DE10059930A1 - Mittel humanen Ursprungs zur Vakzination gegen GD2-pos. Tumore - Google Patents
Mittel humanen Ursprungs zur Vakzination gegen GD2-pos. TumoreInfo
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Abstract
Studien mit monoklonalen Antikörpern gegen das Disialogangliosid GD2 bei Tumoren neuroektodermalen Ursprungs wie dem Neuroblastom und dem Melanom zeigen, daß für therapeutische Langzeiteffekte wahrscheinlich eine Immunisierung gegen tumorassoziierte Antigene notwendig ist. DOLLAR A Die direkte Vakzinierung mit GD2 ist wegen der schwierigen Aufreinigung, schlechter Wasserlöslichkeit und geringer Immunogenität therapeutisch nicht geeignet. Als Ersatz können antiidiotypische Antikörper (anti-Id) gegen anti-GD2-Antikörper dienen, die GD2 imitieren, so daß sie gegen GD2 immunogen wirken. DOLLAR A Die bisher in klinischen Studien eingesetzten anti-Ids gegen GD2-Ak sind wegen murinen Ursprungs nur suboptimal für die Therapie geeignet. Humane anti-Ids, die bisher mittels EBV-/Hybridomtechnik hergestellt wurden, haben u. a. wegen Instabilität keine therapeutische Anwendung gefunden. DOLLAR A Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, mittels rekombinanter Technologien (Phagen Display) stabile anit-Ids gegen GD2-Ak humanen Ursprungs zu klonieren. Diese werden als Arzneimittel zur Therapie von (GD2)-positiven Tumoren und in der begleitenden Diagnostik Anwendung finden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Therapie von Tumoren, insbesondere von
Neuroblastomen und Melanomen, auf der Basis von rekombinanten Antikörperfragmenten
humanen Ursprungs, die die körpereigene Immunantwort gegen Disialogangliosid(GD2)-
positive Tumore stimulieren. Anwendungsgebiete sind die Medizin und die pharmazeutische
Industrie.
Das Neuroblastom ist der häufigste extrakranielle, solide Tumor im Kindesalter. Der
Tumor entstammt histologisch Gewebe postganglionärer Neuronen und manifestiert sich
meist im Nebennierenmark oder im Bereich der Ganglien des sympathischen Grenzstranges.
Das Neuroblastom besitzt zum einen die Fähigkeit zur Spontanregression, zum anderen kann
es zum benignen Ganglioneurom ausreifen oder schließlich sich rasch progredient im ganzen
Organismus ausbreiten. Alle drei Charakteristika machen die besondere Stellung der
Erkrankung in der pädiatrischen Onkologie aus.
Die Prognose der progredienten Neuroblastomerkrankung ist unverändert schlecht und
liegt insgesamt bei einer 5-Jahresüberlebensrate von 8-33%. Derzeit scheint es wenig
wahrscheinlich, daß ein systematisches Screening nach Neuroblastomerkrankungen die
Inzidenz progredienter Erkrankungen senken kann. Neben der aus chirurgischer, Chemo- und
Radiotherapie bestehenden konventionellen Therapie werden auch einige experimentelle
Strategien eingesetzt, von denen bisher keine zum Durchbruch für die Behandlung der
Patienten geführt hat. Eine Bewertung der MIBG-, Hochdosistherapie mit anschließender
Stammzellrecue ist derzeit noch nicht möglich.
Ein vielversprechendes experimentelles Therapieverfahren des metastasierten
Neuroblastoms ist, v. a. im adjuvanten Setting die Immuntherapie mit monoklonalen
Antikörpern (MAk) und MAk-Konjugaten. Ein potentielles Zielantigen für die
Immuntherapie des Neuroblastoms ist GD2, ein Glykosphingolipid aus der Gruppe der
Ganglioside. GD2 wird uniform auf Geweben neuroektodermalen Ursprungs exprimiert, die
Expression in normalem Gewebe ist auf Neurone und Hautmelanozyten restringiert. Bei
malignen Erkrankungen neuroektodermalen Ursprungs wie dem Neuroblastom und dem
Melanom sowie beim kleinzelligen Lungenkarzinom, Osteosarkom, Rhabdomyosarkom und
wenigen Nephroblastomen kommt es zu stark vermehrter GD2-Expression im Tumorgewebe.
Diese Eigenschaft erweitert den Anwendungsrahmen der gegen GD2 gerichteten Therapien
über die Behandlung des Neuroblastoms hinaus.
Cheung et al. nutzten mit erstem therapeutischen Erfolg GD2 als Targetantigen für
Immuntherapiestudien beim Neuroblastom mit einem murinen, monoklonalen anti-GD2
Antikörper, 3F8. Mujoo et al. klonierten 1987 einen anderen murinen anti-GD2 MAk vom
IgG3 Isotyp, MAk 14.18, mit einer Affinitätskonstante von 3,5 × 108 M-1. Der MAk zeigte
biologische Effizienz im Sinne einer Tumorzellyse durch CDC und ADCC in vitro und im
Tierversuch. Die Tumorzellproliferation im Tiermodell wurde supprimiert. 1989 selektierten
Mujoo et al. aus einer Familie von Isotyp-Switch-Varianten des IgG3-produzierenden
Hybridoms 14.18 eine IgG2a Switch-Variante, MAk 14G2a, deren biologische Wirksamkeit
in der Tumorzellyse dem Ursprungsklon 14.18 vergleichbar war. Aufgrund der besseren
Stabilität des IgG2a-Isotyps, sowie identischer biologischer Eigenschaften (ADCC und CDC
in vitro und in vivo), wurde in einer ersten Phase I Studie an Neuroblastom- und GD2(+)-
Osteosarkom-Patienten das Nebenwirkungsspektrum der Immuntherapie mit 14G2a
determiniert sowie versucht, die MTD (maximal tolerierte Dosis) zu etablieren.
Die relativ starke Immunogenität (Induktion von HAMA, humane anti-Maus-Antikörper)
des murinen anti-GD2-MAks 14G2a zum einen, und die therapeutische Effizienz in der
Therapie der refraktären Neuroblastomerkrankung zum anderen, führten zur
molekularbiologischen Klonierung eines chimären human/murinen anti-GD2 MAks ch14.18,
aus den variablen Anteilen des parentalen murinen IgG3-MAks 14.18 und humanen
konstanten Anteilen (IgG1). Auch dieser chimäre Antikörper wurde in verschiedenen Phase
I-Studien (s. u.) in der Therapie der progredienten Neuroblastomerkrankung evaluiert und
sogar hier mit therapeutischen Erfolg eingesetzt. Trotz des verminderten immunogenen
Potentials des chimären Antikörpers führte auch die Therapie mit ch14.18 zur Induktion einer
humoralen Immunantwort. Diese gegen ch14.18 induzierten Patientenantikörper wurden als
antiidiotypische Antikörper charakterisiert und könnten dessen therapeutische Wirkung
mitbegründen (s. Fig. 1).
Die therapeutische Effizienz von monoklonalen Antikörpern für die Immuntherapie
versucht man derzeit auf zweierlei Weisen zu verbessern. Eine Möglichkeit besteht in der
Produktion therapeutisch effizienterer Moleküle in Form von Immuntoxinen, Radio-
Immunkonjugaten, Fusionsproteinen, bispezifischen Antikörpern, ADEPT etc., um die Lyse
der Tumorzellen durch direkte Toxizität der Konjugate oder durch verbesserte Aktivierung
zytotoxischer T-Zellen im Tumor zu erreichen. Die zweite Möglichkeit basiert auf der
Jerne'schen Netzwerktheorie (s. Fig. 1). Hierbei wird die körpereigene Immunabwehr durch
den infundierten ersten Antikörper (Ab1) aktiviert. Dieser auch als Antigen wirkende Ab1
ruft eine Abwehrreaktion des Immunsystems hervor, die auch zur Produktion von
antiidiotypischen internal-image-Antikörpern (Ab2β) führt. Diese internal-image-
Antikörper haben strukturell dem ursprünglichen Antigen (z. B. GD2) vergleichbare Epitope
und induzieren anti-antiidiotypische Antikörper (Ab3), die auch mit dem Tumorantigen
reagieren können und zur Tumorzellyse führen (s. Fig. 1).
Studien von Baum et al. unterstützen die Hypothese, daß solche antiidiotypischen
Antikörper (Ab2) therapeutische Relevanz haben, indem sie als interne Tumorvakzine wirken.
Cheung et al. konnten vor kurzem zeigen, daß die Überlebensrate beim metastasierten
Neuroblastom mit der Bildung von Ab3, initiiert durch die Gabe von Ab1, korreliert. Beide
Wege sind erfolgversprechend und möglicherweise synergistisch. Die Zukunft wird zeigen,
welcher die meisten Chancen für die Patienten mit ausgedehnter Neuroblastomerkrankung
bietet, die immer noch eine Herausforderung für die pädiatrische Onkologie darstellt.
Für die Notwendigkeit eines Vakzinationseffektes sprechen die Erfolge mit
Immunproteinen aus ch14.18 und IL-2, GM-CSF oder Superantigenen. Wie im Tiermodell für
das Neuroblastom und Melanom demonstriert wurde, führte das Fusionsprotein ch14.18-IL2
u. a. zur Aktivierung von NK und CD8+ T-Zellen. Bedeutend war der Nachweis, daß auch
heterogene Tumore aus GD2-positiven und negativen Zellinien durch die Wirkung des
Fusionsproteins vollständig eliminiert wurden und ein langanhaltender Schutz gegen
Tumorzellen (Vakzinations-Effekt) vorhanden war.
Neben der therapeutischen Relevanz als interne Vakzine und ihrer Bedeutung als
Vergleich zu antiidiotypischen Antikörpern bei der Regulation von Autoimmunerkrankungen,
spielen antiidiotypische Antikörper eine Rolle als potentielle Tumorvakzine. Antiidiotypische
Maus-Antikörper, die GD2 imitieren, können im Tierexperiment Antikörper gegen GD2
induzieren. Auch bei Melanompatienten konnten nach der Immunisierung mit
antiidiotypischen Antikörpern in über 85% der Fälle Ab3 gegen GD2 im Serum der Patienten
nachgewiesen werden. Die direkte Immunisierung mit Gangliosiden weist zahlreiche
Schwierigkeiten auf: wegen ihrer geringen Immunogenität sind Kopplungen mit Adjuvantien
notwendig, darüber hinaus ist die Aufreinigung schwierig und sehr kostenaufwendig und die
Wasserlöslichkeit sehr schlecht. Antiidiotypische Antikörper sind daher potentielle
Kandidaten für erfolgreiche Immunisierungen.
- - 15 Patienten, ausschließlich austherapierte Patienten mit GD2-positiver Neuroblastom- und Osteosarkomerkrankung;
- - 17 Therapiezyklen;
- - Dosiseskalation von 25-500 mg/m2;
- - Hauptnebenwirkungen: Tachykardie, Schmerzen, Fieber und Hyponatriämie sowie eine passagere Hypertonie.
- - WHO-Klassifikation der Toxizität: Sämtliche Nebenwirkungen entsprachen den Schweregraden I und II, waren kontrollierbar, tolerierbar und reversibel.
- - MTD: wurde nicht erreicht.
- - Clearance: biphasisch mit einer α-Halbwertszeit von 3,8 ± 3,9 h und einer β- Halbwertszeit von 22,3 ± 10,4 h.
- - Immunogenität: 14/15 Patienten produzierten HAMA. Von 12 untersuchten Patienten zeigten vier eine ausschließlich gegen die variable Region des Antikörpers gerichtete Immunantwort, 8 eine sowohl gegen die variable als auch gegen die konstante Region des Antikörpers gerichtete Immunantwort.
- - Effizienz: Es zeigte sich eine komplette Remission (CR), drei Mixed Responses (MR) und eine stabile Erkrankung (SD) in 15 Patienten.
- - 11 Patienten, Einschlußkriterien wie oben;
- - 20 Therapiezyklen;
- - Dosiseskalation 10-200 mg/m2;
- - Hauptnebenwirkungen: wie oben
- - WHO-Klassifikation der Toxizität: wie oben;
- - MTD: wurde nicht erreicht, OBD (optimum biological dose): 200 mg/m2.
- - Clearance: biphasisch; ch14.18 zeigte eine α-Halbwertszeit von 3,4 ± 3,1 h und eine längere β-Halbwertszeit von 66,6 ± 27,4 h bei Erstapplikation. Bei wiederholter Infusion nahm die β-Halbwertszeit auf 31,7 ± 18,4 h ab.
- - Immunogenität: 6/11 Patienten entwickelten antiidiotypische Antikörper gegen ch14.18.
- - Effizienz: MAk ch14.18 zeigte an 11 Patienten mit 1 CR, 1 PR, 3 MR und 2 SD therapeutische Effizienz. Hierbei war ch14.18 v. a. in der Therapie refraktärer Knochenmarksmetastasen therapeutisch wirksam.
- - 9 Patienten, Einschlußkriterien wie oben;
- - 19 Therapiezyklen, wiederholte Therapie möglich;
- - Dosis: 200 mg/m2 ch14.18 (Tag 1-4), d. h. 50 mg/m2/d;
- - 10 µg/kg/d GM-CSF s. c. (Tag 1-14);
- - Studienziel: In dieser Pilotstudie wurde der in vivo-Effekt einer Aktivierung der ADCC neutrophiler Granulozyten überprüft, sowie das Nebenwirkungsspektrum und die therapeutische Effizienz obiger Medikamentenkombination.
- - Nebenwirkungen sowie die Clearance sind den oben für ch14.18 alleine ausgeführten vergleichbar. Die klinische Effizienz lag bislang bei 2 CR, 1 MR, 1 minimale Response, 2 SD (EACR Berlin und GPOH Berlin, 1994).
Inzwischen wurde die Immuntherapie mit MAk ch14.18, der jetzt in ausreichender Menge zur
Verfügung steht, in die jüngste, bundesweite Neuroblastomstudie NB97 aufgenommen, an der
auch wir beteiligt sind. An der Charité wurden bislang neun Patienten mit ch14.18 behandelt.
Mit dem Ziel, humane antiidiotypische Antikörper zu klonieren, wurden z. B. K6H6/B5-
Heteromyelomzellen mit EBV-transformierten Lymphozyten von mit ch14.18 behandelten
Patienten fusioniert. Klone, die Antikörper gegen die variable Region von ch14.18 bzw.
14G2a produzierten, wurden selektiert. Solche Hybridomzellen wurden u. a. von Fischer und
Uttenreuther-Fischer an der University of California hergestellt. Aus den Zellüberständen
ließen sich affinitätschromatographisch Antikörper aufreinigen, die in den ELISAs wie
Antiidiotypen reagierten. Im weiteren Verlauf zeigte sich jedoch, daß die Antikörper von den
Hybridomen nur unvollständig oder in sehr geringen Menge sezerniert werden, so daß sie sich
für in vivo-Experimente und für weitere Charakterisierungen nicht eigneten.
Als weitere Strategie für die Klonierung neuer stabiler Antikörper bot sich die Phagen-
Display Technik an. Um einen geeigneten Patienten für das Ausgangsmaterial zu
identifizieren, wurde ein ELISA auf 14G2a etabliert. Seren von im Rahmen der NB97-Studie
an der Charité mit dem Antikörper ch14.18 behandelten Patienten wurden getestet, und es
fand sich ein Patient (Patient B), der besonders hohe antiidiotypische Titer gegen 14G2a
aufwies (s. Fig. 2).
Es zeigte sich, daß die gefundenen Antiidiotypen vor allem den Subklassen IgG1 und 2
angehören und sowohl lambda als auch kappa Leichtketten benutzen. Darüber hinaus konnte
gezeigt werden, daß das Patientenserum von Patient B die Bindung von ch14.18 an GD2
hemmt: eine notwendige Bedingung für einen Internal Image Antikörper.
Nach einem ausführlichen Elterngespräch über die geplanten Experimente und schriftlicher
Zustimmung der Eltern zur Probengewinnung wurde aus den B-Zellen dieses Patienten RNA
isoliert und die Sequenzen der schweren und leichten Kette mittels RT-PCR amplifiziert (s.
Fig. 3).
Insgesamt wurden vier Antikörper Phagen-Display Bibliotheken in dem Vektor pComb3H
erstellt: IgG1-kappa, IgG1-lambda, IgG2-kappa und IgG2-lambda. Die IgG1 u. IgG2-kappa
Bibliotheken wurden durch wiederholtes Biopanning sowohl auf 14G2a als auch auf ch14.18
selektiert. Der Anstieg der spezifisch selektierten Phagentiter läßt sich sowohl im Anstieg des
Phagentiters als auch im ELISA von der Antikörper-Bibliothek über die einzelnen
Biopanningschritte (PI-PIV) sehr schön aufzeigen (s. Tabelle 1, Fig. 4). Vergleichbare
Anstiege ergaben sich auch bei den lambda-Bibliotheken.
Insgesamt konnten mehrere Klone selektiert werden, die sehr spezifisch sowohl 1402a als
auch ch14.18 binden und damit Antiidiotypen darstellen. Die Klone gehören den Subklassen
IgG1 und IgG2 an und verwenden sowohl kappa als auch lambda Leichtketten. Von den
Klonen wurden Fab-Fragmente hergestellt, die z. T. affinitätschromatographisch über
immobilisierte Anti-human-Fab Antikörper in der FPLC aufgereinigt wurden. Die Fab-
Fragmente ihrerseits zeigten eine Kompetition der Bindung von ch14.18 auf GD2 wie das
ursprüngliche Patientenserum (Fig. 5). Damit erfüllen sie die Voraussetzungen für einen
Internal-Image Antikörper. Der Beweis hierfür wurde durch erfolgreiche Induktion von Ab3
(gegen GD2) (s. Fig. 1) im Tier (s. u.) erbracht.
Die Aufreinigung der Fab-Fragmente wurden soweit optimiert, daß die gefundenen Klone im
Tierexperiment bezüglich ihrer Fähigkeit, Ab3 nach Jernes Netzwerktheorie zu induzieren,
getestet werden konnten, und sich damit für eine Tumorvakzinierung eignen. Als Tiermodell
wurden Kaninchen eingesetzt, da die GD2-Verteilung im Kaninchen der Verteilung im
Menschen ähnelt. Seren der Tiere nach der Immunisierung mit den repräsentativen Klonen
GK2 bzw. GK8 wurden im ELISA getestet und zeigten Bindung an GD2 im Vergleich zu
Präimmunseren und einem Kontrollklon (s. Fig. 6).
Die bisher in klinischen Studien eingesetzten anti-GD2-Antikörper induzierenden anti-Ids
sind nicht humanen Ursprungs, sondern stammen aus immunisierten Mäusen und sind daher
nur suboptimal für die Therapie von Menschen geeignet. Bisherige Therapieversuche mit
monoklonalen Antikörpern aus der Maus führen besonders durch das Hervorrufen einer
Antikörper-Immunantwort gegen das therapeutische Agens (Anti-Isotyp-, HAMA-Response)
zu allergischen Nebenwirkungen bei repetitiver Applikation. Bei rascher Clearance von Xeno-
Proteinen und vornehmlich einer Anti-Isotyp-Immunantwort (siehe auch Phase I-Studie mit
14G2a) liegt hier eine suboptimale Vakzinierung gegen das Tumor-Antigen vor. Die hierbei
gebildeten HAMA-Antikörper verhindern eine Mehrfachanwendung des therapeutischen
Antikörpers, da der Patient Gefahr läuft schwere, allergische Reaktionen zu entwickeln.
Weiterhin muß der therapeutische/Vazinationseffekt repetitiver anti-GD2-Ak-Gaben aufgrund
der raschen Neutralisation durch gebildete HAMA-Antikörper hinterfragt werden. Bisherige
Klonierungen entsprechender humaner anti-Ids über EBV/Hybridomtechnik führten wegen
Instabilität der Hybridome und schlechter Ausbeute nicht zu klinisch einsetzbaren, humanen
Vakzinen.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, komplett humane, stabile Antiidiotypen
gegen GD2-Ak zu entwickeln.
Die beschriebene Erfindung eines rekombinant hergestellten therapeutischen
Antiidiotypen gegen GD2-Ak ermöglicht deshalb im besonderen:
- 1. Die Vermeidung einer HAMA-Response gegen das therapeutische Agens, und damit geringere Nebenwirkungen für den Patienten.
- 2. Die bessere Induktion von Ab3 über prolongierte Zirkulation im System und damit effizientere endogene Tumorzellyse.
- 3. Eine wiederholte Anwendung der Therapie wegen geringerer Immunantwort gegen unerwünschte Epitope. Dies ist von besonderer Bedeutung, da Vakzinationseffekte für dauerhaften Schutz repetitiver Boosterungen bedürfen. Ähnlich der Infektiologie muß ein analoges Vorgehen lebenslang auch für eine Tumorvakzine postuliert werden.
- 4. T-Zellaktivierung, insbesondere von Bedeutung, da sich Tumore in der Regel durch fehlende Expression von MHC einer Erkennung durch T-Zellen entziehen.
- 5. Die effiziente Herstellung des Agens in Form eines Fusionsproteins oder einer DNA- Vakzine.
- 6. Möglichkeit zur verbilligten Massenproduktion durch rekombinante Expression in E. coli oder anderen Massenkulturen (Pichia Pastoris, Saccaromyces, CHO-Zellkultur), oder in transgenen Pflanzen oder Tieren.
Die Erfindung wird gemäß den Ansprüchen realisiert, die Unteransprüche sind
Vorzugsvarianten.
Die folgenden Ausführungsbeispiele sowie die Figur erläutern die Erfindung, ohne sie auf
diese Beispiele einzuschränken.
Vakzinierung mit den antiidiotypischen Antikörper-Fragmenten oder deren antigenen
Komponenten, die die Bildung von Antikörpern gegen GD2 stimulieren. Dies führt zu einer
Aktivierung des Immunsystems des Tumorpatienten, welche sich gegen den Tumor
(insbesondere Neuroblastome und Melanome) richtet und diesen dadurch kontrollieren oder
zerstören kann.
Vakzinierung mit Anteilen der antiidiotypischen Antikörper in Form von DNA (z. B.
Plasmid-Vektor) bzw. RNA.
Das Mittel kann zur Vakzination gegen Tumoren verwendet werden, indem Anteile des
humanen, rekombinanten Antikörperfragments (Peptide) mit Adjuvantien wie z. B.
Lipopeptiden gekoppelt wird.
Das Mittel kann zur Vakzination gegen Tumoren verwendet werden, indem die gegen GD2
immunogen wirkenden Anteile des humanen Antikörperfragments in andere Proteine
eingebaut wird.
Das Mittel kann zur Verlaufskontrolle, Bestimmung der Pharmakokinetik etc. bei
immunmodulatorischer Therapie wie auch Antikörpertherapie von Patienten dienen, indem
die gegen GD2 immunogen wirkenden Anteile des humanen Antikörperfragments zur
Detektion bzw. Quantifizierung von anti-GD2-Antikörpertitern eingesetzt wird.
Das Mittel kann zur Qualitätskontrolle von anti-GD2-Antikörperpräparaten verwendet werden.
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Claims (4)
1. Mittel zur Therapie von GD2-positiven Tumoren, insbesondere Neuroblastomen und
Melanomen, auf der Basis von humanen Antikörperanteilen, die eine Aktivierung des
Immunsystems gegen GD2, insbesondere die Bildung von anti-GD2-Antikörpern,
stimulieren.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche, rekombinante
oder synthetische Vakzine, welche die Immunisierung gegen GD2 bewirkt, aus einem
humanen Antikörper-Fragment abgeleitet ist, insbesondere aus den hier beschriebenen.
3. Mittel nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche,
rekombinante oder synthetische Vakzine, welche die Immunisierung gegen GD2 bewirkt,
die Aminosäuresequenzen der (hyper)variablen Regionen aus Fig. 7 enthält.
4. Mittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die immunogene Region einer
natürlichen, rekombinanten oder synthetischen Vakzine, insbesondere eines
Antikörperfragments, mindestens zu 80% homolog zu einer der hypervariablen Regionen
(= CDR), insbesondere der CDR3 der schweren oder leichten Kette (s. Fig. 7), ist.
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