a. zur Behandlung von Hochrisiko-Leukämien oder prognostisch ungünstigen soliden Krebsformen durchgeführt. Durch SZTs können heutzutage etwa 50 - 60% der betroffenen Kinder dauerhaft geheilt werden, wobei meist Rezidive den Therapieerfolg verhindern, die wiederum durch ungenügende Therapiewirksamkeit oder erhöhte Therapieresistenz verursacht werden.
Die wichtigsten therapiewirksamen Effekte, die durch SZT-Verfahren vermittelt werden sind:
- zellschädigende und damit apoptose-auslösende Wirkungen von Zytostatika und ionisierenden Strahlen in der Phase der Konditionierung vor der Transplantation sowie
- die Eliminierung verbliebener Krebszellen nach einer SZT durch immunologisch aktive Zellen des Spenders. Essentielle Fortschritte bei SZTs sind durch Verbesserung dieser therapiewirksamen Effekte ableitbar, die wiederum durch Überwindung von Zytostatika- und Bestrahlungsresistenz sowie durch Verbesserung der immunologischen Kontrolle von Krebszellen erzielbar sind.
Das Hauptziel des wissenschaftlichen Programms der Jenaer Kinderklinik ist auf diesen Schwerpunkt fokussiert, die Suszeptibilität kindlicher Krebszellen für chemische, physikalische und immunologische Wirkungen zu erhöhen sowie spezifischer wirksame Therapieformen zu finden, diese zu validieren und in klinische Anwendungen zu bringen.
Ein weiteres wichtiges Ziel ist es, Lösungen zu finden, die Vorteile der Applikation großer Stammzellmengen bei einer SZT durch Vorabamplifikation von Stammzellen ex vivo nutzen zu können.
Dabei werden in festgelegten Forschungsprogrammen
- die Möglichkeiten untersucht, so genannte epigenetische Modulatoren (Histondeacetylase-Inhibitoren, HDIs) zur Verbesserung der Suszeptibilität von Krebszellen für Zytostatika, Bestrahlungen und den Angriff von Immunzellen vor bzw. nach einer Transplantation einzusetzen,
- die Möglichkeiten untersucht, Spenderlymphozyten im Rahmen allogener SZTs und Natürliche-Killer-Zellen (NK-Zellen) im Rahmen haploidentischer SZTs möglichst effizient einzusetzen und
- Methoden entwickelt, Blutstammzellen ex vivo bereits vor Transplantation zu amplifizieren, um die Vorteile einer SZT mit sehr großen Stammzellmengen nutzen zu können.
Verstärkung der Suszeptibilität kindlicher Krebszellen gegen Zytostatika, ionisierende Strahlen und dem Angriff von NK-Zellen durch epigenetische Modulatoren Kindliche Krebserkrankungen, wie akute Leukämien und die meisten kindlichen soliden Krebsformen, besitzen primär eine bemerkenswert hohe Zytostatika- und Bestrahlungs-Empfindlichkeit, welche die Voraussetzungen für eine vollständige Heilung bieten. Wenn Heilung jedoch selbst durch hoch dosierte Zytostatikaapplikationen im Rahmen einer SZT nicht möglich ist, sind molekulare Resistenzmechanismen, mangelnde Suszeptibilität oder ungenügende Spezifität verantwortlich, für deren Überwindung Lösungen gefunden werden müssen.
Das zytostatika-, bestrahlungs- und auch das immunzell-induzierte Absterben von Krebszellen wird nach heutigem Kenntnisstand maßgeblich durch direkt oder indirekt in die Apoptose eingreifende Moleküle oder durch zelluläre Signalmoleküle verursacht, wobei nach wie vor offen ist, welche Effektormoleküle oder welche Signalmoleküle für einen Therapieerfolg letztlich entscheidend sind.
Histondeacetylase-Inhibitoren (HDIs) sind epigenetische Modulatoren und gehören zu einer viel versprechenden Wirkstoffgruppe mit Antitumorwirkung, die sich derzeit in zahlreichen klinischen Prüfungen befinden. HDIs aktivieren zelluläre Differenzierungsprogramme, inhibieren den Zellteilungszyklus und induzieren effektiv Apoptose durch tiefgreifende Veränderungen in die Genregulation mit hoher Spezifität für transformierte Zellen, was u.a. die vermehrte Expression proapoptotischer und wachstumshemmender Proteine in Krebszellen zur Folge hat.
Eigene und die Untersuchungen anderer Arbeitsgruppen zeigen darüber hinaus, dass HDIs Krebszelllinien sehr eindrucksvoll gegen Zytostatika, ionisierende Strahlen und zudem gegen den Angriff von NK-Zellen sensibilisieren. HDIs wirken in diesen Kombinationsbehandlungen stark synergistisch.
Krebszellen, die sich hinsichtlich ihrer Suszeptibilität gegen verschiedene Therapieprinzipien durch kurzzeitig induzierte veränderte Expression von Proteinen voneinander unterscheiden, stellen ein ideales und kliniksnahes System zur Identifizierung und Validierung von Resistenzfaktoren dar. Daher fokussieren sich Forschungsprojekte an der Jenaer Kinderklinik auf die phänotypische Charakterisierung idealer synergistischer Effekte für klinische Entwicklungen weiterführender SZTs und die Identifizierung und Validierung von Schlüsselfaktoren der Therapieresistenz u.a. in Proteom- bzw. Transkriptomuntersuchungen.
Eigene Publikationen zu synergistischen Wirkungen mit Histondeacetylase-Inhibitoren:
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Sonnemann J, Gänge J, Kumar S, Müller C, Bader P und Beck JF (2005) Histone deacetylase inhibitors interact synergistically with tumor necrosis factor related apoptosis inducing ligand (TRAIL) to induce apoptosis in carcinoma cell lines. Investigational New Drugs, 23, 99-109.
- Sonnemann J, Hartwig M, Plath A, Kumar S, Müller C und Beck JF (2006) Histone deacetylase inhibitors require caspase activity to induce apoptosis in lung and prostate carcinoma cells. Cancer Letters, 232, 148-160.
- Sonnemann J, Kumar KS, Heesch S, Müller C, Hartwig C, Maaß M, Bader P, und Beck JF (2006) Histone deacetylase inhibitors induce cell death and enhance the susceptibility to ionizing radiation, etoposide, and TRAIL in medulloblastoma cells. International Journal of Oncology, 28, 755-766.
- Kumar KS, Sonnemann J und Beck JF (2006) Histone deacetylase inhibitors induce cell death in supratentorial primitive neuroectodermal tumor cells. Oncology Reports, 16, 1047-105.
- Sonnemann J, Gänge J, Pilz S, Stötzer C, Ohlinger R, Belau A, Lorenz G, und Beck JF (2006) Comparative evaluation of the treatment efficacy of suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA) and paclitaxel in ovarian cancer cell lines and primary ovarian cancer cells from patients. BMC Cancer, 6, 183.
- Kumar KS, Sonnemann J, Hong LTT, Buurmann C, Adler F, Maass M, Völker U, und Beck JF (2007) Histone deacetylase inhibitors, but not vincristine, interact cooperatively with ionising radiation to induce cell death in medulloblastoma cells. Anticancer Research, 27, 465-470.
- Sonnemann J, Dreyer L, Hartwig M, Palani CD, Hong LTT, Klier U, Bröker B, Völker U und Beck JF (2007) Histone deacetylase inhibitors induce cell death and enhance the apoptosis-inducing activity of TRAIL in Ewing's sarcoma cells. Journal of Cancer Research and Clinical Oncology, 133, 847-858.
- Felber M, Sonnemann J und Beck JF (2007) Inhibition of Novel Protein Kinase C-epsilon Augments TRAIL-induced Cell Death in A549 Lung Cancer Cells. Pathology Oncology Research, 13, 295-301.
- Sonnemann J, Bumbul B und Beck JF (2007) Synergistic activity of the histone deacetylase inhibitor suberoylanilide hydroxamic acid and the bisphosphonate zoledronic acid against prostate cancer cells in vitro. Molecular Cancer Therapeutics, 6, 2976-84.
- Dzieran J, Beck JF, Sonnemann J (2008) Differential responsiveness of human hepatoma cells versus normal hepatocytes to TRAIL in combination with either histone deacetylase inhibitors or conventional cytostatics. Cancer Science, 99, 1685-1692.
- Sonnemann J, Hüls I, Sigler M, Palani CD, Hong LTT, Völker U, Kroemer HK und Beck JF (2008) Histone deacetylase inhibitors and aspirin interact synergistically to induce cell death in ovarian cancer cells. Oncology Reports, 20, 219-224.
Adoptiver Immuntransfer bei drohendem Rezidiv einer akuten Leukämie oder eines Myelodysplastischen Syndroms (MDS)
Kinder mit hohem Rezidivrisiko einer akuten Leukämie oder eines MDS nach allogener SZT können anhand der Dynamiken autologer Anteile bei der Bestimmung der Chimärismen nach und anhand der Menge noch verbliebener maligner Zellen (minimale Resterkrankung, MRD) bereits vor einer SZT identifiziert werden. Wie eigene multizentrisch geleitete klinische Studien belegen, ist der Einsatz von Spender-Lymphozyten für diese Hochrisiko-Patienten effektiv.
Spender-Lymphozyten enthalten u. a. Fraktionen zytotoxischer T-Zellen, welche Fremdantigene der Empfänger-Körperzellen und der Leukämiezellen erkennen und eine Immunreaktion auslösen können. Dabei kommt es neben der Spender-gegen-den-Wirt-Erkrankung ("graft versus host disease", GVHD) auch zu einem Spender-gegen-die-Leukämie-Effekt ("graft versus leukemia" Effekt, GVL), der restliche Leukämiezellen kontrollieren und eliminieren kann. Da GVHD und GVL oftmals in Kreuzreaktionen stattfindet ist der Einsatzbereich für Spenderlymphozyten leider begrenzt. Dennoch ist es sinnvoll, das Potential so weit wie möglich, zu nutzen. Bei sehr hoher Rezidivgefahr werden daher im Rahmen des Jenaer Konzeptes die immunologischen Effekte von Spenderlymphozyten bestmöglich genutzt und das betroffene Kind nach individuellen Kriterien bis an die Grenze einer höhergradigen GVHD heran ohne immunsuppressive Medikamente behandelt und/oder mit einer optimalen Zahl von Spenderlymphozyten versorgt.
Je nach Einschätzung des Rezidivrisikos, der GVHD-Neigung und der Toleranz des Patienten werden zudem regelmäßig Spenderlymphoyzyten als langfristig angelegte Dauertherapie verabreicht.
Diese Verfahren werden bei Patienten angewendet, deren Erkrankungen zwar morphologischen Remissionskriterien genügen, die aber entweder hohe MRD-Lasten oder höhere Chimärismusdynamiken unter Zunahme autologer Anteile aufweisen.
Die Daten dieser Patienten werden bezüglich Überlebenswahrscheinlichkeit und rezidivfreier Überlebenszeit mit historischen Gruppen gleichen Risikoprofils vergleichend wissenschaftlich ausgewertet, um das optimale Vorgehen abzuleiten.
Um die Problematik der Induktion einer GVHD durch Spenderlymphozyten möglichst zu umgehen wird in zugehörigen Begleitprojekten nach leukämie-spezifischen Antigenen gesucht, die zur Stimulierung von tumorspezifischen Spenderlymphozyten verwendet werden können. Ein Kandidaten-Protein könnte das Mesothelin darstellen, was in Jena in AML-Blasten identifiziert werden konnte. Mit Tumorantigen stimulierte Spenderlymphozyten können über membranständig sezerniertes Interferon-gamma durch das Standard-Verfahren des "magneto-sorting" isoliert und als spezifische Zellfraktion einem betroffenen Kind mit geringem Risiko, eine schwere GVHD zu induzieren, infundiert werden. Zusätzlich wird geprüft, ob HDIs darüber hinaus den Angriff von zytotoxischen Zellen auf Krebszelllinien verbessern können. Dies ist einerseits durch Sensibilisierung der Apoptosewege durch die HDIs möglich oder durch veränderte Expression von Oberflächenproteinen der Krebszellen erreichbar, was von uns für das membranständige Protein Calreticulin bereits gezeigt werden konnte, das daher eine entsprechende Bedeutung erlangen könnte.
Eigene Publikationen zu Chimärismus, MRD und adoptivem Immuntransfer:
- Bader P, Hölle W, Klingebiel T, Handgretinger R, Benda N, Schlegel PG, Niethammer D und Beck J (1997) Mixed hematopoietic chimerism after allogenic bone marrow transplantation and the impact of quantitative PCR analysis for prediction of relapse and graft rejection. Bone Marrow Transplantation, 19, 697-702.
- Bader P, Klingebiel T, Schaudt A, Handgretinger R, Theurer-Mainka U, Lang P, Schlegel P.G und Beck JF (1999) Prevention of relapse in patients with acute leukemias and MDS after allogeneic SCT by early immunotherapy initiated on the basis of increasing mixed chimerism: a single center experience of 12 children. Leukemia, 13, 2079-2086.
- Bader P, Kreyenberg H, Hoelle W, Dueckers G, Handgretinger R, Lang P, Kremens B, Dilloo D, Sykora K.W, Schrappe M, Niemeyer C, vStackelberg A, Gruhn B, Henze G, Greil J, Niethammer D, Dietz K, *Beck JF und *Klingebiel T (2004) Increasing mixed chimerism is an important prognostic factor for adverse outcome in children with ALL after allogeneic SCT - Possible role for pre emptive immunotherapy? Journal of Clinical Oncology, 22, 1696-1705, *Doppelte Letztautorschaft.
- Bader P, Kreyenberg H, Hoelle W, Dueckers G, Kremens B, Dilloo D, Sykora K.W, Niemeyer C, Reinhard D.H, Vormoor J, Gruhn B, Lang P, Niethammer D, Klingebiel T und Beck JF (2004) Increasing mixed chimerism defines a high-risk subgroup of childhood acute myelogenous leukemia patients after allogeneic stem cell transplantation where pre-emptive immunotherapy may be effective. Bone Marrow Transplantation, 33, 815-821.
- Bader P, Niemeyer C, Wilasch A, Kreyenberg H, Strahhm B, Kremens B, Gruhn B, Dilloo D, Vormoor J, Lang P, Niethammer D, Klingebiel T und Beck JF (2005) Children with myelodysplastic syndrome (MDS) and increasing mixed chimerism after allogeneic stem cell transplantation have a poor outcome which can be improved by pre emptive immunotherapy. British Journal of Haematology, 128, 649-658.
- Bader P, Beck J, Handgretinger R, Niethammer D und Klingebiel T (1997) Additional immunotherapy on the basis of increasing mixed hematopoietic chimerism after allogeneic BMT in children with acute leukemia: Is there an option to prevent relapse? Bone Marrow Transplantation, 20, 79-81.
- Bader P, Beck J, Frey A, Schlegel PG, Hebarth H, Handgretinger R, Einsele H, Niemeyer C, Benda N, Faul C, Kanz L, Niethammer D und Klingebiel T (1998)
Serial and quantitative analysis of mixed hematopoietic chimerism by PCR in patients with acute leukemias allows the prediction of relapse after allogeneic BMT. Bone Marrow Transplantation, 21, 487-495. - Klingebiel T, Bader P, Bares R, Beck J, Hero H, Jürgens H, Lang P, Niethammer D, Rath, B und Handgretinger R (1998) Treatment of neuroblastoma stage 4 with 131I-meta-iodo-benzylguanidine, high-dose chemotherapy and immunotherapy? European Journal of Cancer, 34, 1398-1402.
- Bader P, StoLL K, Huber S, Geiselhart A, Handgretinger R, Niemeyer C, Einsele H, Hebart H, Niethammer D, Beck J.F und Klingebiel T (2000) Characterization of lineage-specific chimerism in patients with acute leukemia and myelodysplastic syndrome after allogeneic stem cell transplantation before and after relapse. British Journal of Haematology, 108, 761-768.
- Bader P, Duckers G, Kreyenberg H, Hoelle W, Kerst G, Lang P, Greil J, Niethammer D, Beck JF und Klingebiel T (2002) Monitoring of donor cell chimerism for the detection of relapse and early immunotherapeutic intervention in acute lymphoblastic leukemias. Annals of Hematology, 81, 25 27.
- Bader P, Steward CG, Kreyenberg H, Goulden NJ, Niethammer D, Oakhill A, Handgretinger R, Beck JF und Klingebiel T (2002) Minimal residual disease (MRD) status prior to allogeneic stem cell transplantation is a powerful predictor for post-transplant outcome in children with ALL. Leukemia, 16, 1668-1672.
- Dressel D, Ritter C.A, Sperker B, Grube M, Maier T, Klingebiel T, Siegmund W, Beck JF und Kroemer HK (2003) Busulfan induces activin A expression in vitro and in vivo: a possible link to venous occlusive disease. Clinical Pharmacology and Therapeutics, 74, 264-274.
- Hölle W, Beck JF, Dueckers G, Kreyenberg H, Lang P, Gruhn B, Fuhrer M, Niethammer D, Klingebiel T und Bader P (2004) Clinical relevance of serial quantitative analysis of hematopoietic chimerism after allogeneic stem cell transplantation in children for severe aplastic anemia. Bone Marrow Transplantation, 33, 219-223.
- Yoshimi A, Niemeyer C, Bohmer V, Duffner U, Strahm B, Kreyenberg H, Dilloo D, Zintl F, Claviez A, Wössmann W, Kremens B, Holter W, Niethammer D, Beck JF, Kontny U, Nölke P, Klingebiel T und Bader P (2005) Chimerism analyses and subsequent immunological intervention after stem cell transplantation in patients with juvenile myelomonocytic leukaemia. British Journal of Haematology, 129, 542-549.
- Willasch A, Hoelle W, Kreyenberg H, Niethammer D, Handgretinger R, Lang P, Beck JF, Klingebiel T und Bader P (2006) Outcome of allogeneic stem cell transplantation in children with non malignant diseases. Haematologica-The Hematology Journal, 91, 788-94.
Eigene Arbeit zur Calreticulin-Induktion durch HDIs:
- Sonnemann J, Greßmann S, Becker S, Wittig S, Schmudde M, Beck JF (2010) The histone deacetylase inhibitor vorinostat induces calreticulin exposure in childhood brain tumour cells in vitro. Cancer Chemotherapy and Pharmacology, im Druck.
Eigene Arbeit zu Mesothelin als immuntherapeutisch nutzbares AML-Antigen:
- Steinbach D, Onda M, Voigt A, Dawczynski K, Wittig S, Hassan R, Gruhn B, Pastan I. (2007) Mesothelin, a possible target for immunotherapy, is expressed in primary AML cells. European Journal of Haematology, 79, 281-286.
Einsatz von Natürlichen Killerzellen im Rahmen haploidenter SZT-Verfahren
Die HLA-identische allogene SZT, unterstützt von Verfahren des adoptiven Immuntransfers, ermöglicht Kindern mit einer Hochrisiko-Leukämie in Remission selbst mit erhöhter Rezidivwahrscheinlichkeit eine dauerhafte Heilung.
Bei therapierefraktären Leukämien oder rezidivierten bzw. bestimmten metastasierten soliden Krebsformen des Kindesalters (u.a. Rhabdomyosarkom, Ewingsarkom, Neuroblastom), bei denen mit konventioneller Chemotherapie keine Remission mehr erreicht werden kann, ist durch die HLA-identische allogene SZT nur ausnahmsweise eine Heilung möglich. In der ersten Gruppe trägt nach heutigem Kenntnisstand der Graft-versus-Leukemia-Effekt mit dazu bei, chemotherapierefraktäre Reste von Krebszellen dauerhaft zu eliminieren. Dieser nur mäßig ausgeprägte GVL-Effekt reicht aber offenbar nicht aus, eine Heilung von Patienten herbeizuführen, deren Erkrankung sich zum SZT-Zeitpunkt nicht in Remission befindet.
Als neues tumorimmunologisches Konzept wird daher für diese Patienten das Verfahren der haploidentischen Transplantation CD3- und CD19- (T- und B -Zellen) depletierter Stammzellpräparationen entwickelt. Entsprechend vorbereitete Präparationen enthalten keine Zellen der erworbenen sondern nur die der angeborenen Immunität, die gegen Infektionen und Krebszellen gerichtet ist. Mit der Abtrennung der CD3- und CD19- Zellen aus dem Stammzellpräparat wird dabei eine GVHD vermieden. Wesentliche Zellfraktion sind hier die so genannten Natural-Killer-Zellen (NK-Zellen), die in regulatorische und zytotoxische NK-Zellen unterteilt werden, und die bei haploidentischer, nicht HLA-identischer SZT starke anti-Tumoraktivitäten entwickeln können. NK-Zellen lysieren ohne vorherige Sensibilisierung besonders Zellen mit geringer MHC-I-Expression. Der Angriff auf Krebszellen wird dabei durch aktivierende und inhibierende NK-Zell-Rezeptoren und Liganden reguliert, wobei den so genannten Killerimmunglobulin-like-Rezeptoren (KIR) eine besondere Bedeutung zukommt. Fehlen auf der Krebszelle die den inhibitorischen KIR der NK-Zellen korrespondierenden KIR-Liganden, so erfolgt der Angriff der NK-Zelle und die Krebszelle wird durch Sezernierung von Perforin, Granzyme und Fas aus der NK-Zelle lysiert. Neben dem KIR-System sind weitere Rezeptoren und Liganden beteiligt, die über den Erfolg einer haploidentischen SZT mit CD3-, CD19-depletierten Präparaten entscheiden können.
Das Verfahren wurde bisher bei 8 Patienten in Jena mit beachtlichem Erfolg angewendet.
Die weitere Forschung konzentriert sich insbesondere auf die Beantwortung der folgenden Fragen:
- Welches sind die besten Merkmalskonstellationen zwischen Spender und Empfänger? Hierzu werden die NK-Zell-Rezeptoren bei Spendern und Empfängern individuell charakterisiert und mit dem klinischen Verlauf korreliert.
- Setzt die anti-Tumorwirkung transplantierter NK-Zellen auch die Interaktion mit antigen-erkennenden Zellen voraus? Hierzu werden in vitro-Testungen durchgeführt, die aufzeigen sollen, in wie weit die Aktivität von NK-Zellen durch Zytokine (u.a. G- CSF, IL15, IL2, IL7) oder ausgesuchte Antigene moduliert werden kann.
- Kann durch den Einsatz von HDIs der Angriff von NK-Zellen auf Krebszellen verbessert werden? Hierzu werden eigene Versuche weitergeführt, die bereits gezeigt haben, dass die Vorbehandlung von Krebszelllinien mit HDIs und anschließender Inkubation mit IL2-aktivierten NK-Zellen synergistisch wirkt. Dabei werden interessanterweise verschiedene NK-Rezeptoren in ihrer Expression moduliert. Ziel der Versuche ist es, die Schlüsselfaktoren für diesen verbesserten NK-Zell-Angriff zu erfassen und in einer klinischen Anwendung zu nutzen.
Eigene Arbeiten zur Suszeptibilitätserhöhung gegen LAKs durch HDIs:
- Schmudde M, Braun A, Pende D, Sonnemann J, Klier U, Beck JF, Moretta L, und Bröker BM (2008) Histone deacetylase inhibitors sensitize tumour cells for cytotoxic effects of natural killer cell. Cancer Letters, 272, 110-121.
- Schmudde M, Friebe E, Sonnemann J, Beck JF, Bröker BM (2010) Histone deacetylase inhibitors prevent activation of tumour-reactive NK cells and T cells but do not interfere with their cytolytic effector functions. Cancer Letters, im Druck.
Entwicklung von Kultivierungsbedingungen zur Amplifizierung hämatopoetischer Stammzellen
Die Therapie von Krebs und die Korrektur genetischer Erkrankungen durch Transplantation von hämatopoetischen Stammzellen (HSCs) hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht und kann durch die Erweiterung und Verbesserung der Anwendungen immer mehr Patienten zugänglich gemacht werden.
Dabei zeigen sich signifikante Vorteile für Patienten, wenn bei der Transplantation sehr große Mengen an Stammzellen verabreicht werden. Leider ist die gewünschte Verabreichung großer Stammzellmengen häufig nicht möglich, da oft nur begrenzt Stammzellen einem Spender entnommen werden können.
In Zellkulturen können HSCs über Wochen kultiviert werden und generieren in diesem Rahmen reproduzierbar die verschiedenen Differenzierungsstufen der unterschiedlichen Linien der Hämatopoese. Pluripotente hämatopoetische Stammzellen selber lassen sich in vitro, anders als im Organismus, bisher nicht im Voraus für eine klinische Anwendung amplifizieren.
Daher ist es Ziel des Forschungsprogramms des Jenaer Transplantationszentrums die hierzu essentiellen Kultivierungsbedingungen mit Hilfe nanotechnologischer Verfahren darzustellen. Hierzu besteht eine enge Kooperation mit der TU-Illmenau (Prof. Schober), die bereits mit einer gemeinsamen Drittmittelförderung verbunden ist.
Nach heutigem Kenntnisstand ist die HSC im Organismus in einer HSC-Nische eingebettet, in der es zur Amplifizierung der HSC kommt. Die HSC-Nische stellt nach heutigem Kenntnisstand dabei eine komplexe Synapse bestehend aus Adhäsions- und Signalmolekülen dar, die in vivo in Wechselwirkung mit Ladungen und möglicherweise nischenspezifischen Osteoblasten bzw. bestimmten Adhäsionsmolekülen und Liganden steht.
Ziel des Verbundprojektes ist es, mit Hilfe von Nanotechnologien Mikrostrukturen und Mikroumgebungen zu schaffen, welche den notwendigen Eigenschaften einer natürlichen Stammzellumgebung genügen. Dabei werden von den Mitarbeitern der TU-Ilmenau geometrische Formen mit unterschiedlichen Radien im Nano-Maßstab generiert, die oberflächlich beschichtet und daher auch mit Ladungen versehen werden können. Darüber hinaus werden an die Oberflächen aktivierbare chemische Gruppen gekoppelt, an die wiederum ausgesuchte Proteine, wie Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle gebunden werden können. Die so von der TU-Ilmenau vorbereiteten Konstruktionen werden in Jena mit ausgesuchten Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle vernetzt und in Reihenuntersuchungen auf Amplifizierungsmöglichkeiten menschlicher hämatopoetischer Stammzellen hin geprüft. Die HSCs werden routinemäßig aus Nabelschnurblut durch "magnet-sorting" isoliert.