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Die
Erfindung betrifft eine pharmazeutische Zubereitung zur Bekämpfung
von Metastasen auf Liposomenbasis. Anwendungsgebiete der Erfindung
sind die Medizin und die pharmazeutische Industrie.
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Ursache
für eine immer noch hohe Mortalitätsrate bei Tumorerkrankungen
ist – trotz verbesserter Früherkennung und Therapie
des Primärtumors – die Metastasierung, die mit
lokaler chirurgischer oder strahlentherapeutischer Behandlung kaum,
und mit systemischer Chemotherapie nur bedingt zu beeinflussen ist. Der
Erfolg einer Tumortherapie hängt damit wesentlich von einer
umfassenden Prävention der Metastasenbildung, die durch
zirkulierende Tumorzellen ausgelöst wird, ab.
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Metastasierung
kann über zwei Prozesse ablaufen. Zum einen durchläuft
eine einzelne zirkulierende Tumorzelle eine komplexe Kaskade aus
verschiedenen, kausal sich bedingenden Adhäsionsprozessen,
bevor eine Festsetzung in einem distanten Gewebe stattfinden kann1. Der initiale Schritt der Adhäsion
wird durch den endothelialen Rezeptor E-Selektin vermittelt, der
die auf verschiedenen metastasierenden Krebszellen vorkommenden
Kohlenhydrat-Liganden Sialyl Lewisx (sLex) und Sialyl Lewisa (sLea) erkennt. Über Ligand-Rezeptor-Wechselwirkungen
kommt es zu einer schwach affinen Bindung der Tumorzelle an das
Endothel als Voraussetzung für die sich anschließenden
Schritte („Entlangrollen” an der Membran, Freisetzung
weiterer Mediatoren, feste Adhäsion und Invasion ins umliegende
Gewebe). Schließlich nistet sich die Tumorzelle im Sekundärgewebe
ein, initiiert die Bildung eines neovaskulären Blutsystems
und proliferiert2.
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Neben
diesem, für einzelne zirkulierende Zellen beschriebenen
Mechanismus hat zum anderen die spontane Bildung von Tumorzellmikrothromben
Relevanz für das Metastasierungsgeschehen3.
Insbesondere in engen Kapillarsystemen (Lunge, Lymphknoten) können
diese Komplexe dazu beitragen, dass es zu einer lokalen Anreicherung
der Tumorzellen kommt, aus der es wiederum durch einzelne Zellen
zur Metastaseneinnistung kommt4. Darüber
hinaus haben mehrere Studien gezeigt, dass sich insbesondere aktivierte
Thrombozyten an Tumorzellen anlagern und so zur Abschirmung von
Immunreaktionen und zur Bildung von Mikrothromben beitragen5. Als Möglichkeit für
eine Blockade der Metastasierungskaskade bieten sich verschiedene
Targets an, die in diesem Prozess eine essentielle Rolle spielen.
Dazu gehören die Adhäsionsmoleküle auf
der Endotheloberfläche und/oder die Liganden, die von der
Tumorzelle exprimiert werden. Diese Targets können durch
kompetitive Bindung geeigneter Inhibitoren (Antikörper,
Kohlenhydrate)6 oder durch Hemmung ihrer
Expression mit Antisense- oder Gen-Knockout Strategien7 ausgeschaltet
werden. Andere Ansätze zielen auf die Hemmung der Angiogenese.
Dieser ebenfalls essentielle Prozess der Bildung neuer Blutgefäße
zur Versorgung der sich neu formierenden Metastasen schließt
sich an die Adhäsionskaskade an.
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Trotz
dieser Fortschritte im Verständnis der Metastasierung hat
die weltweite Suche nach neuen Strategien und Medikamenten zur Hemmung
von Krebs bisher nicht zu routinemäßig einsetzbaren
Präparaten geführt.
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Gegenüber
dem Stand der Technik stellt sich daher die Aufgabe, ein neuartiges
Antitumormedikament auf der Basis von Liposomen zur Verhinderung
der Metastasierung von Tumoren zu entwickeln.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Ansprüchen 1 und
12 der vorliegenden Erfindung gelöst, die Unteransprüche
sind Vorzugsvarianten.
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Kernpunkt
der Erfindung ist eine pharmazeutische Zubereitung, umfassend liposomale
Formulierungen, die mindestens eine Substanz mit Antitumorwirkung
und mindestens eine Substanz mit gerinnungshemmender Wirkung und
gegebenenfalls weitere Stoffe beinhaltet.
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Ein
wichtiger Ansatzpunkt der Erfindung ist die Ausschaltung der Bildung
von Aggregaten aus Tumorzellen untereinander bzw. aus Tumorzellen
und Thrombozyten, die als wesentliche Voraussetzung eines Tumorzell-Engraftments
angesehen wird. Dies soll durch Oberflächen-modifizierte
Liposomen erreicht werden. Zusätzlich lässt sich
unter bestimmten Bedingungen durch Liposomen auch die Adhäsion
der Tumorzellen an die Blutgefäßwand als alternativer
Schritt einer sekundären Tumorzellansiedlung verhindern.
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Die
im Sinne der Erfindung verwendeten Substanzen mit Antitumorwirkung
sind insbesondere solche Stoffe, die die Bildung, das Wachstum und/oder
die Ausbreitung von Tumoren negativ beeinflussen bzw. hemmen.
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In
Betracht kommen hierfür Substanzen aus der Gruppe der Zytostatika,
wie Alkylantien, Mitosehemmstoffe, zytostatisch wirksamen Antimetabolite
und Antibiotika, Hormone und Hormonantagonisten, sowie Alkylphospholipide,
Asparaginase oder Hydroxyharnstoff.
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Besonders
geeignet sind Alkylphospholipide, wie z. B. Tetradecylphosphatidylcholin
(TPC), Hexadecylphosphatidylcholin (HPC), Heptadecylphosphatidylcholin
(HpPC), Octadecylphosphatidylcholin (OPC), Hexadecyl-(1,1-dimethyl-piperidin-4-yl)-phosphat
(HPP), Octadecyl-(1,1-dimethyl-piperidin-4-yl)-phosphat (OPP), Hexadecylphosphatidylserin
(HPS), Hexadecylphosphatidylethanolamin (HPE) oder Edelfosine, da
sie sich aufgrund ihrer Struktur günstig in die Membran
der liposomalen Formulierung einfügen lassen.
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Als
Substanzen mit gerinnungshemmender Wirkung werden eingesetzt: Substanzen
aus der Wirkstoffgruppe der Aggregationshemmer, wie Dipyridamol,
Azetylsalizylsäure, Ticlopidin, Resveratrol, der Antikoagulantien,
wie Heparin, niedermolekulares Heparin, Heparinoide, Clopidogrel,
der Vitamin K Antagonisten, wie Warfarin, Phenprocoumon, der Thrombolytika,
wie Urokinase, Streptokinase, Anistreplase und der Antifibrinolytika,
wie Aprotinin, Tranexamsäure und p-Aminomethylbenzoesäure.
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Als
besonders geeignete Substanzen mit gerinnungshemmender Wirkung im
Rahmen der Erfindung haben sich die Wirkstoffe Dipyridamol und Azetylsalizylsäure
erwiesen.
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Die
zur Realisierung der Erfindung verwendete liposomale Formulierung
wird aus bekannten Bestandteilen aufgebaut. Sie besteht aus Basislipiden
und enthält zusätzlich bevorzugt Helferlipide,
Membranstabilisatoren und Ladungsträger, wodurch eine besonders
günstige Stabilität der Zubereitung erreicht wird.
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Als
Basislipide im Sinne der Erfindung haben sich insbesondere Soja-Phosphatidylcholin,
Ei-Phosphatidylcholin (EggPC), Hydriertes Phosphatidylcholin (HePC),
(Dimyristoyl-Phosphatidylcholin (DMPC), (Dipalmitoyl-Phosphatidylcholin) (DPPC),
Distearyl-Phosphatidylcholin (DSPC), Stearyl-Palmitoyl-Phosphatidylcholin
(SPPC), Palmitoyl-Stearyl-Phosphatidylcholin (PSPC), Dioleyl-Phosphatidylcholin
(DOPC), Palmitoyl-Oleyl-Phosphatidylcholin (POPC) oder Sphingomyelin
bewährt.
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Als
Helferlipide im Sinne der Erfindung werden vorzugsweise Dioleyl-Phosphatidylethanolamin
(DOPE) und Dioleyl-Phosphatidylcholin (DOPC) eingesetzt.
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Als
Membranstabilisator zur Realisierung der Erfindung wird Cholesterol
(CH) eingesetzt.
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Als
Ladungsträger werden bevorzugt negative Ladungsträger
eingesetzt, wie z. B. Dicetylphosphat (DCP), Stearylamin (SA), Phosphatidylsäure
(PA), Phosphatidylglycerol (PG) oder Monosialogangliosid.
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Es
hat sich als zweckmäßig erwiesen, auch eine Substanz
zur Modifizierung der Oberfläche hinzuzusetzen. Damit kann
die liposomale Formulierung auf die Erfordernisse eines Targetings
angepasst werden.
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Vorzugsweise
wird als Substanz zur Modifizierung der Oberfläche der
liposomalen Formulierung Polyethylenglycol-Phosphatidylethanolamin
(PEG-PE) eingesetzt. Aber auch PEG-Sterole, Sialyl-LewisX-Peg-PE, Sialyl-LewisA-PEG-PE,
Sialyl-LewisX-Peg-Sterole oder Sialyl-LewisA-PEG-Sterole sind wirksam. Diese Verbindungen
erhöhen die Hydrophilie der liposomalen Oberfläche,
schirmen die Vesikel dadurch sterisch gegenüber dem Monozyten/Phagozytensystem
ab und verhindern, dass die Vesikel als Fremdkörper erkannt
und vom Immunsystem eliminiert werden. Darüber hinaus erhöht
eine solche Oberfläche die Affinität zu Thrombozyten,
wodurch ein unspezifischer Targetingeffekt erzielt wird. Durch zusätzliche
Konjugation von spezifischen Liganden wie LewisX
oder A wird das spezifische Targeting zum Wirkort (Thrombozyten,
Endothelmembran) weiter erhöht.
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In
einer besonders geeigneten Ausführungsform der Erfindung
wird die pharmazeutische Zubereitung aus den Bestandteilen Phosphatidylcholin
(30–35 μmol), Octadecyl-(1,1-dimethyl-piperidin-4-yl)-phosphat (10–15 μmol),
Cholesterol (10–15 μmol), Polyethylenglykol2000-Phosphatidylethanolamin (2–3 μmol),
Dicetylphosphat (5–8 μmol) und Dipyridamol (15–20 μmol)
hergestellt.
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Besonders
geeignet sind liposomale Formulierungen, in denen die Liposomen
einen mittleren Durchmesser besitzen, der kleiner als 400 nm ist
und die Größenverteilung einen Polydispersitätsindex
kleiner 0,4 aufweist, um die Eliminierung durch das Monozyen/Phagozytensystem
zu verringern, wodurch eine Akkumulation in den Aggregaten aus Thrombozyten
und Tumorzellen gefördert wird.
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Die
Liposomen werden bevorzugt über klassische Verfahren hergestellt,
also über Lipidfilmhydratisierung zur Herstellung der multilamellaren
Vesikel, dann Extrusion zur Gewinnung von kleinen Vesikeln definierter
Größe.
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Im
Einzelnen werden dazu die Stammlösungen der einzelnen Substanzen
miteinander gemischt und es wird durch Verdampfen oder andere geeignete
Methoden ein Lipidfilm hergestellt. Aus diesem erhält man durch
die Anwendung bekannter Verfahren, wie z. B. Rehydratisierung, multilamellare
Vesikel, welche dann anschließend mittels geeigneter Verfahren,
vorzugsweise Extrusion, in eine homogene Suspension kleiner Vesikel
mit einem Durchmesser von etwa 100–150 nm umgewandelt werden.
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Die
pharmazeutische Zubereitung ist zur Herstellung eines Arzneimittels
für die Behandlung von Krankheiten, wie thromboembolische
Erkrankungen und Gerinnungsstörungen geeignet, vorzugsweise
dann, wenn die Krankheit eine metastasenbildende Tumorerkrankung
ist.
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Die
pharmazeutische Zubereitung zur Behandlung metastasenbildender Tumorerkrankungen
auf Liposomenbasis gemäß der Erfindung ist völlig
neuartig.
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Es
konnte gezeigt werden, dass die in der pharmazeutischen Zubereitung
enthaltenen Kombinationsliposomen über einen gewissen Zeitraum
stabil sind, die Aggregatbildung hemmen, die Adhäsion von
Tumorzellen an Endotheloberfläche und Endothelbestandteile
hemmen, im Tierversuch die Metastasenverteilung beeinflussen, sowie
die Metastasierung einschränken und damit die Metastasenzahl
und das Tumorgesamtgewicht reduzieren.
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Die
eingesetzten Liposomen haben wesentliche Vorteile gegenüber
anderen Wirkstoffen. Bei der Verwendung von Oberflächen-modifizierten
Liposomen wird eine Anreicherung in Tumorzell-Thrombozytenaggregaten
erreicht, wodurch eine gezielte Freisetzung der eingeschlossenen
Wirkstoffe in unmittelbarer lokaler Nähe zu den Targets
erzielt wird.
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Ein
zweiter wichtiger Vorteil ist die Möglichkeit des gleichzeitigen
Einschlusses von mehreren Wirkstoffen mit unterschiedlichen Wirkprinzipien
in die Liposomen, wodurch eine zielgerichtete und gleichzeitige
Anreicherung aller Wirkstoffe (auch bei unterschiedlicher Pharmakokinetik
der Einzelkomponenten) an Tumorzellen erreicht wird und diese dadurch
effizient attackiert werden können.
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Neuartig
und originell an den erfindungsgemäßen Kombinationsliposomen
ist, dass sie eine veränderte Oberfläche besitzen
und ein Zytostatikum sowie ein Antigerinnungsmittel eingeschlossen
haben. Damit lässt sich synergistisch sowohl die Bindung
an das Endothel (Metastasierungskaskade) als auch die Bildung von Tumorzellaggregaten
(Emboliemodell) verhindern. Trotz der Komplexität der Zubereitung
dieser Vesikel lassen sich diese Liposomen herstellen, und in ihren
Eigenschaften (Ladung, Stabilität und Anbindung von Liganden) modifizieren
und auf die Erfordernisse eines spezifischen Targetings anpassen.
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Durch
die Kombination von Blockade der Bindungsfähigkeit, zytotoxischer
Wirkung und Hemmung der Komplexbildung durch ein Antikoagulanz in
einem Vesikel tritt eine starke, weil additive oder sogar synergistische
Wirkung ein.
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Der
Vorteil dieses neuen Wirkstoffsystems besteht darin, dass es bei
verschiedenen Tumoren eingesetzt werden kann, wodurch die hohe,
durch Metastasen verursachte Mortalität bei Tumorerkrankungen
verringert wird, indem der Prozess der Metastasierung über
verschiedene Mechanismen synergistisch gehemmt wird, durch:
- – Verringerung der Aggregationsfähigkeit
der Thrombozyten.
- – Blockade der Bindungsfähigkeit der zirkulierenden
Tumorzellen
- – Unterdrückung der Bildung von Tumorzell-
bzw. Tumorzell/Thrombozytenaggregaten,
- – Abtötung der Tumorzellen durch Freisetzung
von Kanzerostatika in direkter Umgebung der Zelle.
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Die
erfindungsgemäße pharmazeutische Zubereitung stellt
einen völlig neuartigen Ansatz zur Metastasierungshemmung
dar, der durch die komplexe und lokale Herangehensweise eine außerordentlich
hohe Wirksamkeit verspricht.
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Die
Erfindung soll nachfolgend durch Ausführungsbeispiele näher
erläutert werden.
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Ausführungsbeispiel 1–3
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Es
wird an den Beispielen 1–3 gezeigt, wie verschiedene Vesikel
mit unterschiedlich modifizierter Oberfläche hergestellt
werden, die zusätzlich einen oder mehrere Wirkstoffe in
effektiv wirkender Menge eingeschlossen haben. Daran schließt
sich die Charakterisierung der Lager- und Serumstabilität
an, und die physikochemischen Eigenschaften sowie die biologische
Aktivität in vitro werden bestimmt.
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Beispiel
1: Es werden Liposomen (Vesikel mit einem Durchmesser < 200 nm und einheitlicher
Größenverteilung) nach bekannten Verfahren hergestellt.
Die Vesikel unterscheiden sich in ihrer Oberfläche, die
entweder unmodifiziert ist (Kon Lip), deren Hydrophilie verstärkt
wurde oder an die ein spezifischer Ligand (gerichtet gegen Kohlenhydratepitope
auf der Tumorzelloberfläche bzw. gegen Rezeptoren der Thrombozyten) gebunden
ist. Die hydrophilen Oberflächenmoleküle (Galaktosebasierende
Kohlenhydratmoleküle mit 1–4 Molekülen)
und der Ligand vom Selektintyp werden über klassische Kopplungsmethoden
an Phosphatidylethanolamin gekoppelt und über dieses Ankerlipid
in die Membran integriert.
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In
diese Vesikel wird als Zytostatikum das Alkylphospholipid Octadecyl-1,1-dimethylpiperidin-4-yl-phosphat
(OPP) eingeschlossen, um Tumorzellen spezifisch zu schädigen.
Zusätzlich wird in diese OPP-Liposomen ein Antikoagulans
(AK) verkapselt, um Tumorzellaggregate aufzulösen. Größe
und Größenverteilung (quasielastische Lichtstreuung)
und die aktuelle Wirkstoffkonzentration (HPTLC) werden bestimmt. Darüber
hinaus wird die Stabilität der Liposomen bei 4°C
in Puffer und bei 37°C im Serum über Größenveränderungen
und Wirkstofffreisetzung charakterisiert.
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Ein
typischer Ansatz wird an folgendem Beispiel näher ausgeführt:
Es
werden folgende Komponenten als Stammlösungen in einen
50 ml Rundkolben pipettiert: 31,2 μmol Phosphatidylcholin
(PC), 12 μmol Octadecyl-(1.1-dimethyl piperidin-4-yl)-phosphat
(OPP), 12 μmol Cholesterol (CH), 2,8 μmol Polyethylenglykol2000-Phosphatidylethanolamin (PEG-PE), 6 μmol
Dicetylphosphat (DCP) und 15,9 μmol Dipyridamol (DIP).
Der Lipidfilm wird durch Verdampfen des Lösungsmittels
bei 42°C im Vakuum hergestellt und anschließend
mit 2 ml PBS, pH 7.4 wieder resuspendiert. Dabei wird die Suspension
gelblich trüb und besteht aus MLV, die über Nacht
geschüttelt werden. Die MLV werden anschließend
wiederholt durch einen Miniextruder gedrückt, der zwei
zusammengelegte Polykarbonatfilter mit 400 nm Porendurchmesser enthält.
Nach 19facher Extrusion liegen vollständig große
unilamellare Vesikel (LUV's) mit einem mittleren Durchmesser von
131 ± 28 nm vor. Die Suspension hat einen Polydispersitätsindex
(PI) von 0,14 ± 0,07.
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Das
nicht eingeschlossene DIP wird durch Größenausschlusschromatographie über
eine Sephadex-Säule (G50 fine) abgetrennt.
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Der
Gehalt an PC wird mittels Hochleistungsdünnschichtchromatographie
(HPTLC) bestimmt und beträgt nach der Säulentrennung
etwa 16,4 ± 1,0 μmol/ml, während etwa
150 ± 24 μg DIP/ml Liposomen eingeschlossen sind.
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Die
Liposomen sind im Kühlschrank mindestens bis zu 8 Wochen
lagerfähig, ohne dass sich ihre Eigenschaften wesentlich ändern
(maximale Größenzunahme von 6% und einem Anstieg
des PI um maximal 30%).
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Beispiel
2: Die Wirksamkeit der Liposomen wird in vitro in verschiedenen
Testsystemen charakterisiert. Die Adhäsion der Vesikel
an Tumorzellmonolayer wird unter statischen (Bindungsassay) und
dynamischen (Fließ-)Bedingungen bestimmt. Zusätzlich
wird der Einfluss der Liposomen auf das Aggregationsverhalten von Tumorzellen
in Abwesenheit und Anwesenheit von Thrombozyten in vitro gemessen.
Die Liposomen mit zytotoxischen Wirkstoff werden zusätzlich
auf ihren toxischen/wachstumshemmenden Effekt auf Tumorzellen und Thrombozyten
untersucht (MTT-Test). Im Ergebnis wird die effektivste Liposomenformulierung
für die sich anschließenden Versuche ausgewählt.
Kriterien für die Effizienz sind:
- a)
hohe spezifische Bindungsfähigkeit an Tumorzellen;
- b) hohe Zytotoxizität gegenüber Tumorzellen
und geringe/keine toxischen Effekte gegenüber Thrombozyten;
und
- c) starke Zerstörungswirkung auf die Tumorzellaggregate.
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Im
Folgenden sind einige ausgewählte Beispiele für
Testsysteme näher ausgeführt:
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2.1 Hemmung der Thrombozvtenaggregation
durch Liposomen
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100 μl
Plättchenreiches Plasma (PRP) mit einer Thrombozytenzahl
von 2,5 × 108/ml werden pro Well einer 96-Well Platte gegeben.
und mit 0,05 u Thrombin/Well aktiviert. Bei einigen Wells wird auf
die Aktivierung verzichtet, um nicht-aktivierte Thrombozyten als
Kontrolle mitführen zu können. Zur Hemmung der
Aggregation werden im nächsten Schritt die Liposomen (100
nmol Totallipid) bzw. die freien Substanzen in äquimolaren Mengen
zugegeben und die Zunahme der Transmission photometrisch bei λ =
595 über einen Zeitraum von 120 Minuten wiederholt gemessen.
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Durch
die Aktivierung der Plättchen mit Thrombin kommt es in
Folge der zunehmenden Thrombozytenaggregation zu einer Abnahme der
Extinktion und zu einer Zunahme der Transmission. Die Ergebnisse
sind als prozentuale Änderung der Transmission in Bezug
auf den ersten Messwert (t = 0; Transmission = 0%)
- EMW
- = Extinktion zum gemessenen
Zeitpunkt (t = x min)
- E1.MW
- = Extinktion zum Zeitpunkt
der ersten Messung (t = 0)
angegeben, die nach Formel (I) berechnet wird.
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Es
kann eine Hemmung der Aggregation durch die Kombinationsliposomen
um 40% nachgewiesen werden, während keine Hemmung durch
Kontrollliposomen auftritt (siehe 1). DIP
als freier Wirkstoff hemmt in einer Konzentration von 10 nmol/Well
die Thrombozytenaggregation um 30% (Daten nicht gezeigt).
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2.2 Hemmung der Adhäsion von
Thrombozyten an immobilisierte Tumorzellen
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2.2.1 Markierung der Thrombozyten mit
Calcein-AM:
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2,5 × 108 Thrombozyten/ml werden mit 50 μl
Calcein-AM Stocklösung 0,5 mM, in DMSO) versetzt und für
90 min bei 37°C inkubiert. Anschließend werden
die Thrombozyten dreimal mit Pufferlösung (vorzugsweise mit
TH-Puffer, pH 7,4) gewaschen. Die Fluoreszenz-markierten Thrombozyten
werden durch Zentrifugation der Zellsuspension bei 1000 g–1 für je 10 min erhalten
und können über die Messung der Fluoreszenzintensität im
Fluostar bei einer Anregungswellenlänge von λEx = 490 nm und der Emissionswellenlänge λ =
530 nm über eine Standardkurve quantifiziert werden.
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2.2.2 Adhäsionstest
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In
eine 96-Well-Platte werden 100 μl einer Suspension von
1 × 106 Tumorzellen/ml RPMI-Medium
mit 10% FCS einpipettiert und über Nacht zur Anheftung
im Brutschrank bei 37°C und 5% CO2 inkubiert.
Danach wird das Medium abgezogen und die angehefteten Zellen mit
PBS gewaschen. Zur Blockade unspezifischer Bindungsstellen werden
die Zellen eine Stunde mit 100 μl einer 1%igen BSA-Lösung
bei RT inkubiert. Dann werden die Überstände entfernt
und die Zellen erneut mit PBS gewaschen. Im nächsten Schritt
werden dann 100 μl der Suspension mit 2,5 × 108/ml Thrombozyten in jedes Well gegeben und
die Thrombozyten (PRP) durch zusätzliche Zugabe von 0,05
u Thrombin aktiviert. Zur Hemmung der Adhäsion werden im
nächsten Schritt die Tumorzellen und Thrombozyten mit Liposomen
(100 nmol Totallipid/Well) bzw. 10 μl einer 1 M EDTA-Lösung/Well
als Kontrolle inkubiert.
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Parallel
dazu erfolgt die Einsaat und serielle Verdünnung von Fluoreszenzmarkierten
Thrombozyten in eine schwarze Maxi-Sorg-Platte (Nunc) und deren
Aktivierung durch 0,05 u Thrombin, um eine Standardreihe für
die Quantifizierung gebundener Thrombozyten zu erhalten.
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Nach
1 h Inkubation bei 37°C werden die Überstände
aus der Versuchsplatte entfernt und die Zellen zweimal mit PBS gewaschen.
Dann erfolgt die Zugabe von 50 μl Lysepuffer/Well in die
Kontrollplatte und von 50 μl Lysepuffer und 50 μl
PBS je Well der Versuchsplatte. Die Platten werden 3 Minuten geschüttelt,
bevor der Inhalt der Versuchsplatte Well für Well in die
Messplatte transferiert wird und die Messung im Fluostar bei einer
Anregungswellenlänge von λEx =
490 nm und der Emissions-Wellenlänge λ = 530 nm
durchgeführt wird. Die Zahl der gebundenen Thrombozyten
wird über die Standardkurve bestimmt und ist in Prozent
zugegebener Zellen angegeben.
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Lysepuffer:
2,5 g Sodiumdodecylsulfat (SDS) mit 1 ml 10 N NaOH versetzen und
mit PBS auf 50 ml auffüllen, filtrieren.
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Die
aktivierungsbedingte Steigerung der Adhäsion der Thrombozyten
an HT29-Kolonkarzinomzellen (2) sowie
an MT-3 Brustkrebszellen (Daten nicht gezeigt) kann durch Kombinationsliposomen
komplett verhindert werden.
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2.3 Hemmung der Adhäsion von
Tumorzellen an immobilisierte Endothelbestandteile in Anwesenheit
von Liposomen und/oder Thrombozyten
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2.3.1 Fluoreszenzmarkierung der Zellen:
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Tumorzellen
(MT3 und MT1 Brustkrebszellen, HT29-Kolonkarzinomzellen und LL Lungenkarzinomzellen)
werden wie unter 2.2.1 beschrieben Fluoreszenz-markiert, jedoch
wird als Marker 282 nmol Hoechst 33258/75 cm2 Kulturflasche
verwendet. Die so markierten Zellen werden in PBS (Ca, Mg) aufgenommen
und auf 1,2 × 106 Zellen/ml eingestellt.
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2.3.2 Immobilisierung der Adhäsionskomponenten:
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In
eine 96-Well-ImmunoSorp-Platte werden pro Well jeweils 100 μl
Ca/Mg-PBS mit den zu untersuchenden Endothelbestandteilen mit 200
ng Kollagen IV; 1 μg Fibronektin oder 200 ng Poly-L-Lysin)
pipettiert und über Nacht zur Anheftung bei 4°C
stehen gelassen. Danach wird der Überstand abgezogen und
zur Blockade unspezifischer Bindungsstellen mit 100 μl
einer 1%igen BSA-Lösung bei Raumtemperatur für
eine Stunde inkubiert. Abschließend wird mit PBS gewaschen.
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2.3.3 Bestimmung der Adhäsionshemmung:
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Die
Hemmung der Adhäsion der Tumorzellen in Abwesenheit und
in Gegenwart von Thrombozyten durch Liposomen wird anschließend
wie folgt durchgeführt.
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In
die Wells werden 50 μl der Hoechst 33258 markierten Tumorzellen
und 100 nmol Kombinationsliposomen gegeben. Es wird für
1 h bei 37°C inkubiert, bevor nicht gebundene Tumorzellen
durch Waschen mit Puffer entfernt werden. Dann werden zu den Wells
mit Tumorzellen 50 μl PBS und 50 μl Lysepuffer
gegeben und es wird 3 Minuten geschüttelt.
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Parallel
dazu wird eine Standardreihe mit Tumorzellen in einer schwarzen
Maxi-Sorg Platte mitgeführt, die ebenfalls durch 50 ml
Lysepuffer aufgelöst werden. Zu dieser Platte werden nun
die Lysate der Inkubationsplatte Well für Well transferiert
und anschließend die Fluoreszenzmessung im SLT Fluostar
Mikroplattenreader bei λEx = 355
nm und λEM = 460 nm vorgenommen.
Die Quantifizierung der gebundenen Tumorzellen erfolgt dann über
die mittlere Fluoreszenzintensität aus der Standardreihe
für jede Tumorzelllinie.
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In
den Tabellen 1 und 2 sind die Ergebnisse zusammengefasst. Tabelle 1: Hemmwirkung der Kombinationsliposomen
auf die Adhäsion von Tumorzellen an Endothelbestandteile
Beschichtg./Zelllinie | HT29 | MT3 | MT1 | LL |
Kollagen | ++++ | ---- | --- | 0 |
Fibronektin | 0 | ---- | - | 0 |
Lysin | 0 | +++ | --- | 0 |
- -/+ Hemmung/Steigerung der Anheftung um
0–10%
- --/++ Hemmung/Steigerung der Anheftung um 10–20%
- ---/+++ Hemmung/Steigerung der Anheftung um 20–40%
- ----/++++ Hemmung/Steigerung der Anheftung über 40%
- 0 keine Änderung
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Ergebnis:
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Mit
den Kombinationsliposomen lässt sich die Adhäsion
von MT3 an Kollagen und an Fibronektin, bei MT1 an Kollagen und
Lysin Brustkrebszellen zu über 40% hemmen. Tabelle 2: Hemmwirkung der Kombinationsliposomen
auf die Adhäsion von Tumorzellen an Endothelbestandteile
in Anwesenheit von Thrombin-aktivierten Thrombozyten
Beschichtg./Zelllinie | HT29 | MT3 | MT1 | LL |
Kollagen | +++ | ---- | - | ++++ |
Fibronektin | ---- | ---- | --- | ---- |
Lysin | ---- | ---- | - | --- |
- -/+ Hemmung/Steigerung der Anheftung um
0–10%
- --/++ Hemmung/Steigerung der Anheftung um 10–20%
- ---/+++ Hemmung/Steigerung der Anheftung um 20–40
- ----/++++ Hemmung/Steigerung der Anheftung über 40%
- 0 keine Änderung bei Anwesenheit von Thrombozyten
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Ergebnis:
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Es
konnte eine Hemmung der Adhäsion an alle Endothelbestandteile
in Gegenwart von Thrombozyten von über 40% nachgewiesen
werden. Die Hemmung war jedoch Zelllinien-abhängig und
am ausgeprägtesten bei MT3 Zellen zu beobachten.
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Beispiel
3: Nach Auswahl der wirksamsten Vesikeltypen (Beispiel 2a–c)
wird eine ausreichend große Menge an Liposomen (2 Testformulierungen,
dazu die notwendigen Kontrollformulierungen) als homogenes Prüfmuster
für die präklinischen in vivo Studien hergestellt
und charakterisiert (siehe Eigenschaften in Beispiel 1). Die Stabilität
im Serum und die Lagerstabilität des Testliposomen wird
bestimmt.
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Ergebnis:
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Es
liegt eine ausreichende Menge an Liposomen mit hoher aggregationshemmender
Wirksamkeit unter in vitro Bedingungen vor.
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Ausführungsbeispiele 4 und 5
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In
diesen Beispielen werden im Rahmen einer Verträglichkeitsstudie
Erkenntnisse über die Verträglichkeit der ausgewählten
liposomalen Formulierungen, sowie deren Verteilung und Verteilungskinetik
unter in vivo Bedingungen gesammelt, um therapeutische Studien effizient
durchführen zu können.
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Ausführungsbeispiel
4: Für die Verträglichkeitsstudie werden gesunde
Mäuse (je 6 Tiere/Gruppe) mit steigenden Mengen von 4–5
ausgewählten Liposomenformulierungen intravenös
behandelt. Es wird eine Dosierung in Abhängigkeit von der
zytotoxischen Wirksamkeit der Liposomen in vitro gewählt.
Zusätzlich wird die bekannte Dosierung für OPP
Liposomen als Orientierung herangezogen. Neben der Verträglichkeitsgrenze werden
Nebenwirkungen (Gewichtsveränderungen, Leber- und hämatologische
Toxizität) erfasst.
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Ausführungsbeispiel
5: Parallel dazu wird für die Pharmakokinetik in der Maus
(5 Tiere/Zeitpunkt) die Konzentration an Wirkstoff (OPP mittels
HPTLC) für ausgewählte Formulierungen über
einen Zeitraum von 48 Stunden an 6 Zeitpunkten erfasst. Gleichzeitig
wird die Organverteilung für diese Formulierungen quantifiziert. Hierfür
werden die Organe (zum Beispiel Leber, Milz, Niere) entnommen, der
Wirkstoff und oder/andere Komponenten der Liposomen extrahiert und
mittels HPTLC quantifiziert.
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Im
nächsten Beispiel werden auf Basis der Verträglichkeitsstudien,
der Kinetikdaten und der Wirkstoff Verteilungseigenschaften die
effektivsten Liposomenformulierungen in therapeutischen Untersuchungen
getestet.
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Ausführungsbeispiel
6: Es werden therapeutische Studien zur Wirksamkeit der ausgewählten
liposomalen Formulierungen durchgeführt.
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Der
Antimetastasierungeffekt wird im Mausmodell in drei verschiedenen
Tumormodellen mit unterschiedlichem Metastasierungspotenzial getestet
(humanes HT29 Kolonkarzinom- und MT3 Brustkrebsmodell auf Nudemäusen,
sowie das stark metastasierende Mausmelanommodell B16/F10). Eine
definierte Zahl von Tumorzellen wird i. v. injiziert und zu geeigneten
Zeitpunkten die Mäuse (4–6 Tiere/Gruppe) mit den
Liposomen, die im Beispiel 2 ausgewählt wurden, i. v. behandelt.
-
Zu
erfassende Kriterien in diesen Experimenten sind die Gerinnungsparameter
(Thrombozytenzahl, aktivierte Rekalzifizierungszeit), und die Zahl
und Lokalisation der Mikrotumoransiedlungen in der Lunge in Abhängigkeit
von der Dosierung, dem Zeitpunkt der Applikation und dem Behandlungsschedule.
Die Metastasen werden makroskopisch und/oder immunhistochemisch
bestimmt. Zusätzlich wird das Lungengewicht erfasst.
-
Ausgewählte Beispiele für
die therapeutischen Studien:
-
6.1 Einfluß des Zeitpunktes der
Liposomenapplikation auf die Hemmung der Metastasenentwicklung in
der Maus
-
5 × 106 MT3 Brustkrebszellen aus der Zellkultur
werden zum Zeitpunkt t = 0 in je 4 NMRI nu/nu – Mäuse
pro Behandlungsgruppe i. v. injiziert. Neben der Kontrollgruppe,
die einmalig physiologische Kochsalzlösung erhält,
wird eine Gruppe zum Zeitpunkt –6 h (bezogen auf die Tumorzellinjektion),
eine weitere Gruppe zu den Zeitpunkten –6, –4
und –2 h, sowie eine Gruppe zu den Zeitpunkten –6, –2,
+2 und +4 h mit jeweils 100 nmol Totallipid an Liposomen pro 20
g Maus i. v. behandelt.
-
Nach
29 d werden die Tiere abgetötet, eine Autopsie vorgenommen
und die Gewichte der Tumoren sowie der Lungen bestimmt. Das Ergebnis
ist in den 3 und 4 dargestellt.
-
Bei
Behandlung der Tiere mit Kombinationsliposomen 6 Stunden vor der
Tumorzellgabe wird die Zahl der Lungenmetastasen sehr stark reduziert,
teilweise treten keine Lungenmetastasen mehr auf.
-
Trotz
Verschiebung des Metastasierungsmusters von Lungen- zu mehr Muskelmetastasen
wird die Gesamtzahl an Metastasen stark reduziert und es werden
keine anderen Organe befallen.
-
6.2 Einfluss der Dosis der Liposomen auf
die Hemmung der Metastasenentwicklung in der Maus
-
Das
Experiment wird entsprechend 6.1 durchgeführt mit der Abwandlung,
dass nur zum Zeitpunkt –6 h behandelt wird, jedoch mit
unterschiedlichen Dosierungen von Liposomen. Die Mäuse
erhalten 50, 100 oder 200 nmol Totallipid Kombinationsliposomen
pro 20 g Maus.
-
Wie
in den 5 und 6 dargestellt, kann mit einer
einmaligen Behandlung mit 100 nmol Kombinationsliposomen/Maus eine
signifikante Reduktion der Metastasierung erzielt werden. In einigen
Tieren treten keine Lungenmetastasen mehr auf. Während
auch keine anderen Organe befallen sind, treten bei einzelnen Mäusen
Muskelmetastasen auf.
-
Alle
in der vorangehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen
und den Abbildungen dargestellten Merkmale können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung
sein.
-
Legende zu den Abbildungen
-
1:
Hemmung der Aggregation von Thrombozyten durch Kombinationsliposomen
in Plasma
-
Dargestellt
sind die Mittelwert der Transmission ± S. D. 80 min nach
der Aktivierung in Bezug auf den ersten Messwert (Transmission =
0%). 2,5 × 107 Thrombozyten im Plasma (PRP) wurden mit
0,05 units Thrombin aktiviert und 100 nmol Liposomen zugegeben.
Die Änderung der Extinktion in der Thrombozytensuspension
wurde bei einer Wellenlänge von 595 nm gemessen. Jeder
Wert repräsentiert den Mittelwert +/– S. D. für
eine Vierfachbestimmung von mindestens 10 unabhängig durchgeführten
Experimenten.
- Thrombozyten: aktivierte Thrombozyten ohne
Liposomen als Kontrolle.
- Kon Lip: Agggregation in Gegenwart von Kontrollliposomen.
- Komb-Lip: Agggregation in Gegenwart von Kombinationsliposomen.
- (*): signifikant verschieden zur Kontrolle (p < 0,05).
-
2:
Hemmung der Adhäsion von aktivierten Thrombozyten an immobilisierten
HT 29 Kolonkarzinomzellen durch Kombinationsliposomen
-
1 × 105 Tumorzellen/Well wurden in einer 96-Well
Platte immobilisiert und nach Behandlung mit BSA mit 2,5 × 107 Calcein-AM-markierten Thrombozyten (mit/ohne
Thrombinaktivierung) und 100 nmol Liposomen bei 37°C inkubiert.
Nach der Zelllyse wurde die Fluoreszenzintensität der gebundenen
Thrombozyten gemessen bei: λEx:
490 nm und λEM: 530 nm. Jeder Wert
repräsentiert den Mittelwert +/– S. D. für
eine Vierfachbestimmung von mindestens 8 unabhängig durchgeführten
Experimenten.
- Thrombozyten: Thrombozyten ohne Liposomen
als Kontrolle
- Kon Lip: Adhäsion in Gegenwart von Kontrollliposomen.
- Komb-Lip: Adhäsion in Gegenwart von Kombinationsliposomen.
- s(*): signifikant verschieden zur Kontrolle (p < 0,05).
-
3:
Zahl der sichtbaren Metastasen/Tier
-
4:
Gewicht der extrapulmonalen Metastasen/Tier
-
5:
Gesamtzahl der sichtbaren Metastasen/Tier
-
6:
Masse an extrapulmonaler Metastasen/Tier
-
Abkürzungsverzeichnis
-
- CH
- Cholesterol
- DCP
- Dicetylphosphat
- DMPC,
- Dimyristoyl-Phosphatidylcholin
- DOPC,
- Dioleyl-Phosphatidylcholin
- DOPE
- Dioleyl-Phosphatidylethanolamin
- DPPC,
- Dipalmitoyl-Phosphatidylcholin
- DSPC,
- Distearyl-Phosphatidylcholin
- EggPC,
- Ei-Phosphatidylcholin
- HePC,
- Hydriertes Phosphatidylcholin
- HPC
- Hexadecylphosphatidylcholin
- HPE
- Hexadecylphosphatidylethanolamin
- HPP
- Hexadecyl-(1,1-dimethyl-piperidin-4-yl)-phosphat
- HpPC
- Heptadecylphosphatidylcholin
- HPS
- Hexadecylphosphatidylserin
- Kon-Lip
- Kontroll-Liposomen
- LUV
- Large unilamellar
vesicles (Große unilamellare Vesikel)
- MLV
- Multilamellare Vesikel
- OPC
- Octadecylphosphatidylcholin
- OPP
- Octadecyl-(1,1-dimethyl-piperidin-4-yl)-phosphat
- PA
- Phosphatidylsäure
- PE
- Phosphatidylethanolamin
- PEG
- Polyethylenglykol
- PG
- Phosphatidylglycerol
- PI
- Polydispersitätsindex
- POPC,
- Palmitoyl-Oleyl-Phosphatidylcholin
- PSPC,
- Palmitoyl-Stearyl-Phosphatidylcholin
- SA
- Stearylamin
- SPPC,
- Stearyl-Palmitoyl-Phosphatidylcholin
- TPC,
- Tetradecylphosphatidylcholin
-
Literaturverzeichnis
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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