Pharm
a
Therapeutische Proteine -Antikörper gegen Tumorzellen
Georg-B. Kresse Roche Pharma Research, Penzberg
Pharm
aKarl Axel Hampus MörnerRektor der Karolinska Universität Stockholm, am 10. 12. 1901 Laudatio zur Nobelpreisverleihung an Emil von Behring
Es ist für alle Mediziner erquickend, zu einer Zeit zu leben, in der die medizinischen Wissenschaften eine so grossartige Entwicklung erhalten haben, wie es jetzt der Fall ist.
Die Bakterien, welche früher als zügellose Horden umherschweiften, werden jetzt immer mehr gebändigt und in disziplinierte Scharen geordnet, welche den Geboten der Wissenschaft gehorchen müssen. So ziemlich nach Belieben kann man sie fern halten, wo man dies wünscht, und andererseits können die Bakterien Dienste zu leisten genötigt werden.
K.A.H. Mörner
Pharm
aKarl Axel Hampus MörnerLaudatio zur Nobelpreisverleihung an Emil von Behring
Mit scharfsehendem Auge haben Sie einen Weg gefunden, um die Ergebnisse der Immunitätslehre für therapeutische Zwecke zu verwerten. Mit genialem Geschick und beharrlicher Ausdauer haben Sie diese Lehre entwickelt und die Hindernisse siegreich überwunden.
welcher schon jetzt von der allergrössten Bedeutung ist und es in noch höherem Grade werden wird, wenn alle Knospen erblüht und alle Früchte gereift sind.
Sie haben dadurch den Baum der medizinischen Wissenschaften um einen Zweig bereichert,
Pharm
aAntikörper als ArzneiwirkstoffeSerumtherapie 1893
Foto aus: E. Bäumler, Auf der Suche nach der Zauberkugel, Econ 1971
Emil von Behringbeim Immunisieren eines “Serum-Pferdes”
Pharm
aWas sind Antikörper ?
Antikörper (auch Immunglobuline) sind Eiweißstoffe (Proteine), die in Wirbeltieren als Reaktion auf eingedrungene Fremdstoffe, die man als Antigene bezeichnet, gebildet werden. Sie dienen der Abwehr dieser Fremdstoffe.
Die spezifische Bindung von Antikörpern an die Antigene bildet einen wesentlichen Teil der Abwehr gegen die eingedrungenen Fremdstoffe führen. Antikörper sind also zentrale Bestandteile des Immunsystems höherer Wirbeltiere.
Antikörper werden von einer Klasse von weißen Blutzellen, nämlich den B-Zellengebildet. Sie kommen im Blut und in der extrazellulären Flüssigkeit der Gewebe vor.
www.ilo.at/images/texte/B_Zellenb.jpg
Pharm
aDer Aufbau eines Antikörper-Moleküls
• Große Moleküle (IgG: 150.000 Da)
• bestehen aus zwei schweren und zwei leichten Polypeptidketten
• jede dieser Ketten besitzt eine „variable“ und drei „konstante“ Domänen. Man unterscheidet einen „Fab-Teil“ (antigen-bindend) und einen Fc-Teil („kristallisierbar“)
Aspirin
Glycan
• die Antigen-Bindungsstelle wird von den variablen Regionen gebildet,
• in diesen wird die Bindungsspezifität von kleineren „hypervariablen Regionen“ bestimmt
• im Fc-Teil enthalten Immunglobuline einen Zuckeranteil
Fab
Fc
Pharm
aTechnologie-Entwicklung: Monoklonale Antikörper
Natürliche Antikörper sind polyklonal (enthalten viele verschiedene Sequenzen).
http://www.accessexcellence.org/AB/GG/monoclonal.html
Diese Technologie wurde erst-beschrieben von Georges Köhlerund Cesar Milstein 1975.
Monoklonale Antikörper sind homogen hinsichtlich ihrer Proteinsequenz.
Pharm
aMurine, chimäre, humanisierte und humane Antikörper
http://www.i-s-b.org/ wissen/broschuere/ produkt/monoklon.htm
In vitro-Antikörper-Bibliotheken
Transgene MäuseHumane Hybridomas
Genetic EngineeringV-Gen-KlonierungCDR-Grafting
ca. 35% Maus ca. 10% Maus
Monoklonale Maus-Antikörper sind immunogen, wenn man sie am Menschen verwendet
Pharm
a
HuMAbHuMAb--Mouse™Mouse™
ms ms IgHIgHms ms IgIgκκ
hu IgHhu IgH
hu Ighu Igκκ
Four distinct geneticFour distinct geneticmodifications functionallymodifications functionallyreplace the mouse replace the mouse immunoglobulin immunoglobulin locilociwith human with human immunoglobulin transgenesimmunoglobulin transgenes
Generierung humaner Antikörper
Pharm
aRekombinante Herstellung von monoklonalen Antikörpern
Transfektion in eine Wirtszelle und Expression
O. Mundigl, H. Seul Roche Pharma Research, Penzberg
Antikörper grünZellkern blauZellskelett rot
Auswahl der Gensequenz
Klonierung in einen DNA-Vektor
CHO-Zellen (chinese hamster ovary)
Pharm
aDie Herstellung von rekombinanten Antikörpern
KlonierungAuswahl der Gensequenz Expression
FermentationReinigungFormulierung
Pharm
aIndustrielle Produktion rekombinanter monoklonaler Antikörper
Pharm
aIndustrielle Produktion rekombinanter monoklonaler Antikörper
Pharm
aTherapeutische monoklonale Antikörper, Stand 2006 Produktname Generischer Name Indikation Originator/Partner Zulassung
Murin OrthoClone OKT3 Muromomab-CD31 Transplantat-Abstoßung J & J 1986Panorex Edrecolomab Darmkrebs Centocor/GSK 1995Antilfa Odulimomab Transplantat-Abstoßung Immunotech/SangStat 1997Zevalin Ibritumomab Tiuxetan Non-Hodgkin Lymphom IDEC/Schering AG 2002Bexxar (I131)-Tositumomab Non-Hodgkin Lymphom Corixa/GSK 2003
Chimär Remicade Infliximab Rheumatoide Arthritis Centocor/Schering-Plough 1996Simulect Basiliximab Transplantat-Abstoßung Novartis 1996MabThera/Rituxan Rituximab Non-Hodgkin Lymphom IDEC/Genentech/Roche 1997
Rheumatoide Arthritis IDEC/Genentech/Roche 2006Erbitux Cetuximab Darmkrebs ImClone/Merck 2004
Chimäres ReoPro Abciximab Cardiovaskul. Prophylaxe Centocor/Eli Lilly 1995Fab-Fragm.
Humanisiert Synagis Palivizumab Resp. Sync. Virus Infektion MedImmune/Abbott 1996Zenapax Daclizumab Transplantat-Abstoßung PDL/Roche 1997Herceptin Trastuzumab Brustkrebs Genentech/Roche 1998Mylotarg Gemtuzumab Ozogamicin Akute myeloische Leukämie Celltech/Wyeth 2000Campath Alemtuzumab CLL (B-Typ) ILEX/Schering AG 2001Xolair Omalizumab Allergisches Asthma Genentech/Novartis 2002Raptiva Efalizumab Psoriasis Genentech/Xoma 2003Avastin Bevacizumab Darmkrebs Genentech/Roche 2004Tysabri Natalizumab Multiple Sklerose ELAN/BiogenIDEC 2004Vectibix Panitumumab Darmkrebs Abgenix/Amgen 2006
Human Humira Adalimumab Rheumatoide Arthritis CAT/Abbott 2002
21 zugelassen, davon 10 in onkologischen Indikationen
Pharm
aBiopharmaceuticals in klinischer Entwicklung
davon 88 MABsdavon 88 in der Onkologie
PhRMA, 10/2006
Pharm
a
Tumorzelle
Rezeptor-Tyrosinkinase Ligand
Wie wirken therapeutische Antikörper ? (1)
Der Antikörper stört die Ligandenbindung und/oder die ligand-induzierte Rezeptoraktivierung/Signaltransduktion in die Zelle, oder löst dadurch programmierten Zelltod (Apoptose) aus
K. Künkele, Roche
Pharm
a
Tumor-Zelle
Wie wirken therapeutische Antikörper ? (2)
Bindung des Antikörpersführt zu Internalisierung und Abnahme der Dichte des Tumorwachstums-aktivierenden Rezeptors auf der Zelloberfläche
K. Künkele, Roche
Pharm
a
Tumorzelle
FcγIIIR
Fc Der Antikörper bindet …
Wie wirken therapeutische Antikörper ? (3)
…und rekrutiert Immuneffektor-Zellen
… Zerstörung der Tumorzelle
K. Künkele, Roche
Pharm
a
Monoklonale Antikörper in der Onkologie 3 Beispiele
Avastin (Bevacizumab)
MabThera (Rituximab)
Herceptin (Trastuzumab)
Pharm
aAvastin (Bevacizumab)
• Rekombinanter humanisierter Antikörper• Bindet und inhibiert den vaskulärenendothelialen Wachstumsfaktor (VEGF), der maßgeblich am Prozess der Angiogenese(Gefäßneubildung) beteiligt ist• Zugelassen zur Behandlung von Patienten mit metastasiertem Darmkrebs sowie Lungenkrebs(NSCLC) in Verbindung mit Chemotherapie
Pharm
a
Avastin – Vorgeschlagener Wirkmechanismus
VEGF
Blebbingendothelialer Zellen
VEGF-Rezeptor
Hemmung des VEGF verhindert die Gefäßneubildung und könnte existierende (noch nicht voll ausgereifte) Tumor-Vaskulatur zerstören
Pharm
aMabthera (Rituximab)
• Chimerer rekombinanter murin/humaner Antikörper
• Bindet spezifisch an das CD20-Antigen auf normalen und malignen pre- und reifen B-Lymphozyten (CD20 ist exprimiert von >90% der B-cell-NHL)
• Zugelassen zur Behandluing von Patienten mit CD20-positivemfollikulärem Non-Hodgkin-Lymphom (Stadium III-IV), bei Rezidiv oder nach Nichtansprechen auf Chemotherapie
Pharm
aWirkungsmechanismus von Rituximab
Direkte Induktion von Apoptose
Complement-Aktivierung
ADCC-Aktivierung
Pharm
aHerceptin (Trastuzumab)
• humanisierter monoklonaler Antikörper
• gerichtet gegen die extrazelluläre Domäne des humanen epidermalenWachstumsfaktor-Rezeptor Typ-2 (HER2, ErbB2)
• HER2 ist in ca. 25 % der Brustkrebs-Patientinnen überexprimiert
• Zugelassen zur Behandlung von HER2-positivem fortgeschrittenen Brustkrebs (allein und in Kombination mit cytotoxischen Arzneimitteln), sowie von HER2-positivem Brustkrebs im Frühstadium
HerceptinBindungsepitop
aa 529-625
HER2ErbB2neu
extrazellulär
intrazellulär
Pharm
aDer HER2-Rezeptor
HER2-Rezeptoren befinden sich in geringer Dichte auch auf gesunden Brustzellen. Diese Zellen teilen sich nur bei Bedarf.
Ist die Konzentration des Rezeptors erhöht (dies ist bei ca. 20-30% der Brustkrebspatientinnen der Fall), so kann die Zelle vermehrt Wachstumssignale empfangen und teilt sich immer und immer wieder. Eine unkontrolliert wachsende Krebsgeschwulst entsteht.
Trastuzumab blockiert den Wachstumsfaktor-Rezeptor HER2und verhindert, dass die Zellen Wachstumssignale erhalten. Damit wird das Tumorwachstum gebremst.
Pharm
aHER2 / Herceptin - Diagnostik
Diagnostische Tests sind verfügbar, um diejenigen Patientinnen auszuwählen, die für Behandlung mit Herceptin in Frage kommen
(IHC = immunhistochemischer Test)
HerceptinHerceptin--BehandlungBehandlungangezeigtangezeigt
Keine Wirkung von Keine Wirkung von HerceptinHerceptin zu zu erwartenerwarten
IHC3+ IHC < 3+
Formalin-fixiertes, in Paraffin eingebettetes Tumorgewebe
G. Maass, Roche
Pharm
aOnkologie: hoher medizinischer BedarfGesamtüberlebensrate (5 Jahre) ≈ 50% in entwickelten Ländern
Hei
lung
srat
e (
%)
100
% aller Krebserkrankungen
• Krebserkrankungen verursachen ca. 12 % aller Todesfälle weltweit • Zunehmende Inzidenz ist zu erwarten wegen steigender Lebenserwartung
• - unterschiedliche Inzidenzprofile in verschiedenen geographischen Zonen
0 2 4 6 8 10 12 140
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Oesophagus
Pancreas
MyelomaCNS
Leukemia
Ovary
Stomach
NHL
Kidney Cervix/Uteri
TestisThyroid
CorpusMelanoma
Bladder Prostate
Colon/rectum
Breast
Lung
Oral
Brain
Liver
Nasopharynx
Source: WHO
Pharm
a
22 % Zunahme der 3-Jahres-Überlebenszeit (R-CHOP vs CHOP)
Aggressives Non-Hodgkin-Lymphom
MabThera
37% Zunahme der mittleren Überlebenszeit (H-docetaxel vs docetaxel)
First-line HER-2 (+) Metastatischer Brustkrebs
Herceptin
30% Zunahme der mittleren Überlebenszeit (A-IFL vs. IFL chemo)
Metastatischer Darmkrebs
Avastin
PatientennutzenKrankheitTherapie
Hoher medizinischer BedarfDie Verbesserung der Überlebensrate mit neuen Therapien ist signifikant, aber unvollständig
• Die Steigerung der Überlebenszeit ist oft in Monaten zu messen• Wichtige Zukunftsentwicklung: Identifizierung der optimalen Patientenpopulation
Pharm
aMonoklonale Antikörper noch effektiver machen
Ein Teil der Wirkung monoklonaler Antikörper resultiert aus der Stimulation des Immunsystems:
„Engineering“ der Antikörper-Moleküle zur Steigerung der Immuneffektor-Funktion ist möglich
Killer-Leukozyten
Tumor-zelle
Complement-Aktivierung
Antikörper mit Immun-Effektor-Funktion
Antigen, z.B. Rezeptor für einen Wachstumsfaktor
Antikörper mit Immun-Effektor-Funktion
Pharm
a
Fuco
seG
lcNA
c
±β1 4 Glc
NAc
±β1 4 Glc
NAc
±β1 4
Glc
NAc
Man
Gal
Neu
Ac/G
cM
an
Man
Glc
NAc
Glc
NAc
Glc
NAc
Neu
Ac/G
cG
al
Asn
(297
)4
4β1
β1
β1β1 β1
β144
2 2
α2 α23,
6
3,6
β1
α13
α16
Glc
NAc
Man
Gal
Gal
Neu
Ac/G
cNe
uAc
/Gc
Man
Man
Glc
NAc
Glc
NAc
Glc
NAc
Neu
Ac/G
cNe
uAc
/Gc
Gal
Gal
Asn
(297
)4
4β1
β1
β1β1 β1
β144
2 2
α2 α23,
6
3,6
β1
α13
α13
α16
α16
Durch „Glycoengineering“ kann man die Aktivität monoklonaler Antikörper erhöhen
Man kann den Fucose-Gehalt in der Zuckerkette durch gezielte genetische Modifikation der Wirtszellen vermindern. Dadurch wird die Bindung von Immunzellen verstärkt.
Killing of tumor cells by human PBMCs
Antibody concentration [pM]0 100 200 300
Per
cent
tum
or c
ell l
ysis
0
10
20
30
40
50
60
70
prior glycoengineering after glycoengineering
Zerstörung von Tumorzellen durch humane weißeBlutzellen
Dies führt zu dramatisch gesteigerter Zerstörung von Tumorzellen in vitro
Pharm
aGesundheitspioniere
Roche Penzberg
„... ein Zweig der Wissenschaft, welcher schon jetzt von der allergrössten Bedeutung ist und es in noch höherem Grade werden wird, wenn alle Knospen erblüht und alle Früchte gereift sind“
Karl Axel Hampus Mörner
Pharm
a
Innovation für die Gesundheit