--Notur wlssenschaften

ie klassische Tumortherapie beinhaltet drei hauptsfichliche Mal3nahmen: chirurgische Entfernung des Tumors, Chemotherapie und Bestrahlung. Das wird sich auch in Zukunft kaum findern. In den vergangenen 10 Jahren wurde ein neues biologisches Therapie-Konzept entwickelt, das sich immunologischer Substanzen bedient, hauptsfichlich Mediatoren (Interferone, Interleukine, Tumornekrose-Faktor) und monoklonale AntikOrper (MAK), die zur Steigerung der Wirksamkeit noch gentechnologisch ver~tndert werden kOnnen. Die vielf~iltigen Nebenwirkungen sind teils immunologischer und teils nicht-immunologischer Natur, jedoch in manchen Ffillen so stark, dab die immunologische Therapie unterbrochen bzw. abgebrochen werden mug. Die erzielten Erfolge bei bestimmten Leukfimieformen und soliden Tumoren sind noch eher bescheiden als spektakulfr, er6ffnen jedoch neue MOglichkeiten; oft werden sie in Kombination mit den klassischen Magnahmen erzielt. Bisher sind nur die Interferone als Anti-Tumor-Medikament in verschiedenen Lfindern zugelassen.

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MAK und Mediatoren Immunologische Tumortherapie

Die natiirliche immunologische Tumor-Abwehr Diethard Baron Boehringer Mannheim Fakultgt ft~r Biologie der Universit~it D-7400 Tfibingen

Immunological tumor therapy includes the use of interferons, interleukins, tumor necrosis factor, and monoclonal antibodies. Clinical tests performed on about 20 types of solid tumors and 10 types of leukemias and lymphomas showed rather limited success. In many cases the side effects are considerable, resulting in the interruption or cessation of therapy. Improvements can be achieved by gene technology. Only the interferons have been approved as official drugs to treat cancer.

Naturwissenschaften 77,405-411 (1990)

© Springer-Verlag 1990

Das Immunsystem ist entscheidend am Erkennen und Zerst6ren von Tumorzellen beteiligt. Das Auftreten von Tumoren ist oft stark erh6ht, wenn das Immunsystem geschwficht ist, z.B. durch eine immunsuppressive Medikation nach Organtransplantation (ca. 30fach erh6htes Krebsrisiko bei nierentransplantierten Patienten) oder durch eine induzierte Immunschwfche, z.B. AIDS. Am Erkennen und Zerst6ren von Tumorzellen sind mehrere humorale und zellul~re immunologische Effektor-Systeme beteiligt: phagocytotische Zellen wie Monocyten und Makrophagen, natfirliche Killer-Zellen (NK-Zellen), spezifisch sensibilisierte cytotoxische T-Zellen (Tc) und spezifische Antik6rper in Kooperation mit dem klassischen Komplement-Weg, Killer-Zellen (K-Zellen) und Makrophagen. Die Aufgaben der einzelnen Systeme sollen nachfolgend kurz vorgestellt werden.

Makrophagen Im Menschen entstehen pro Tag zahlreiche entartete Zellen, die zu einem hohen Prozentsatz durch die stfindig durch den Organismus patroullierenden Makrophagen erkannt und eliminiert werden. Sie k6nnen durch drei Signale aktiviert werden: 1) Direkter Membrankontakt. Daran sind wahrscheinlich keine diskreten Rezeptoren beteiligt, sondern es kommt fiber Membran-vermittelte Wechselwirkungen vom Lektin405

Zucker-Typ zum Erkennen ver~inderter KohlenhydratStrukturen auf der Tumorzelle. Ein alternatives Konzept beinhaltet Ti-Zellen (Inducer-T-Zellen), die zuerst mit der Tumorzelle interagieren und dann die Makrophagen zur Phagocytose der malignen Zellen anregen. 2) Erkennen Tumorzell-gebundener Antik6rper. Die ,Freglust" der Makrophagen ist stark erh6ht, wenn die Fc-Teile Tumorzell-gebundener Antik6rper mit Makrophagen-st~indigen Fc-Rezeptoren erkannt werden; die Verst~irkung tier Phagocytose-Aktivit~it wird Opsonisierung genannt (Schmackhaftmachen). Dieser Mechanismus setzt jedoch das Vorhandensein yon tumorassoziierten Antigenen auf der malignen Zelle und gegen sie gerichtete spezifische Antik0rper voraus. 3) Erkennen der Komplement-Komponente C3b. Als Folge der Bindung spezifischer Antik0rper wird der klassische Komplement-Weg aktiviert und die Komponente C3b gebildet. Sie setzt sich auf der Tumorzell-Oberfl~iche fest und wird von spezifischen, Makrophagen-st~indigen C3b-Rezeptoren erkannt, wodurch der Makrophage wiederum zur verst~irkten Phagocytose veranlagt wird. Andere phagocytierende Zellen wie neutrophile Granulocyten scheinen an der Zerst6rung yon Tumorzellen in vivo nicht beteiligt zu sein. In vitro konnte jedoch in wenigen F~illen das Gegenteil beobachtet werden.

Natf2rliche Killer-Zellen (NK-Zellen) Sie bilden eine Untergruppe der Lymphocyten (Anteil yon etwa 5 %), geh6ren zur Population der LGL (large granular lymphocytes) und sind in konstanter Konzentration anwesend. Ihnen fehlen die typischen Marker der B-Zellen, T-Zellen, Makrophagen und Granulocyten. Sie sind auf die selektive Lyse yon Tumorzellen spezialisiert, obwohl nur bestimmte Typen yon malignen Zellen zerst6rt werden, daher unterscheidet man zwischen NK-Zell-resistenten und NK-Zell-suszeptiblen Tumorzellen. Die genauen biochemischen und molekularen Ursachen hierftir sind noch nicht gekl~irt. An der Interaktion mit Tumorzellen sind noch nicht n~iher charakterisierte Rezeptoren beteiligt, die bestimmte (vefiinderte?) Kohlenhydrat-Muster erkennen. Die eigentliche Lyse der Zielzellen besorgen 16sliche Substanzen, die aus cytoplasmatischen Granula der NK-Zellen ausgeschiittet werden und die Tumorzellmembran irreversibel sch~idigen.

Cytotoxisehe T-Zellen (Tc) Sie werden auch Killer-T-Zellen genannt, sind eine Subpopulation der T-Zellen, exprimieren den CD8Marker und tragen auf ihrer Oberflfiche einen deft406

nierten Antigen-Rezeptor. Tc sind MHC-restringiert und werden dadurch aktiviert, dab sie auf der Tumorzell-Oberfl~che mit Hilfe ihres T-Zell-Rezeptors einen Komplex aus k6rpereigenem HLA-Klasse 1-Antigen und tumorassoziiertem Antigen erkennen. Analog den B-Zellen miissen die Tc aus einem Pool bereits vorgebildeter, ruhender Tc-Klone selektiert (Prinzip der Klon-Selektion) und aktiviert werden, bevor sie zur Tumorzell-Lyse fiihig sind. An diesem AktivierungsVorgang sind noch Antigen-prozessierende Makrophagen, Antigen-spezifische Helfer-T-Zellen und 16sliche Differenzierungs- und Wachstumsfaktoren (z.B. Interleukin 2, Interferon-Gamma) beteiligt. Bei der Zerst6rung der Tumorzellen laufen wahrscheinlich ~ihnliche Mechanismen ab wie bei den NK-Zellen.

AntikOrper-vermittelte Zell-Lyse Antik6rper sind relativ ,,harmlose" Molektile, die per se Zellen nicht letal sch~idigen k6nnen, sondern erst im Zusammenspiel mit Effektor-Systemen wie dem klassischen Komplement-System, Killer-Zellen und Makrophagen die Tumorzell-Lyse bewirken: l) Komplement-System: Auf die Beschreibung dieser komplexen Multikomponenten-Kaskade soil an dieser Stelle verzichtet werden. Details k6nnen in immunologischen Lehrbiichern nachgelesen werden. 2) Killer-Zellen (KZellen): Sie bilden eine Untergruppe der Lymphocyten und sind st~indig in konstanter Menge im K6rper vorhanden (etwa 2 % der Lymphocyten). Sie tragen auf ihrer Oberfl~iche Fc-Rezeptoren ftir IgG oder IgM und werden als Folge der Interaktion zwischen Fc-Rezeptoren und den Fc-Teilen Tumorzell-gebundener Antik6rper zur Lyse aktiviert; diese Reaktion wird ADCC genannt (antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity). Die Lyse verRiuft wahrscheinlich nach fihnlichen Prinzipien wie bei den NK-Zellen und Tc-Zellen. 3) Makrophagen: Auf die Makrophagen-aktivierende und opsonisierende Wirkung Zell-gebundener Antik6rper wurde bereits eingegangen. Alle drei genannten Antik6rper-vermittelten Effektor-Systeme sind an der Lyse und Eliminierung yon Tumorzellen gleichermaBen beteiligt, obwohl in manchen F~illen der eine oder andere Mechanismus vorherrschen kann.

Griinde fiir das Versagen der nattirUchen Tumorabwehr Das Risiko zur Tumorentstehung und Tumorausbreitung ist immer dann stark erh6ht, wenn die natfirlichen humoralen und zellul~iren Abwehr-Reaktionen durch endogene oder exogene Einfltisse geschw~icht werden. Zu den exogenen Faktoren geh6ren Gifte (Ni-

kotin, Alkohol, Umweltgifte, Medikamente), Bestrahlung, psychische Einfltisse und Strel3, zu den endogenen Einfltissen eine gewisse genetische Disposition sowie verschiedene Schw~ichungsprozesse, sogenannte Escape-Mechanismen, von denen die wichtigsten nachfolgend n~iher vorgestellt werden sollen: 1) Antigen-Modulation: Nach der Bindung an die Tumorzelle wird der spezifisch gebundene AntikOrper zusammen mit dem Antigen durch einen aktiven Prozef3 v o n d e r Tumorzelle abgeworfen. Dadurch wird erstens die Bindungsstelle des AntikOrpers blockiert und zweitens die Menge an Tumor-Antigenen reduziert. Allerdings werden die Antigene innerhalb von 1 2 - 2 4 h wieder reexprimiert. 2) Antigen-Maskierung: Tumor-Antigene werden durch nicht-protektive, blockierende AntikOrper abgedeckt, die wegen zu geringer BindungsDichte, ZugehOrigkeit zu einer bestimmten IgG-Subklasse (IgG4) oder anderer Grtinde die Zell-lytischen Effektor-Systeme nicht aktivieren kOnnen. Dadurch wird denjenigen cytotoxischen T-Zellen und AntikOrpern der Zutritt zur Tumorzelle verwehrt, die sie zerstOren kOnnten. 3) Von der Tumorzelle freigesetzte zirkulierende Tumorantigene neutralisieren die Bindungsstelle der passenden zirkulierenden AntikOrper und blockieren die entsprechenden Antigen-Rezeptoren auf den relevanten B-Zellen, so dab sie erst gar nicht aktiviert werden und die passenden Antik6rper sezernieren kOnnen. 4) Zell-Heterogenit~it: Aufgrund von Mutationen entstehen innerhalb der TumorzellPopulation variante Zellen, die das relevante TumorAntigen in geringerer Dichte oder gar nicht mehr tragen bzw. ein neues Antigen exprimieren. Durch die st~ndige ZerstOrung der Zellen mit dem ,,richtigen" Antigen wird die Vermehrung mutierter Zellen begtinstigt, so dal3 trotz bestehender Immunit~it der Tumor nicht attackiert wird und welter w~chst.

Immunologische Mediatoren Die konventionelle Tumor-Therapie (Chirurgie, Chemotherapie, Bestrahlung) hat eine Reihe yon Nachteilen, z.B. unvollst~indige Entfernung der Tumormasse beim chirurgischen Eingriff oder Sch~idigung von gesunden Zellen, Schw~ichung des Immunsystems, geringe Spezifit~it und mangelnde Selektivit~it bei Chemotherapie und Bestrahlung. Durch immunologische Maf3nahmen wird die Palette der Therapie-MOglichkeiten erweitert, kOnnen Nebeneffekte verringert bzw. konventionelle Maf~nahmen ersetzt werden. Etwa 10 immunologische Mediatoren werden zur Zeit im Tierversuch oder klinisch getestet, von denen hier die Interferone (IFN), das Interleukin 2 (II-2) und der Tumornekrose-Faktor (TNF) detaillierter vorgestellt werden sollen [1].

Interferone (IFN) lnterferone (Glykoproteine, MG etwa 20 000 U) zeigen in vivo eine antivirale, antiproliferative und immunmodulierende Aktivit~t [2]. Alle drei Typen, IFN-A1pha, IFN-Beta und IFN-Gamma (auch Alpha-IFN, Beta-IFN und Gamma-IFN genannt), werden therapeutisch angewendet und sowohl als natarliche Produkte aus humanen Zellen als auch als rekombinante Produkte aus E. coli gewonnen. Nattirliche und rekombinante Substanzen zeigen hinsichtlich biologischer Wirkungsweise und Nebenwirkungen geringfiigige bis signifikante Unterschiede. IFN-Alpha und IFN-Beta aktivieren nattirliche KillerZellen, stimulieren Makrophagen und erhOhen die Expression von Fc-Rezeptoren. Klinisch geprtift wurde an soliden Tumoren (Nasopharynx-Carcinom, malignes Melanom, Hirntumoren, Blasentumoren, Hypernephrom, Mamma-Carcinom) und Leuk~imien (chronisch myeloische Leukgmie, Non-Hodgkin-Lymphom, chronisch lymphatische Leuk~imie, HaarzellLeuk~imie, multiples Myelom) [3]. Bereits vom BGA (Bundesgesundheitsamt) zugelassen ist das nattirliche IFN-Beta zur Behandlung des Nasopharynx-Carcinoms und des Kaposi-Sarcoms. In Japan zugelassen ist natiirliches IFN-Beta zur Therapie des Glioblastoms und des malignen Melanoms. Therapeutische Teilerfolge zeigten sich bei der Behandlung der HaarzellLeuk~imie mit IFN-Alpha-2B und IFN-Beta, der chronisch myeloischen Leukgmie mit IFN-Alpha-2B, des Hypernephroms mit 1FN-Gamma und der Basiliome und spitzen Kondylome mit IFN-Alpha-2A. Die therapeutische Wirkung kann durch Kombination mit Cytostatica (Vinblastin, Cyclophosphamid, Doxorubicin) gesteigert werden. Folgende Nebenwirkungen sind zu beobachten [4]: Grippe-fihnliche Symptome (Fieber, Schiittelfrost, Kopfschmerz, Myalgien, Miidigkeit), Zytopenien (Leukozytopenie, Neutropenie, Erythrozytopenie, Thrombozytopenie), ErhOhung der Leberenzyme, Tachykardie, Hyperventilation, Diarrhoen, Hypotonie. Art und St~irke der Nebenwirkungen h~ingen von Dosis, Applikationsform und Therapie-Dauer ab. Alle Nebenwirkungen sind reversibel und verschwinden nach Absetzen der Therapie. Humorale Abwehr-Reaktionen werden nur selten bei den nattirlichen Interferonen, jedoch h~iufig bei den rekombinanten Prfiparaten beobachtet.

Interleukin 2 (II-2) I1-2 ist ein essentieller Differenzierungsfaktor far alle T-Zell-Subpopulationen, B-Zellen und NK-Zellen [5]. Klinisch erprobt wird das rekombinante Prgparat 407

(rI1-2) an mehreren soliden Tumoren, und positive Anti-Tumor-Effekte konnten beim metastasierenden Nierenzell-Carcinom, Neuroblastom und myelodysplastischen Syndrom erzielt werden. In allen F~illen wurde das I1-2 infundiert. Bei einer Studie am Halsund Nacken-Carcinom wurden 200 U nattirliches I1-2 in die regionalen Lymphknoten injiziert, und in 80 % der F~ille konnte eine partielle bis vollst~indige TumorRegression beobachtet werden. Die Lymphocyten der behandelten Patienten zeigten in vitro eine polyklonale Expansion yon CD4- und CD8-Zellen, eine vermehrte Expression von I1-2-Rezeptoren und Ia-Antigenen auf diesen T-Zellen und eine erh6hte NK-Zell-Aktivit~t. Synergistische Effekte wurden bei der Behandlung des kleinzelligen Nierenzell-Carcinoms und bei der myeloischen Leuk~imie durch die Kombination yon I1-2 und IFN-Alpha erreicht. Zus~itzlich kann die therapeutische Wirkung des I1-2 noch durch die Kombination mit Cytostatica (Cyclophosphamid) erh6ht werden. Favorisiert wird momentan das Konzept der LAK-Zellen (Lymphokin-aktivierte Killerzellen). Groge Mengen an peripheren Patienten-Lymphocyten (ca. 101° bis 1011 Zellen) werden ftir 2 bis 4 Tage in vitro mit I1-2 aktiviert und dann dem Patienten re-infundiert, wodurch mehr aktivierte unspezifische und spezifische Killerzellen zur Tumorzerst6rung zur Verftigung stehen [6]. Erste klinische Tests sind auch schon in der BRD angelaufen. In einem analogen Verfahren werden die Lymphocyten aus dem Tumor isoliert und in vitro mit I1-2 aktiviert. Diese Behandlungsform wird in den USA bereits an Patienten erprobt, in der BRD allerdings erst im Tierversuch. Bei den therapeutischen Dosen yon 1 bis 3 • 106U/m 2 K6rperoberfl~iche/Tag traten in den meisten F~illen gravierende Nebenwirkungen wie Fieber, Erytheme, Nausea, Pruritus, Hypotonie, Diarrhoe und Thrombozytopenien auf, die bisweilen intensivmedizinische MaBnahmen erforderlich machten [5]. Die Nebenwirkungen sind jedoch reversibel und verschwinden nach Absetzen des I1-2.

Tumornekrose-Faktor (TNF) Der TNF ist ein friaher Mediator von Entztindungsreaktionen, aktiviert T-Zellen, verst~irkt die Expression yon HLA-Klasse 1 und 2-Antigenen, stimuliert die Phagocytose-Funktion und ist identisch mit dem Cachectin [7]. In der bereits abgeschlossenen klinischen Phase 1 konnte eine eindeutige antitumorale Wirkung festgestellt werden, die allerdings nur selten auftrat. In der Phase 2 (wirksame Dosis 200/tg/m 2 KOrperoberfl~iche) wird die rekombinante Substanz in mehreren Zentren beim malignen Melanom, colorectalen Carcinora, Lungen-Carcinom, Hypernephrom und verschie408

denen Leuk~imie-Formen untersucht [7]. Durch Kombination mit IFN-Gamma, I1-2 und Cytostatica wird die therapeutische Wirkung noch versttirkt. Bisher liegen noch keine eindeutigen Resultate vor. Die Nebenwirkungen gleichen denen beim I1-2 und IFN (Fieber, Schtittelfrost, Myalgie, Diarrhoe, Hypotonie und Anstieg tier Leber-Enzyme [9]), treten jedoch in milderer Form auf, erfordern keine intensivmedizinischen Magnahmen und sind reversibel. Sie k0nnen durch gleichzeitige Gabe von Corticosteroiden und Cyclooxigenase-Inhibitoren (Aspirin) reduziert werden [9]. Cachektische Symptome (z.B. WastingSyndrom) wurden bisher nicht beobachtet.

Unspezifische Immunstimulation Die drei soeben besprochenen Mediatoren tiben in vivo eine doppelte Funktion aus. AufSer tumorzerstOrend entweder direkt an den Tumorzellen oder indirekt tiber die Aktivierung entsprechender Effektor-Zellen wirken sie noch generell immunstimulierend. Gerade diese Aktivit~tt ist bei cytostatischer und radiologischer Tumortherapie gefragt, um die dabei oft als Folgeerscheinung auftretende Immunschw~tchung zu kompensieren. Eingesetzt werden daftir I1-2, EPO (Erythropoetin), der rekombinante GM-CSF (GranulocytenMakrophagen-Kolonien-stimulierender Faktor) und der rekombinante G-CSF (Granulocyten-Kolonien-stimulierender Faktor), die beide die Differenzierung und Proliferation yon Granulocyten und Makrophagen beschleunigen sollen. Getestet wird auch das rekombinante ,,Multitalent" I1-3, das nach intraven0ser Applikation die Bildung aller Blutzellen (mit Ausnahme der Monocyten/Makrophagen) fOrdern kann.

Monoklonale AntikOrper(MAK) Wirkungsweise in vivo In der Tumortherapie werden MAK entweder alleine oder als Konjugate eingesetzt, die aus einem Komplex aus MAK und Toxinen, Radioisotopen oder Cytostatica bestehen. Werden die MAK aUeine appliziert, heften sie sich im Organismus spezifisch an die Tumorzellen an und dienen als Signalgeber ftir die anschliefSende Zell-Zerst0rung. Sie wird dutch die bereits besehriebenen Effektor-Systeme durchgeftihrt (Komplement-System, K-Zellen, Makrophagen). Eine Ausnahme bildet der von P. Krammer am Deutschen Krebsforschungszentrum gefundene murine MAK AntiAPO-1, der auch ohne die Mitwirkung dieser Effektor-Systeme Tumorzellen zerstOren kann. VOllig andere Mechanismen liegen der Tumorzerst0rung durch Immunkonjugate zugrunde (s.u.).

MAK werden seit etwa 10 Jahren for die Therapie von Leuk~imien und Gewebe-Tumoren klinisch erprobt. Haupts~chlich werden murine MAK und nur in seltenen F~illen humane MAK eingesetzt, die aus den verschiedensten Grtinden (begrenzte in-vivo-Immunisierung, ineffektive in-vitro-Immunisierung, schlechte Fusionspartner, wenige alternative Immortalisierungstechniken [10]) wesentlich schwieriger herzustellen sind. Bisher ist noch kein MAK als Anti-Tumor-Medikament yon den Beh0rden zugelassen. Da es hier zu weit ftihren wiirde, alle bisher am Patienten getesteten AntikOrper und alle behandelten Tumortypen aufzulisten, seien nachfolgend nur die haupts~ichlichsten Ergebnisse genannt.

Unkonjugierte M A K Klinisch getestet wurden ,,reine", d.h. unkonjugierte MAK gegen akute lymphatische Leuk/imie (ALL), akute myeloische Leuk/imie (AML), chronisch lymphatische Leuk~imie (CLL), Non-Hodgkin-Lymphom, B-Zell-Lymphom, T-Zell-Lymphom, Brust-Krebs, Colon-Carcinom, colorektales Carcinom, Lungenkrebs, malignes Melanom, Nierenzell-Carcinom, Neuroblastom, Osteosarcom, Prostata-Krebs, renales Adeno-Carcinom und Ovarien-Carcinom. Meist bestanden die Therapie-Erfolge nur in einem voriibergehenden Rtickgang oder auch Verschwinden des Tumors, der sp~iter wieder auftauchte. Dauerhafte Erfolge sind beim B-Zell-Lymphom (evtl. auch T-Zell-Lymphom) zu verzeichnen, bei dem antiidiotypische MAK gegen den Idiotypen auf den malignen B-Zellen appliziert wurden. In den meisten F/illen ist das tumorassoziierte Antigen nicht bekannt. Beim malignen Melanom, Osteosarcom und Neuroblastom sind die MAK gegen die Disialoganglioside GD2 und GD3 gerichtet.

Immunkonjugate Durch das Tumorgeschehen und die begleitende konventionelle Anti-Tumor-Therapie ist das Immunsystem der meisten Patienten mehr oder weniger stark geschw/icht und damit auch die nattirlichen EffektorSysteme zur Tumorzell-ZerstOrung. Als immununterstiitzende MaBnahmen bieten sich immunstimulierende Faktoren (s.o.) oder Immunkonjugate an oder beides. Immunkonjugate sind Verbindungen aus MAK und tumorzerstOrenden Substanzen wie Radioisotope, Toxine oder Cytostatica.

Radio-MAK Das Prinzip der Radioimmuntherapie ist denkbar einfach. Der radioaktiv markierte MAK bindet (spezi-

fisch?) an die Tumorzelle und zerstOrt sie durch Bestrahlung. Die Vorteile gegentiber der konventionellen Strahlen-Therapie liegen in einer noch gezielteren Tumorzell-ZerstOrung bzw. einem noch geringeren Risiko der Sch/idigung von normalen K0rperzellen. Klinisch getestet wurden markierte MAK gegen B-ZellLymphome, T-Zell-Lymphome, Hepatom, malignes Melanom, Non-Hodgkin-Lymphom und OvarienCarcinom [11]. G~ingige Strahler sind radioaktives Jod (131I), Technecium (99mTc) und Indium (111In). Allerdings wurde das ideale Isotop noch nicht gefunden, da mehrere Parameter berticksichtigt werden mtissen wie Strahlungsenergie, emittiertes Teilchen, Halbwertszeit und Kopplungsf~ihigkeit. Zur Minimierung systemischer Strahlensch~iden sollte das Isotop mOglichst fest, d.h. kovalent an den MAK gekoppelt werden, ohne dal3 durch die chemischen Reaktionen die biologische Funktion des MAK beeintr/ichtigt werden darf. 131I kann kovalent gekoppelt werden, w/ihrend 111In, Yttrium-90 und Rhenium-188 tiber Chelatbildung, also relativ locker an den MAK fixiert werden. Dafter muB der Chelatbildner kovalent gekoppelt werden. Oft wird zwischen dem Isotop und dem MAK noch ein kurzes Verbindungssti~ck (Linker, 8 - 15 Aminos~iuren lang) eingeftigt. Dieses vielf~ltige ,,Herumbasteln" am MAK fiihrt oft zu einer Ver/inderung der immunbiologischen Eigenschaften, z.B. ge/inderter Halbwertszeit, verminderter Bindungsf~ihigkeit, ver/inderter Pharmakokinetik und Entstehung neuer Epitope, die im Patienten eine AntikOrper-Antwort induzieren. Zur Zeit experimentiert man mit verschiedenen Alpha-, Betaund Gamma-Strahlern, z.B. mit Astatin-211, Bismuth-211, Rhenium-188, Yttrium-90, Brom-77 und Gallium-67. Entscheidend far die Wirksamkeit eines Radio-MAK sind der Isotyp (IgG, IgM), die Herkunft (Maus, Mensch), die GrOBe (komplett oder Fragment) und die Affinit/it des MAK, der Typ des Radioisotops, die Natur des Linkers oder Chelat-Bildners und die Vaskularisierung des Tumors. Es gibt noch viel zu tun. Die haupts~ichlichen Nachteile der Radio-MAK-Therapie liegen in der Induktion einer humoralen Immunantwort gegen den modifizierten MAK und in der Knochenmark-Toxizit~it. Trotz Verwendung hochaffiner MAK zirkulieren die Radio-MAK mehrmals durch den gesamten Organismus, bis sie vollst/indig gebunden werden, und verursachen generalisierte Strahlensch~den, von denen die Sch/idigung des Knochenmarks verbunden mit einer Hemmung der Blutzellbildung von besonderer Tragweite ist. Folglich mt~ssen adjuvante Begleittherapien eingeleitet werden, wie die Gabe von Immunmodulatoren (z.B. GM-CSF, s.o.) oder die autologe Knochenmark-Transplantation. Dadurch wird der Patient zus~tzlich belastet, seine Prognose verschlechtert und das gesamte Bild far den Arzt immer schwieriger zu durchschauen und zu beherrschen. 409

Immuntoxine An Anti-Tumor-MAK werden nati~rliche Toxine gekoppelt, die nach Aufnahme in die Tumorzelle vitale Zellfunktionen sch~idigen und den Zelltod verursachen. Beispiele ft~r Toxine pflanzlicher oder mikrobieller Herkunft sind Abrin, Diphtherie-Toxin, Gelonin, Modeccin, Pokeweed-antivirales-Protein, Pseudomonas-Exotoxin und Saponin. Manche Toxine sind so wirkungsvoll, dab bereits ein Giftmolektil pro Zelle zur letalen Sch~idigung ausreicht (,,single-hit"-Mechanismus). So hemmt Ricin die Proteinbiosynthese, indem es die Bindungsstelle des Elongationsfaktors EF2 auf der grol3en Untereinheit des Ribosoms inaktiviert. Ricin wirkt als Enzym und ,,htipft" von Ribosom zu Ribosom, so dab die Proteinsynthese innerhalb kurzer Zeit komplett gesch~digt ist. Von den zuvor genannten Substanzen werden zur Zeit ftir die Tumortherapie Ricin, Abrin und DiphtherieToxin favorisiert. Klinisch getestet wurden Immuntoxine beim malignen Melanom und der chronisch lymphatischen Leuk~imie. Bescheidene Erfolge sind zu verzeichnen, jedoch noch keine langanhaltende Heilung. Die hauptstichlichsten Probleme sind auf der Herstellungsseite die Toxin-Isolierung (heutzutage oft auf gentechnologischem Weg), die Chemie der Kopplung und die GroBproduktion. Probleme auf der Patienten-Seite sind Sicherheitsbedenken, Lebersch~idigung durch die Toxine, Bildung von Antik6rpern gegen das Toxin oder den Linker und Internalisierungsverm6gen. Grundvoraussetzung ftir das Funktionieren dieses Therapie-Prinzips ist, dab die Toxin-beladenen MAK in die Tumorzelle aufgenommen werden (Internalisierung). Das tun abet nicht alle Tumorzellen, weshalb man praktisch zwischen internalisierenden und nicht-internalisierenden Tumoren unterscheidet. Solche ,resistenten" Tumortypen kOnnen dann nur noch mit Radio-MAK immuntherapiert werden, da hierftir keine Internalisierung notwendig ist und die Tumorzelle von aui3en zerstrahlt wird. Verbesserungen soll die Gentechnik bringen, z.B. fiir gezielte und st~chiometrisch beste Kopplung des Toxins an den MAK, Einbau des optimalen Peptid-Linkers, Grof~produktion des Konjugates bzw. von MAK-Fragmenten in rekombinierten Bakterien und Modifizierung/Mutagenisierung des Toxins zur Verhinderung unspezifischer toxischer Reaktionen, zur Reduzierung der Immunogenit~it und zur Verbesserung der pharmakokinetischen Eigenschaften. Immuncytostatica An den Anti-Tumor-MAK werden gebr~uchliche Cytostatica gekoppelt. Dadurch, dab die MAK die Medikamente gezielt zum Tumor bringen, sollen die Nach410

teile der systemischen Cytostatica-Therapie umgangen werden, bei der hohe Dosen ben6tigt werden und schwere unspezifische Nebenreaktionen (Haarausfall, Darmblutungen, Immunschw~iche, l]belkeit etc.) auftreten. Untersucht wurden bisher Chlorambucil, Daunorubicin, Doxorubicin, Methotrexat, Mitomycin C und Vinca-Alkaloide. Die klinischen Erfolge sind wenig befriedigend. Einzige Ausnahme bildet der Methotrexat-markierte murine MAK KS1/4 zur Therapie von Lungenkrebs. Der MAK reagiert mit 65 % aller Lungen-Carcinome. In der gerade begonnenen klinischen Phase 2 werden pro Patient bis zu 2 g MAK injiziert. Die zahlreichen noch zu l~senden Probleme liegen in der Chemie der Kopplung des Cytostaticums, LinkerWahl, GroBproduktion des Konjugates, Verminderung der immunbiologischen Reaktivit~it des Konjugates, geringen spezifischen Toxizit~it, Antigenit~t des Konjugates und Internalisierung. Denn wie bei den Immuntoxinen muB auch ein Immuncytostaticum in die Tumorzelle aufgenommen werden, um wachstumsinhibierend zu wirken. Zell-Konjugate Dieser neue Typ yon Tumortherapie verwendet MAK mit zwei unterschiedlichen Bindungsstellen. Die eine erkennt das tumorassoziierte Antigen, die andere cytotoxische T-Zellen (Tc), die letztendlich den Tumor zerstOren. Im Tierversuch wird mit zwei MAK-Typen experimentiert, bispezifischen MAK, bei denen jeder Antik0rper-,,Arm" eine andere Spezifit~it hat, und bifunktionellen Heterokonjugaten, zwei an den Fc-Teilen verbundenen MAK, jeder mit einer anderen Spezifit~it. Die MAK-vermittelte Hinfiihrung der Tc zum Tumor beinhaltet nicht automatisch auch die Tumorzell-Lyse, daher miissen die Tc zuerst in einen aktivierten Zustand tibergefiihrt werden, was durch MAK gegen den T-Zell-Rezeptor, das CD2- oder CD3-Antigen m6glich ist. Die Aktivierung ist jedoch oft noch zu schwach. In vitro bzw. im Tierversuch wurden bereits vielversprechende Ergebnisse erhalten. Klinische Versuche sind vorerst nicht in Sicht.

Probleme der MAK-Therapie und zukiinftige M6glichkeiten Die spezifischen Probleme der einzelnen TherapieFormen wurden bereits diskutiert. Nachfolgend sollen die tibergeordneten Probleme diskutiert werden, die die MAK-Therapie generell betreffen. Spezifitiit der M A K bzw. Existenz yon Tumorantigenen. Das Prinzip der MAK-Therapie kann nur dann

richtig funktionieren, wenn der MAK exklusiv die Tumorzellen und nicht auch normale K0rperzellen erkennt. Folglich sollten Tumorzellen ein spezifisches Tumorantigen tragen. Solche einzigartigen Tumorantigene auf der Zelloberfl~che (nicht im Zellinneren, wo kein Antik0rper hinkommt) hat man noch nicht gefunden. Somit sind alle bisher in der Tumor-Therapie eingesetzten MAK gegen Antigene/Epitope gerichtet, die sowohl auf Tumorzellen als auch Normalzellen vorkommen, auf Tumorzellen jedoch in einer bis um den Faktor 100 h0heren Dichte. Es werden also immer auch normale K0rperzellen gesch~idigt. Weltweit geht die intensive Suche nach tumorspezifischen Antigenen weiter. Gewisse Hoffnungen setzt man auf die Gentechnologie. Mit Hilfe der in-vitro-Mutagenisierung k0nnte man die hypervariablen Regionen so modifizieren, dab h0her affine und/oder spezifischere MAK entstehen. Bisher ist jedoch v011ig unklar, welche der etwa 100 Basenpaare (= 6 hypervariable Regionen pro Bindungsstelle) ausgetauscht werden mtissen, um die gewtinschten Ver~inderungen zu erreichen. Die Antigenitgit muriner MAK. In der MAK-Therapie werden zur Zeit bis auf ganz wenige Ausnahmen (humane MAK beim malignen Melanom) nur murine MAK angewendet, die vom humanen Immunsystem als Fremd-Proteine erkannt und gegen die Antik0rper gebildet werden. Nach wiederholten MAK-Injektionen kommt es aufgrund von Antigen-Antik0rperKomplexen zu allergischen Typ 3-Reaktionen und zu Symptomen wie Atembeschwerden, Tachykardie, Diarrhoe, Hypertonie, Juckreiz, anaphylaktischem Schock. Oft sind die Reaktionen so stark, dab intensivmedizinische MaBnahmen notwendig sind und die MAK-Therapie abgesetzt werden mug. Abhilfe ist entweder durch humane MAK mOglich [12], deren Herstellung jedoch wesentlich zeit- und kostenintensiver ist, oder durch die gentechnologische ,,Humanisierung" der murinen MAK, wobei der konstante Teil dutch entsprechende humane Sequenzen ersetzt wird (chim~ire Antik0rper); noch besser ist die Konstruktion der ,,reshaped" Antik/~rper, bei denen murine hypervariable Regionen in einen humanen Antik0rper gentechnologisch implantiert werden [13]. Allerdings

muB man selbst nach der Injektion humaner MAK in eine andere Person noch mit immunologischen Komplikationen in Form von antiidiotypischen und antiallotypischen Antik0rpern rechnen. Zellheterogenitgit im Tumor. Eine Tumormasse ist keine homogene Zellpopulation; es entstehen aufgrund yon Mutationen Varianten, die andere Antigene tragen bzw. das Antigen, gegen das der MAK gerichtet ist, ,,verloren" haben. Abhilfe ist entweder durch gleichzeitige Gabe yon Interferonen m0glich, wodurch die Expression bestimmter Tumorantigene (CEA, TAG-72) erh0ht wird und alle Tumorzellen dieses Antigen in fast gleicher St~irke exprimieren [14], oder durch einen MAK-Cocktail gegen verschiedene Tumorzell-Epitope. Groflproduktion von M A K und Konjugaten. Sie werden in den meisten Ffillen dutch Kultivierung der Hybridomzellen in Bioreaktoren hergestellt, was zur Zeit noch relativ kosten- und zeitintensiv ist. Es zeichnet sich jedoch ab, dab zumindest Antik0rper-Fragmente (Fab, F(ab')2, einkettige MAK, Domtin-AntikOrper [15]) wesentlich schneller, billiger und in h0heren Ausbeuten in Bakterien oder Hefen hergestellt werden k0nnen.

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[Monoclonal antibodies and mediators--immunologic tumor therapy].

Immunological tumor therapy includes the use of interferons, interleukins, tumor necrosis factor, and monoclonal antibodies. Clinical tests performed ...
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