Spezifische Immuntherapie gegen Krebs –

Perspektiven der Zukunft

Mag.med.vet. Elisabeth Baszler1 und Dr. med. vet. Michael Willmann1, 2 *
1 Klinik für Interne Medizin, Klinisches Department für Kleintiere und Pferde, Veterinärmedizinische Universität Wien
2 Ludwig Boltzmann Cluster Onkologie, Medizinische Universität Wien

Das Ziel einer Immuntherapie gegen Krebs ist es, die Immuntoleranz zu durchbrechen und die physiologische Tumorabwehr des Organismus wieder herzustellen und zu unterstützen.

1. Die Ziele der Krebsimmuntherapie

Bereits im Jahr 1909 postulierte der Mediziner und Forscher Paul Ehrlich, dass Tumore durch das Immunsystem bekämpft und zerstört werden können, er konnte diese Annahme zu dieser Zeit aber wissenschaftlich nicht bestätigen.1 Erst die Charakterisierung der Immunzellen und die Beschreibung der T-Zellen (dendritische Zellen und NK-Zellen) machte die Forschung zur Immuntherapie gegen Krebs möglich.2–5 Die Basis der heutigen Immuntherapie gegen Krebs besteht in der Kenntnis, dass das Immunsystem transformierte Zellen im Körper aufgrund von atypischen Strukturen (Antigene) erkennen und auch zerstören kann.6 Leider kennt man auch zahlreiche Mechanismen der Tumorzellen, die das Immunsystem schwächen können. Diese Fähigkeit von Tumoren, das Immunsystem in ihrer Umgebung zu unterdrücken und dadurch das Tumorwachstum zu unterstützen, wird auch als Immuntoleranz bezeichnet.7 Das Grundprinzip und damit Ziel einer Immuntherapie gegen Krebs ist es daher, diese Immuntoleranz zu durchbrechen und die physiologische Tumorabwehr des Organismus wieder herzustellen oder sogar zu unterstützen. 

2. Methoden der Krebsimmuntherapie

2.1. Therapeutische Tumorvakzination

Eine Tumorvakzine soll im Krebspatienten eine spezifische Immunreaktion gegen Tumorzellen auslösen. Diese Immunreaktion versucht man, durch Peptide, Proteine, DNA oder auch ganze Zellen auszulösen. Wir können hier zwei Arten von Tumorvakzinen unterscheiden, die tumor-assoziierte antigenbasierte Vakzine und die dentritische zellenbasierte Vakzine. 

2.1.1. Tumorassoziierte antigenbasierte
Vakzine gegen Krebs

Diese Tumorvakzine enthalten entweder ein tumorspezifisches (TSA) oder tumorassoziiertes Antigen (TAA), z. B. charakteristisches Strukturprotein der Tumorzelle, zur Aktivierung der Immunantwort. 

Derzeit gibt es eine einzige zugelassene therapeutische Tumorvakzine gegen das orale maligne Melanom des Hundes. Diese tumorassoziierte antigenbasierte Vakzine verwendet ein gentechnisch hergestelltes Plasmid als Antigen, welches die humane (hu) Tyrosinase (TYR) repräsentiert und eine entsprechende Antikörperbildung gegen diese speziesfremde TYR im Hundepatienten induziert. Dieses gentechnisch hergestellte Plasmid muss aufgrund des geringen Molekulargewichts mittels eines speziellen transdermalen Applikationssystems in die Haut injiziert werden. 

Tyrosinase ist ein Enzym, das in physiologischen Melano-zyten zur Melaninsynthese benötigt wird und in Melanomzellen überexprimiert wird, und stellt damit ein sogenanntes tumorassoziiertes Antigen dar. Antikörper, die gegen die huTYR im Hund gebildet werden, -können aufgrund der großen Übereinstimmung (87 Prozent -Homologie zwischen huTYR und canine (can) TYR) der caninen Tyrosinase kreuzreagieren und führen damit zu einer spezifischen Immunreaktion gegen Melanomzellen und damit zu deren Zerstörung.8–12 Vergleichbar mit anderen Immuntherapien muss bei dieser Tumorvakzine der Tumor-patient vor dem Einsatz dieser spezifischen Immuntherapie mit konventionellen Methoden wie Chirurgie oder Strahlentherapie behandelt werden, da eine Immuntherapie nur mikroskopisches Residualgewebe behandeln kann. Da der physiologische Melanozyt ebenfalls Tyrosinase enthält, aber in einem geringeren Ausmaß als die Melanomzelle, kann die Behandlung als Nebenwirkung zu Pigmentierungsverlusten von Haut und Haarkleid beim Patienten führen, klinisch relevante Nebenwirkungen wurden aber bis dato nicht beschrieben.13 

Eine aktuelle retrospektive Studie aus Großbritannien bestätigt die Ergebnisse der bisher publizierten Daten und beschreibt zudem palliative Wirkung bei makroskopischen Melanompatienten.14 Erst kürzlich wurde diese Vakzine auch bei Katzen mit malignen Melanomen auf deren unbedenkliche Anwendung und damit Sicherheit überprüft, und die Ergebnisse bestätigten deren sichere Anwendbarkeit auch bei dieser Spezies.15

2.1.2. Dendritische Zellenbasierte Vakzine gegen Krebs

Die dendritische zellenbasierte Vakzine, auch Krebsimpfung mit dendritischen Zellen genannt, soll eine Antigenpräsentation durch dendritische Zellen im Patienten auslösen. 

Als Beispiel soll eine Vakzine herangezogen werden, die von Dr. Grammel 2003 als immunologische Therapie mit dendritischen Zellen zur Behandlung von Tumoren bei Hunden, Katzen und Pferden entwickelt wurde.

Dendritische Zellen entwickeln sich entweder aus Monozyten oder Vorläuferzellen der B- oder T-Lymphozyten und sind Bestandteil des Immunsystems. Bei der Entstehung von Tumoren und damit entartetem Fremdgewebe im Organismus sind dendritische Zellen dafür verantwortlich, diese Tumorzellen zu identifizieren (Antigen-Erkennung) und für die Eradikation durch T-Lymphozyten vorzubereiten (Antigen-Präsentation). Das Präparat verwendet dafür Blut der Tumorpatienten, um aus Mono-zyten durch Zugabe von Zytokinen dendritische Zellen zu kultivieren. Diese werden danach dem Patienten injiziert, um die körpereigene Immunabwehr zu stärken und damit die Immuntoleranz zu durchbrechen. 

2.2. Immunmodulierende Therapien gegen Krebs

Als Beispiel kann ein Produkt zur Behandlung von Felinem injektionsstellenassoziiertem Sarkom (FISS) der Katze, auch Fibrosarkom genannt, dienen. Dieses Medikament enthält eine feline Interleukin-2-Rekombinante des Kanarienpockenvirus und wurde in Kombination mit der Strahlentherapie zur Behandlung von resezierten FISS bei Katzen ohne Metastasierung zugelassen. Diese Immuntherapie soll die Rezidivrate senken oder deren Auftreten verzögern.16 Es wurde für die Herstellung dieser Vakzine ein attenuiertes transfiziertes Pockenvirus verwendet, um das feline Interleukin-2-Gen (IL-2) zu exprimieren. Das immunstimulierende Zytokin IL-2 soll damit lokal die Immunabwehr gegen Tumorzellen induzieren. Dazu wird das attenuierte Pockenvirus im Bereich der Tumorresektion entsprechend der Herstellerangaben viermal im Abstand von einer Woche an fünf Lokalisationen injiziert (Abb. 2). Es kommt in der Folge für einige Tage zu einer lokalen Produktion von IL-2 und damit zu einer lokalisierten Immunstimulation und infolgedessen zu einer regionalen Tumorabwehr. 

In der klinischen Zulassungsstudie wurden Katzen mit einem metastasenfreien FISS in zwei Gruppen eingeteilt. Die Kontrollgruppe wurde operiert und erhielt eine Strahlentherapie, die Behandlungsgruppe wurde mit dem genannten Produkt zusätzlich zur Operation und Strahlentherapie behandelt. Zwei Jahre nach der Behandlung zeigte sich bei den mit dem erwähnten Produkt behandelten Katzen eine längere rezidivfreie Periode (über 730 Tage) im Vergleich zur Kontrollgruppe (287 Tage).17

2.3. Tumorspezifische monoklonale Antikörper gegen Krebs

Monoklonale Antikörper (mAbs) sind in Zellkulturen oder Bakterienkulturen hergestellte Antikörper, die sich entweder direkt gegen tumorspezifische Antigene (TSA) oder tumorassoziierte Antigene (TAA) richten. Diese monoklonalen Antikörper werden unkonjugiert und konjugiert (z. B. an zytotoxische Substanzen, Radionuklide etc.) äußerst erfolgreich in der Humanonkologie eingesetzt. Unkonjugierte Antikörper binden an den tumorassoziierten oder tumorspezifischen Antigenen und aktivieren das Immunsystem entweder über das Komplementsystem oder spezifische Immunzellen und führen zur Zellzerstörung (Zytotoxizität).18 Monoklonale Abs können z. B. zytotoxische Substanzen, Radionuklide oder Zytokine direkt an die Tumorzelle bringen, um nach der Bindung unmittelbar wirksam zu werden (konjugierte mAbs). -Lange Zeit wurden mAbs aufgrund der Notwendigkeit einer speziesspezifischen Herstellung und der sehr hohen Kosten nicht für die Veterinäronkologie hergestellt. Aufgrund des technischen Fortschritts der letzten Jahre wird auch die Produktion für hundespezifische, sogenannte -caninisierte Antikörper für die Industrie wirtschaftlich möglich. 

Zahlreiche klinische Studien untersuchen seither das Potenzial hundespezifischer Antikörper, und es wurden bereits erste Antikörper gegen B-Zell-spezifische Oberflächen-Epitop CD20 für die Behandlung von B-Zell- Lymphomen des Hundes von der FDA (Food and Drug Administration – staatliche Lebensmittelüberwachungs- und Arzneimittelzulassungsbehörde der USA) zugelassen. Leider erweist sich dieser Antikörper in Folgestudien als nicht so wirksam wie erwartet.19 Weitere Antikörper gegen CD20 sind bereits in klinischen Studien und erweisen sich als vielversprechender (unpublizierte Daten).

2.4. Checkpoint-Inhibitoren gegen Krebs

Das Immunsystem wird durch sogenannte co-stimulierende (aktivierende) und inhibierende (hemmende) Signalwege moduliert, damit es zu zielgerichteten, aber keinesfalls überschießenden (Autoimmunerkrankungen) immunologischen Reaktionen kommt. Tumorzellen bedienen sich auch dieser Signalwege, um sich dem Immunsystem zu entziehen, indem sie einerseits hemmende Zytokine sezernieren und andererseits co-inhibitorische Rezeptoren hochregulieren. Beide Mechanismen unterdrücken die T-Zellaktivierung und damit die Effektoraktivität. 

Mit diesem Wissen konnten aktuell sogenannte Checkpoint-Inhibitoren entwickelt werden, um diese immun-suppressive Wirkung der Tumorzellen zu unterdrücken. Als wichtiger Vertreter soll der PD-1-Rezeptor (programmed cell death protein 1) genannt werden. Dieses Zelloberflächenprotein bindet PD-L1 (programmed cell death protein ligand 1) und hemmt die Immunantwort. Zahlreiche Tumoren überexprimieren diesen immunhemmenden Rezeptor oder den Liganden selbst, um sich der physiologischen Abwehr des Körpers zu entziehen. 

Untersuchungen bei Hunden mit Tumoren wurden in der jüngsten Vergangenheit durchgeführt und zeigen vergleichbar wie bei humanen Tumoren eine Überexpression sowohl von PD-1 als auch PD-L1 abhängig von der Tumorentität.20 Inhibitoren oder Antikörper gegen PD-1 bzw. PD-L1 können diese immunsuppressive Wirkung der Tumorzellen blockieren (Abb. 3). Damit wird die Immuntoleranz des Körpers gegen den Tumor unterdrückt und dieser wieder durch Immunzellen angegriffen. Erste Erfahrungen mit dieser Immuntherapie bei Hunden wurden bereits mit caninen oralen Melanomen und undifferenzierten Sarkomen mit vielversprechendem Ergebnis dokumentiert.21

2.5. Onkolytische Viren gegen Krebs

Onkolytische Viren (OV) können die Tumorzellen direkt angreifen oder die Immunabwehr gegen die infizierten Tumorzellen verstärken.22 Präklinische Studien zeigen eindrucksvolle und anhaltende Wirkungen in Mausmodellen, und eine erste Therapie mit OV wurde aktuell für die intratumorale Behandlung von humanen Melanom-patienten in den USA durch die FDA zugelassen.23 Auch eine systemische Behandlung (intravenöse Applikation) wurde trotz der zahlreichen Risiken (Virusreplikation, Virusausscheidung, Pharmakokinetik etc.) in einer komparativen klinischen Studie an Hunden mit und ohne Malignomen ohne nennenswerte Nebenwirkungen und mit guter -Effektivität erfolgreich untersucht.24, 25

2.6. Adoptive Immuntherapie gegen Krebs

T-Zellen können veränderte (transformierte) Zellen erkennen und auch zerstören. Aus diesem Grund versucht man, diese Funktion spezifisch als sogenannte adoptive T-Zelltherapie bei der Behandlung von Krebs einzusetzen. Dazu werden derzeit zwei Verfahren verwendet: Entweder man gewinnt tumorreaktive T-Zellen vom Patienten selbst und kultiviert diese, oder man stellt T-Zellen mit tumorspezifischen/-assoziierten Rezeptoren her („Designer-“ oder „Engineered T-Zellen“). Die erste Methode scheitert zumeist an der zu geringen Zellzahl, die man gewinnen kann, deshalb werden heute vorwiegend Designer-T-Zellen hergestellt und verwendet. Dazu werden zuerst Zielmoleküle (Antigene) an den Tumorzellen identifiziert, die idealerweise tumorzellspezifisch (tumorspezifische Antigene, TSA) oder zumindest tumorzellassoziiert (tumorassoziierte Antigene, TAA) sind. In vielen Fällen sind diese bereits bekannt und man verfügt auch über entsprechende Antikörper, die schlussendlich als Sensoren zum Auffinden der Tumorzellen an die T-Zellen gebunden werden. Im Prinzip werden dazu T-Zellen vom Tumorpatienten gewonnen (Leukapherese), die gereinigten/angereicherten T-Zellen mit einem Chimären-Antigen-Rezeptor (CAR) genetisch transfiziert und danach die angereicherten funktionellen CAR-T-Zellen dem Patienten als Therapie infundiert. Die Interaktion der CARs mit den Tumorzellen aktiviert sowohl die Killer- als auch Helferfunktion der T-Zellen.26 In einer ersten klinischen Studie bei Hundepatienten mit rezidivierenden B-Zell-Lymphomen wurden T-Zellen der Patienten mit B-Lymphozyten-antigen (CD20) transfiziert, um die Tumorzellen erkennen und angreifen zu können. Dabei konnte eine transiente Wirkung mit sehr guter Verträglichkeit nachgewiesen werden.27

Literatur

1. Ehrlich, P. Über den jetzigen Stand der Karzinomforschung.
Ned. Tijdschr. Geneeskd. 1909; 5: 273–290.

2. Miller, J. F., Mitchell, GF, Weiss, NS. Cellular basis of the immunological defects in thymectomized mice. Nature (1967) 214:992–997. 

3. Zinkernagel, R. M., Doherty, PC. Restriction of in vitro T cell-mediated cytotoxicity in lymphocytic choriomeningitis within a syngeneic or semiallogeneic system. Nature (1974) 248:701–702. 

4. Kiessling, R., Klein, E., Wigzell, H. „Natural“ killer cells in the mouse I. Cytotoxic cells with specicity for mouse Moloney leukemia cells. Specicity and distribution according to genotype. Eur J Immunol (1975) 5: 112–117. 

5. Kiessling, R., Klein, E., Pross, H., Wigzell, H. „Natural“ killer cells in the mouse II. Cytotoxic cells with specicity for mouse Moloney leukemia cells. Characteristics of the killer cell. Eur J Immunol (1975) 5:117–121. 

6. Bergman, P. J. Cancer immunotherapy. Vet Clin North Am Small Anim Pract. 2010;40(3):507–518.

7. Makkouk, A., Weiner, G. J. Cancer immunotherapy and breaking immune tolerance: new approaches to an old challenge. Cancer Res. 2015 Jan 1;75(1):5–10.

8. Bergman, P. J., McKnight, J., Novosad, A. et al. Long-term survival of dogs with advanced malignant melanoma after DNA vaccination with xenogeneic human tyrosinase: a phase I trial. Clin Cancer Res. 2003 Apr; 9(4):1284–90. 

9. Bergman, P. J., Camps-Palau, M. A., McKnight, J. A. et al. Development of a xenogeneic DNA vaccine program for canine malignant melanoma at the Animal Medical Center. Vaccine. 2006 May 22;24(21):4582–5. 

10. Liao, J. C., Gregor, P., Wolchok, J. D. et al. Vaccination with human tyrosinase DNA induces antibody responses in dogs with advanced melanoma. Cancer Immun. 2006 Apr 21;6:8. 

11. Manley, C. A., Leibman, N. F., Wolchok, J. D. et al. Xenogeneic murine tyrosinase DNA vaccine for malignant melanoma of the digit of dogs. J Vet Intern Med. 2011 Jan–Feb; 25(1):94–9. 

12. Grosenbaugh, D. A., Leard, A. T., Bergman, P. J. et al. Safety and efficacy of a xenogeneic DNA vaccine encoding for human tyrosinase as adjunctive treatment for oral malignant melanoma in dogs following surgical excision of the primary tumor. Am J Vet Res. 2011 Dec; 72(12):1631–8. 

13. Withdrawal assessment report for Oncept Melanoma. EMA/CVMP/311730/2014: www.ema.europa.eu/docs/en_GB/document_library/Application_withdrawal_assessment_report/veterinary/003684/WC500183119.pdf

14. Verganti, S., Berlato, D., Blackwood, L. et al. Use of Oncept melanoma vaccine in 69 canine oral malignant melanomas in the UK. J Small Anim Pract. 2017 Jan; 58(1):10–16.

15. Sarbu, L., Kitchell, B. E., Bergman, P. J. Safety of administering the canine melanoma DNA vaccine (Oncept) to cats with malignant melanoma – a retrospective study. J Feline Med Surg. 2017 Feb; 19(2): 224–230.

16. Jourdier, T. M., Moste, C., Bonnet, M. C. et al. Local immunotherapy of spontaneous feline fibrosarcomas using recombinant poxviruses expressing interleukin 2 (IL2). Gene Ther. 2003 Dec; 10(26): 2126–32.

17. ec.europa.eu/health/documents/community-register/2013/20130503125774/anx_125774_de.pdf

18. Rue, S. M., Eckelman, B. P., Efe, J. A. et al. Identification of a candidate therapeutic antibody for treatment of canine B-cell lymphoma. Vet Immunol Immunopathol. 2015 Apr 15; 164(3–4): 148–59.

19. Ogilvie, G., Proulx, D., Van Horn, L. et al. Treatment of canine B-cell lymphoma with chemotherapy and a canine anti-CD20 monoclonal antibody: a prospective double-blind, randomized, placebo-controlled study, in Proceedings. 34th Annual Veterinary Cancer Society Conference, St. Louis, 2014.

20. Hartley, G., Elmslie, R., Dow, S., Guth, A. Checkpoint molecule expression by B and T cell lymphomas in dogs. Vet Comp Oncol. 2018 (in press).

21. Maekawa, N., Konnai, S., Takagi, S. et al. A canine chimeric monoclonal antibody targeting PD-L1 and its clinical efficacy in canine oral malignant melanoma or undifferentiated sarcoma. Sci Rep. 2017 Aug 21; 7(1): 8951.

22. Barber, G. N. Vesicular stomatitis virus as an oncolytic vector. Viral Immunol. 2004; 17(4): 516–27.

23. Rehman, H., Silk, A. W., Kane, M. P., Kaufman, H. L. Into the clinic: Talimogene laherparepvec (T-VEC), a first-in-class intratumoral oncolytic viral therapy. J Immunother Cancer. 2016 Sep 20; 4:53.

24. LeBlanc, A. K., Naik, S., Galyon, G. D. et al. Safety studies on intravenous administration of oncolytic recombinant vesicular stomatitis virus in purpose-bred beagle dogs. Hum Gene Ther Clin Dev. 2013 Dec; 24(4): 174–81.

25. Naik, S., Galyon, G. D., Jenks, N. J. et al. Comparative Oncology Evaluation of Intravenous Recombinant Oncolytic Vesicular Stomatitis Virus Therapy in Spontaneous Canine Cancer. Mol Cancer Ther. 2018 Jan; 17(1): 316–326.

26. Mata, M., Vera, J. F., Gerken, C. et al. Toward immunotherapy with redirected T cells in a large animal model: ex vivo activation, expansion, and genetic modification of canine T cells. J Immunother. 2014 Oct; 37(8): 407–15.

27. Panjwani, M. K., Smith, J. B., Schutsky, K. et al. Feasibility and Safety of RNA-transfected CD20-specific Chimeric Antigen Receptor T Cells in Dogs with Spontaneous B Cell Lymphoma. Mol Ther. 2016 Sep; 24(9): 1602–14.

Literatur
Kessler, M. (Hrsg.) Kleintieronkologie, 3. Auflage 2013, Enke Verlag in MVS Gmb
Withrow, S. J., Vail, D. M., Page, R. L.(Hrsg.) Withrow MacEwen’s Small Animal Clinical Oncology, 5th edition, Saunders, an imprint of Elsevier Inc. 2013
Couto, G., Moreno, N.,(Hrsg.) Canine and Feline Oncology, 2013, Servet
Fossum, T. W., Smal Animal Surgery, 2. Edition, 2002, Mosby Inc.
Dobson, J. M., Lascelles, B. D. X.: BSAVA Manual of Canine and Feline Oncology, 3. Edition, BSAVA 2011