Forschungsprojekte
Unsere Forschungsprojekte - Unser präklinisches in-vivo Untersuchungsmodel
Bedeutung der HER-Rezeptor-Tyrosin-Kinasen für die Behandlung des Mammakarzinoms
Funktionelle und quantitative Untersuchungen von HER-Rezeptor-Tyrosin-Kinasen (RTK) sind wesentlicher Bestandteil in der AG. ("HER" = "Human Epidermal Growth Factor Receptor Related") Diese membranständig exprimierten Rezeptoren regulieren im gesunden Organismus Entwicklungs- und Differenzierungs-prozesse. Tumorpathologisch spielen sie eine Rolle bei der Karzinogenese, Tumorprogression und Metastasierung. Die HER-RTK sind posttranslational stark regulierte Moleküle, die auf zellulärer Ebene Einfluss auf Zellproliferation und -wachstum, Migration und Adhäsion, aber auch auf Zellüberleben bzw. -tod ausüben. Die Aktivität der HER-RTK wirkt sich in den jeweiligen Brustkrebsarten jedoch unterschieldich aus und beeinflusst den Krankheitsverlauf (Prognose) sowie das Therapieansprechen (Prädiktion) nicht in gleicher Weise.
Die vier verwandten Rezeptoren HER1 (= EGFR), HER2, HER3 und HER4 zeichnet ein großes Potential zur Molekülinteraktion untereinander, aber auch mit anderen, membranständigen Molekülen aus (laterale o. horizontale Signaltransduktion über Homo- und Heterodimerisierung), wodurch sie zahlreiche, intrazelluläre Signalwege triggern (vertikale Signaltransduktion). Damit stellen sie ein komplexes, funktionelles System dar, das tumortherapeutisch genutzt werden kann (Antigen-spezifische Therapien). Die vielseitigen Wechselwirkungen der HER-Rezeptoren nicht nur untereinander, sondern auch mit anderen Rezeptor- und Signalsystemen ermöglicht diverse Ansätze für die Therapieoptimierung und die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien.
Neoadjuvante Tumorbestrahlung in Kombination mit zielgerichteter Immun-Checkpoint-Therapie
Ein Großteil der Mammakarzinome ist wenig immunogen, weswegen bei vielen Patientinnen kaum eine körpereigene Tumorabwehr stattfindet. Bei anderen Mammakarzinomen wird eine immunologische Tumorabwehr durch die Tumozell-assoziierte Expression von sog. Immuncheckpoint-Molekülen, wie z. B. PD-L1, unterbunden. Es gibt zahlreiche Hinweise darauf, dass eine Strahlentherapie die körpereigene Immunabwehr stimulieren, bzw. die Effizienz einer Immuncheckpoint Therapie (anti-PD-L1) steigern kann. Bislang findet eine Bestrahlung des sog. Tumorbetts aber üblicherweise in der adjuvanten Situation, also nach chirurgischer Entfernung des Primärtumors statt.
Mit unserer Projektarbeit beabsichtigen wir im präklinischen Ansatz Bedingungen für eine Bestrahlung des Primärtumors vor dessen Exzision (also präoperativ bzw. neoadjuvant) zu evaluieren, die zu einer gesteigerten Freisetzung von tumorspezifischen Neoantigenen und damit zur Stimulation einer Immunabwehr führen. Eine Tumorbestrahlung dürfte damit einer körpereigenen Vakzinierung mit Patienten-spezifischen Tumorantigenen gleichkommen und effizient antigenspezifische (z. B. zytotoxische) Immunzellen stimulieren. Gleichzeitig wird ein „Immungedächtnis“ (memory Zellen) induziert, wodurch auch langfristig eine körpereigene Immunabwehr gewährleistet wäre. Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass eine Bestrahlung direkt aber auch indirekt (aufgrund von Immunzell-Aktivierung) zu einer vermehrten PD-L1 Expression führen kann. Damit ist zu erwarten, dass eine Primärtumorbestrahlung auch die Effizienz einer extern nachgeschalteten Immuntherapie (anti-PD-L1) verstärkt. (Daneben könnte ein primäre Tumorbestrahlung als Alternative zur neoadjuvanten, zytotoxischen Behandlung zur Therapie-Deeskalation beitragen). Die Therapiestudien werden im „Humanisierten Tumormaus Modell“ (HTM), das sich durch ein humanes Tumorwachstum in Gegenwart eines humanen, funktionellen Immunsystems auszeichnet (s. u.), durchgeführt werden.
Die endokrine und anti-CDK4/6 Therapie des Östrogenrezeptor-positiven Mammakarzinoms in Abhängigkeit des HER4-Rezeptors
Die häufigste Brustkrebserkrankung ist das Hormonrezeptor-positive Mammakarzinom, bei dem das Tumorwachstum Östrogen-abhängig reguliert wird. Betroffene Patientinnen (und Patienten) erhalten in vielen Fällen eine Langzeittherapie mit Tamoxifen, einer Substanz, die die Aktivität des Östrogenrezeptors inhibiert und damit das Tumorwachstum stoppen soll. Häufig wird das Wachstum der entarteten Zellen jedoch nicht ausreichend gebremst und es entsteht eine Resistenz gegenüber dieser Behandlung. Daher ist es wichtig, biologische Marker zu finden, mit deren Hilfe einerseits das zu erwartende Ansprechen auf eine eingesetzte Therapie vorhergesagt werden kann, und die andererseits selbst als therapeutische Zielstrukturen nutzbar sind. Damit ließe sich der Therapieerfolg bei jeder Patientin und jedem Patienten ganz individuell verbessern.
Der Arbeitsgruppe ist es gelungen, einen Marker zu identifizieren, der die Hormontherapie mit Tamoxifen offensichtlich stark beeinflusst. Kann dieser Marker, der sogenannte HER4-Rezeptor, auf den Tumorzellen nachgewiesen werden, ist die Behandlung mit Tamoxifen weit weniger effektiv, als wenn die Tumorzellen dieses Oberflächenmolekül nicht aufweisen. Damit könnte man bei einem positiven Nachweis des HER4-Biomarkers auf eine möglicherweise effizientere, alternative Therapie umsteigen oder den HER4-Rezeptor selbst ebenfalls therapeutisch angreifen. Nun werden die zell- und molekularbiologischen HER4-abhängigen Mechanismen genauer untersucht, die für einen unzureichenden Therapieerfolg mit Tamoxifen verantwortlich sind.
Mdm2: Schlüsselmolekül für das Ansprechen auf CDK4/6 Inhibition und komplementäres Therapietarget
Die Ubiquitin Ligase mdm2 (Mouse double minute 2 homolog) ist entscheidend für die Regulation von p53. Eine Überexpression bzw. Hyperaktivität von mdm2 führt zur Inaktivierung von p53 und damit zu unkontrollierter Zellproliferation, mangelnder Reparatur von DNA Schäden und zur Unfähigkeit der (malignen) Zellen in den programmierten Zelltod überzugehen. Die Downregulation von mdm2 scheint essentiell für das Ansprechen auf CDK4/6 Inhibitoren (z. B. Abemaciclib) zu sein. Umgekehrt markiert ein stabiles mdm2 Protein offensichtlich ein insuffizientes Therapieansprechen, oder gar Behandlungsresistenz. Ein komplementäres, therapeutisches Targeting von mdm2 könnte das Ansprechen auf CDK4/6 Inhibitoren verbessern und dazu beitragen, Resistenzen zu überwinden. Dies erfolgt möglicherweise am besten durch den Einsatz sog. PROTAC (proteolysis targeting chimeras) Moleküle (anstelle von mdm2 Inhibitoren), die dafür sorgen, Zielmoküle spezifisch zu degradieren. Derartige, molekülspezifische Kombinationsansätze zur Steigerung der Therapieeffizienz werden bei uns unter Zuhilfenahme von geeigneten Therapiemodellen evaluiert.
Immuncheckpoint Profiling von T-Lymphozyten: Multiple checkpoints und deren Relevanz für die Immuntherapie des Mammakarzinom
Neben den etablierten Therapiemodalitäten, wie Chemotherapie oder Bestrahlung, werden Immuntherapien zunehmend bei der Behandlung von Krebs eingesetzt. Obwohl große Fortschritte auf diesem Gebiet gemacht werden, fehlen innovative und vor allem individuelle Strategien beim Mammakarzinom, was die Dringlichkeit der Forschung auf diesem Gebiet verdeutlicht. Im Vergleich zu anderen Malignomen, ist das Mammakarzinom generell eher wenig immunogen, was eine Behandlung mit Immuntherapien schwierig macht. Die Zulassung der Checkpoint-Inhibitoren stellte deshalb einen großen Durchbruch für Patientinnen mit triple-negativen Brustkrebs (TNBC) dar. Allerdings sprechen nicht alle TNBC Patientinnen auf diese Checkpoint-Inhibitoren an und alternative immunologische Ansätze fehlen. Die anderen Subtypen zeigen bisher nur sehr geringes bzw. gar kein Ansprechen auf die für TNBC Patientinnen zugelassene Medikation. Neben der Blockierung der PD-1/PD-L1 Achse durch spezifische Antikörper wie Atezolizumab oder Pembrolizumab, wird die Inhibition anderer Checkpoints wie LAG-3, VISTA, TIGIT oder TIM-3 auf T Lymphozyten diskutiert. Deshalb soll das Checkpoint-Profil auf T-Lymphozyten in verschiedenen Brustkrebs-Subtypen (HER2+/ER-, HER2+/ER+, HER2-/ER+, HER2-/ER-) analysiert werden. Da Patienten im Laufe einer Therapie folgenschwere Resistenzen gegen Checkpoint-Inhibitoren entwickeln können, soll der Einfluss der bereits zugelassenen anti-PD-1/anti-PD-L1 Therapie auf die Expression und evtl. Regulation anderer Checkpoint-Moleküle analysiert werden. Diese Untersuchungen sollen zu einem besseren Verständnis der tumor-immunologischen Mechanismen beitragen, die während einer Checkpoint-Therapie von Bedeutung sein können und Möglichkeiten für individuell-komplementäre Behandlungen eröffnen.
Die Humanisierte Tumormaus (HTM) - ein präklinisches in-vivo Modell für Therapiestudien
Viele Behandlungsansätze für die Tumortherapie zeigen im reinen Mausmodell große Wirksamkeit, die sich dann allerdings in den anschließenden klinischen Studien am Patienten nicht bestätigen lässt. Dies hat zur Folge, dass nur ein Bruchteil der neu entwickelten Medikamente oder Therapieverfahren eine Zulassung für den klinischen Einsatz erhalten. Insbesondere neue Immuntherapien zeigen ein großes klinisches Potential, aber die funktionellen Unterschiede des Immunsystems zwischen den Spezies Maus und Mensch erlauben häufig keine direkte Übertragbarkeit („Translation“) der mithilfe eines reinen Mausmodells gewonnenen Erkenntnisse.
Daher haben wir 2011 ein „human-ähnliches“ Mausmodell entwickelt, das sowohl ein menschliches Immunsystem ausbildet, als auch humanes Tumorwachstum zeigt und damit eine bessere Übertragbarkeit und Testung von neuen therapeutischen Ansätzen erlaubt. Wir haben das Mausmodell umfangreich charakterisiert und verwenden es seitdem für diverse Therapiestudien. Das translationale in-vivo Modell erlaubt die frühzeitige Evaluation von unerwünschten, oder gar gefährdenden Nebenwirkungen. Auf Basis von humanisierten Tumormäusen (HTM) haben wir beispielsweise Therapieeffekte von IL-15, CX3CL1 und tumorspezifischen Antikörpern auf humane Tumore unter dem Einfluss einer humanen Immunzellaktivität untersuchen können. Neue diagnostische Verfahren, wie z. B. der Einsatz von Kontrastmitteln in der Ultraschall-basierten Tumordiagnostik, können wir mit diesem Modell darstellen. Derzeit wird das HTM Modell bei uns beispielsweise für die Evaluation einer neoadjuvanten Tumorbestrahlung in Kombination mit Immuntherapie, aber auch für die Analyse endokriner und anti-CDK4/6 Behandlungen in Abhängigkeit des HER4-Rezeptors (s. o.) verwendet. (Aus beiden Projekten ist kürzlich je eine Publikation erschienen). Das Immuncheckpoint-Profiling findet ebenfalls auf Basis der HTM statt.
Seit 2011 haben wir über zehn Therapiestudien und vielfältige Immunffekte unter Therapiedruck auf Basis der HTM publiziert.