A novel fusion toxin derived from an EpCAM-specific designed ankyrin repeat protein has potent antitumor activity

Designed ankyrin repeat proteins (DARPins) hold great promise as a new class of binding molecules to overcome the limitations of antibodies for biomedical applications. Here, we assessed the potential of an epithelial cell adhesion molecule (EpCAM)-specific DARPin (Ec4) for tumor targeting as a fusion toxin with Pseudomonas aeruginosa exotoxin A.

DARPins recognizing the tumor-associated antigen EpCAM selected by phage and ribosome display and engineered for multivalency

Designed Ankyrin Repeat Proteins (DARPins) represent a novel class of binding molecules. Their favorable biophysical properties such as high affinity, stability and expression yields make them ideal candidates for tumor targeting. Here, we describe the selection of DARPins specific for the tumor-associated antigen epithelial cell adhesion molecule (EpCAM), an approved therapeutic target on solid tumors. We selected DARPins from combinatorial libraries by both phage display and ribosome display and compared their binding on tumor cells. By further rounds of random mutagenesis and ribosome display selection, binders with picomolar affinity were obtained that were entirely monomeric and could be expressed at high yields in the cytoplasm of Escherichia coli. One of the binders, denoted Ec1, bound to EpCAM with picomolar affinity (K(d)=68 pM), and another selected DARPin (Ac2) recognized a different epitope on EpCAM. Through the use of a variety of bivalent and tetravalent arrangements with these DARPins, the off-rate on cells was further improved by up to 47-fold. All EpCAM-specific DARPins were efficiently internalized by receptor-mediated endocytosis, which is essential for intracellular delivery of anticancer agents to tumor cells. Thus, using EpCAM as a target, we provide evidence that DARPins can be conveniently selected and rationally engineered to high-affinity binders of various formats for tumor targeting.

Effect of EpCAM, CD44, CD133 and CD166 expression on patient survival in tumours of the ampulla of Vater

Carcinomas of the Vaterian system are rare and presumably arise from pre-existing adenomas. According to the cancer stem cell (CSC) hypothesis, only a small subset of tumor cells has the ability to initiate and develop tumor growth. In colorectal cancer, CD44, CD133, CD166 and EpCAM have been proposed to represent CSC marker proteins and their expression has been shown to correlate with patient survival.

EpCAM-targeted delivery of nanocomplexed siRNA to tumor cells with designed ankyrin repeat proteins

Specific delivery to tumors and efficient cellular uptake of nucleic acids remain major challenges for gene-targeted cancer therapies. Here we report the use of a designed ankyrin repeat protein (DARPin) specific for the epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) as a carrier for small interfering RNA (siRNA) complementary to the bcl-2 mRNA. For charge complexation of the siRNA, the DARPin was fused to a truncated human protamine-1 sequence. To increase the cell binding affinity and the amount of siRNA delivered into cells, DARPin dimers were generated and used as fusion proteins with protamine. All proteins expressed well in Escherichia coli in soluble form, yet, to remove tightly bound bacterial nucleic acids, they were purified under denaturing conditions by immobilized metal ion affinity chromatography, followed by refolding. The fusion proteins were capable of complexing four to five siRNA molecules per protamine, and fully retained the binding specificity for EpCAM as shown on MCF-7 breast carcinoma cells. In contrast to unspecific LipofectAMINE transfection, down-regulation of antiapoptotic bcl-2 using fusion protein complexed siRNA was strictly dependent on EpCAM binding and internalization. Inhibition of bcl-2 expression facilitated tumor cell apoptosis as shown by increased sensitivity to the anticancer agent doxorubicin.

Increasing the Antitumor Effect of an EpCAM-Targeting Fusion Toxin by Facile Click PEGylation

Fusion toxins used for cancer-related therapy have demonstrated short circulation half-lives, which impairs tumor localization and, hence, efficacy. Here, we demonstrate that the pharmacokinetics of a fusion toxin composed of a designed ankyrin repeat protein (DARPin) and domain I–truncated Pseudomonas Exotoxin A (PE40/ETA″) can be significantly improved by facile bioorthogonal conjugation with a polyethylene glycol (PEG) polymer at a unique position. Fusion of the anti-EpCAM DARPin Ec1 to ETA″ and expression in methionine-auxotrophic E. coli enabled introduction of the nonnatural amino acid azidohomoalanine (Aha) at position 1 for strain-promoted click PEGylation. PEGylated Ec1-ETA″ was characterized by detailed biochemical analysis, and its potential for tumor targeting was assessed using carcinoma cell lines of various histotypes in vitro, and subcutaneous and orthotopic tumor xenografts in vivo. The mild click reaction resulted in a well-defined mono-PEGylated product, which could be readily purified to homogeneity. Despite an increased hydrodynamic radius resulting from the polymer, the fusion toxin demonstrated high EpCAM-binding activity and retained cytotoxicity in the femtomolar range. Pharmacologic analysis in mice unveiled an almost 6-fold increase in the elimination half-life (14 vs. 82 minutes) and a more than 7-fold increase in the area under the curve (AUC) compared with non-PEGylated Ec1-ETA″, which directly translated in increased and longer-lasting effects on established tumor xenografts. Our data underline the great potential of combining the inherent advantages of the DARPin format with bioorthogonal click chemistry to overcome the limitations of engineering fusion toxins with enhanced efficacy for cancer-related therapy.

Antibody-based immunotherapy for ovarian cancer: where are we at?

Cytoreductive surgery and chemotherapy continue to be the mainstay of ovarian cancer treatment. However, as mortality from advanced ovarian cancer remains very high, novel therapies are required to be integrated into existing treatment regimens. Immunotherapy represents an alternative and rational therapeutic approach for ovarian cancer based on a body of evidence supporting a protective role of the immune system against these cancers, and on the clinical success of immunotherapy in other malignancies. Whether or not immunotherapy will have a role in the future management of ovarian cancer is too early to tell, but research in this field is active. This review will discuss recent clinical developments of selected immunotherapies for ovarian cancer which fulfil the following criteria: (i) they are antibody-based, (ii) target a distinct immunological pathway, and (iii) have reached the clinical trial stage. Specifically, the focus is on Catumaxomab (anti-EpCAM × anti-CD3), Abagovomab, Oregovomab (anti-CA125), Daclizumab (anti-CD25), Ipilimumab (anti-CTLA-4), and MXD-1105 (anti-PD-L1). Catumaxomab has reached phase III clinical trials and exhibits promise with reports, showing that it can cause a significant and sustained reduction in ascites. Phase I–III clinical trials continue to be conducted on the other antibodies, some of which have had encouraging reports. We will also provide our perspective on the future of immunotherapy for ovarian cancer, and how it may be best employed in treatment regimens.

Isolation and characterization of tumor cells from the ascites of ovarian cancer patients : molecular phenotype of chemoresistant ovarian tumors

Tumor cells in ascites are a major source of disease recurrence in ovarian cancer patients. In an attempt to identify and profile the population of ascites cells obtained from ovarian cancer patients, a novel method was developed to separate adherent (AD) and non-adherent (NAD) cells in culture. Twenty-five patients were recruited to this study; 11 chemonaive (CN) and 14 chemoresistant (CR). AD cells from both CN and CR patients exhibited mesenchymal morphology with an antigen profile of mesenchymal stem cells and fibroblasts. Conversely, NAD cells had an epithelial morphology with enhanced expression of cancer antigen 125 (CA125), epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) and cytokeratin 7. NAD cells developed infiltrating tumors and ascites within 12-14 weeks after intraperitoneal (i.p.) injections into nude mice, whereas AD cells remained non-tumorigenic for up to 20 weeks. Subsequent comparison of selective epithelial, mesenchymal and cancer stem cell (CSC) markers between AD and NAD populations of CN and CR patients demonstrated an enhanced trend in mRNA expression of E-cadherin, EpCAM, STAT3 and Oct4 in the NAD population of CR patients. A similar trend of enhanced mRNA expression of CD44, MMP9 and Oct4 was observed in the AD population of CR patients. Hence, using a novel purification method we demonstrate for the first time a distinct separation of ascites cells into epithelial tumorigenic and mesenchymal non-tumorigenic populations. We also demonstrate that cells from the ascites of CR patients are predominantly epithelial and show a trend towards increased mRNA expression of genes associated with CSCs, compared to cells isolated from the ascites of CN patients. As the tumor cells in the ascites of ovarian cancer patients play a dominant role in disease recurrence, a thorough understanding of the biology of the ascites microenvironment from CR and CN patients is essential for effective therapeutic interventions.

Cisplatin treatment of primary and metastatic epithelial ovarian carcinomas generates residual cells with mesenchymal stem cell-like profile

Epithelial mesenchymal transition (EMT) and cancer stem cells (CSC) have been associated with resistance to chemotherapy. Eighty percent of ovarian cancer patients initially respond to platinum-based combination therapy but most return with recurrence and ultimate demise. To better understand such chemoresistance we have assessed the potential role of EMT in tumor cells collected from advanced-stage ovarian cancer patients and the ovarian cancer cell line OVCA 433 in response to cisplatin in vitro. We demonstrate that cisplatin-induced transition from epithelial to mesenchymal morphology in residual cancer cells correlated with reduced E-cadherin, and increased N-cadherin and vimentin expression. The mRNA expression of Snail, Slug, Twist, and MMP-2 were significantly enhanced in response to cisplatin and correlated with increased migration. This coincided with increased cell surface expression of CSC-like markers such as CD44, α2 integrin subunit, CD117, CD133, EpCAM, and the expression of stem cell factors Nanog and Oct-4. EMT and CSC-like changes in response to cisplatin correlated with enhanced activation of extracellular signal-regulated kinase (ERK)1/2. The selective MEK inhibitor U0126 inhibited ERK2 activation and partially suppressed cisplatin-induced EMT and CSC markers. In vivo xenotransplantation of cisplatin-treated OVCA 433 cells in zebrafish embryos demonstrated significantly enhanced migration of cells compared to control untreated cells. U0126 inhibited cisplatin-induced migration of cells in vivo, suggesting that ERK2 signaling is critical to cisplatin-induced EMT and CSC phenotypes, and that targeting ERK2 in the presence of cisplatin may reduce the burden of residual tumor, the ultimate cause of recurrence in ovarian cancer patients.

Common cancer stem cell gene variants predict colon cancer recurrence

PURPOSE: Recent evidence suggests that cancer stem cells (CSC) are responsible for key elements of colon cancer progression and recurrence. Germline variants in CSC genes may result in altered gene function and/or activity, thereby causing interindividual differences in a patient's tumor recurrence capacity and chemoresistance. We investigated germline polymorphisms in a comprehensive panel of CSC genes to predict time to tumor recurrence (TTR) in patients with stage III and high-risk stage II colon cancer.

EXPERIMENTAL DESIGN: A total of 234 patients treated with 5-fluorouracil-based chemotherapy at the University of Southern California were included in this study. Whole blood samples were analyzed for germline polymorphisms in genes that have been previously associated with colon CSC (CD44, Prominin-1, DPP4, EpCAM, ALCAM, Msi-1, ITGB1, CD24, LGR5, and ALDH1A1) by PCR-RFLP or direct DNA-sequencing.

RESULTS: The minor alleles of CD44 rs8193 C>T, ALCAM rs1157 G>A, and LGR5 rs17109924 T>C were significantly associated with increased TTR (9.4 vs. 5.4 years; HR, 0.51; 95% CI: 0.35-0.93; P = 0.022; 11.3 vs. 5.7 years; HR, 0.56; 95% CI: 0.33-0.94; P = 0.024, and 10.7 vs. 5.7 years; HR, 0.33; 95% CI: 0.12-0.90; P = 0.023, respectively) and remained significant in the multivariate analysis stratified by ethnicity. In recursive partitioning, a specific gene variant profile including LGR5 rs17109924, CD44 rs8193, and ALDH1A1 rs1342024 represented a high-risk subgroup with a median TTR of 1.7 years (HR, 6.71, 95% CI: 2.71-16.63, P < 0.001).

CONCLUSION: This is the first study identifying common germline variants in colon CSC genes as independent prognostic markers for stage III and high-risk stage II colon cancer patients.

Influence de la fibrose hépatique sur le développement du carcinome hépatocellulaire

Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est un cancer au pronostic sombre, car il est souvent diagnostiqué trop tardivement pour entreprendre un traitement curatif. Il se développe dans 80-90% des cas sur fond de cirrhose. On connait mal comment la fibrose, étape préliminaire à la cirrhose, et son principal constituant, le collagène de type 1 (COL1), peuvent jouer un rôle dans le processus du CHC. Nous avons tout d’abord étudié le développement de la fibrose dans un modèle utilisant la souris nue. Nous avons déterminé qu’après 16 semaines d’administration de thioacétamide dans l’eau de boisson, il est possible d’obtenir une fibrose suffisante pour induire une hépatoprotection en présence de différents hépatotoxiques (AST dans le sérum de souris fibrotiques vs non-fibrotiques : Anti-Fas JO2 (4665 ± 2596 vs. 13953 ± 2260 U/L; P<0.05), acétaminophène (292 ± 66 vs. 4087 ± 2205 U/L; P<0.01) et CCL4 (888 ± 268 vs. 15673 ± 2782 U/L; P<0.001)). Ces résultats confirment que la présence de COL1 et de fibrose favorise la survie des hépatocytes normaux tel qu’observé précédemment au laboratoire. Par la suite, nous avons sélectionné in vivo, par injection intrasplénique de la lignée de CHC Hepa1-6, une lignée à forte tumorigénicité nommée dt-Hepa1-6 (28±12 lésions vs. 0±0 lésions à 21 jours). Cette lignée était composée d’une sous-population cellulaire arborant la protéine de surface EpCAM (34.0±0.1%). Par tri cellulaire, nous avons démontré que ces cellules étaient partiellement responsables de la tumorigénicité accrue (EpCAM + (86.7±2.3%) :1093±74 lésions vs. EpCAM- (15.3±1.0%) :473±100 lésions; P<0.01). Nous avons alors démontré que la présence de fibrose favorise le développement de la lignée dt-Hepa1-6 in vivo (604±242 vs 22±9 lésions; P<0.05). De plus, la présence de fibrose réduit l’efficacité du traitement au cisplatin in vivo (44.5±4.9 vs. 78.7±6.9%; P<0.01) confirmant les résultats obtenus in vitro (Apoptose : COL1 13.75±0.44% vs. plastique 31.45±1.37%; P<0.001). En conclusion, la présence de fibrose et de son principal constituant, le COL1, favorise la survie et la progression du CHC.

Caracterização de célula progenitora hepática no cultivo celular de fígado de feto canino

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

CD44(+)/CD24(-) cells and lymph node metastasis in stage I and II invasive ductal carcinoma of the breast

The presence of tumor-initiating cells (CD44(+)/CD24(-)) in solid tumors has been reported as a possible cause of cancer metastasis and treatment failure. Nevertheless, little is know about the presence of CD44(+)/CD24(-) cells within the primary tumor and metastasis. The proportion of CD44(+)/CD24(-) cells was analyzed in 40 samples and in 10 lymph node metastases using flow cytometry phenotyping. Anti-human CD326 (EpCam; FITC), antihuman CD227 (MUC-1; FITC), anti-human CD44 (APC), and anti-human CD24 (PE), anti-ABCG2 (PE), and anti-CXCR4 (PeCy7) were used for phenotype analysis. The mean patient age was 60.5 years (range, 33-87 years); mean primary tumor size (pT) was 1.8 cm (0.5-3.5 cm). The Wilcoxon or Kruskal-Wallis test was used for univariate analyses. Logistic regression was used for multivariate analysis. The median percentage of CD44(+)/CD24(-) cells within primary invasive ductal carcinomas (IDC) was 2.7% (range, 0.2-71.2). In lymph node metastases, we observed a mean of 6.1% (range, 0.07-53.7). The percentage of CD44(+)/CD24(-) cells in IDCs was not associated with age, pT, tumor grade and HER2. We observed a significantly enrichment of CD44(+)/CD24(-) and ABCG2(+) cells in ESA(+) cell population in patients with positive lymph nodes (P = 0.02 and P = 0.04, respectively). Our data suggest that metastatic dissemination is associated with an increase in tumorinitiating cells in stage I and II breast cancer.

Wirkmechanismen der trifunktionalen Antikörper catumaxomab und ertumaxomab in humanen Tumorsphäroid-Kokulturen

Ein neuer Ansatz der immunologischen Krebstherapie ist die Verwendung der bispezifischen, trifunktionalen Antikörper catumaxomab (anti-EpCAM x anti-CD3) und ertumaxomab (anti-Her2/neu x anti-CD3). Die Bispezifität besteht in der Bindung eines Tumor-assoziierten Antigens (EpCAM bzw. Her2/neu) und des CD3 Moleküls auf der Oberfläche von T-Zellen. Darüber hinaus stellt die Interaktion des Fc-Teils mit FcγRI/IIa/III positiven akzessorischen Immunzellen die dritte Funktion der Antikörper dar. Diese einzigartige Kombination ermöglicht theoretisch die Ausbildung eines Tri-Zell-Komplexes. In klinischen Studien konnte bereits die Wirksamkeit beider Antikörper nachgewiesen werden. Die eigentlichen Wirkmechanismen der trifunktionalen Antikörper jedoch sind noch nicht ausreichend bekannt. Um die Wechselwirkung zwischen den stark EpCAM- und schwach Her2/neu-positive FaDu- sowie den stabil mit humanem Her2/neu transfizierten FaDu E593-Tumorzellen, peripheren Blutmonozyten (PBMC) und trifunktionalen Antikörpern systematisch zu untersuchen wurde ein 3D-Tumormodell, die so genannten multizellulären Tumorsphäroide (MCTS), angewandt. Als Endpunkte zur Beurteilung der Therapieeffizienz dienten das Volumenwachstum der Sphäroide, sowie die Klonogenität und die Zellvitalität. Zur Beurteilung der PBMC-Penetration in die Sphäroide erfolgten immunhistochemische Färbungen und molekularbiologische Nachweise der Abwehrzellantigene. Entsprechend wurden in den Sphäroiden die Proliferationsrate über eine Ki67-Färbung sowie die Apoptoserate über eine FragEL-Markierung identifiziert. Die Aktivität der PBMC wurde durch die Bestimmung ausgewählter Zytokine (ELISA) und der Zellzahl aus den Medienüberständen charakterisiert. Die an den FaDu- und E593-Sphäroiden erzielten Ergebnisse zeigten, dass catumaxomab und ertumaxomab eine konzentrations- und zeitabhängige Abnahme des Sphäroidvolumens bewirkten. Die Schrumpfung der Tumorsphäroide ging mit einer Reduktion des proliferativen und mit einer Steigerung des apoptotischen Tumorzellanteils einher. Die histologischen Befunde weisen darauf hin, dass die Volumenreduktion durch eine gesteigerte Anzahl infiltrierender Leukozyten bedingt ist. Auf verschiedenen Methoden basierende Analysen der Immunzellsubtypen zeigten eine dominierende Infiltration von zytotoxischen T-Zellen in die Tumorsphäroide. Der Aktivitätsnachweis der T-Zellen wurde über die Detektion der IL-2 mRNA und des sekretierten Zytokins erbracht. Einen zusätzlichen Hinweis auf eine zelluläre Immunantwort liefert das Zytokinmuster mit hohen Konzentrationen an IFN-γ. Der direkte Vergleich beider Antikörper zeigte, dass der anti-tumorale Effekt abhängig von der Antigenexpression auf den Tumorzellen war. Die Analyse von Medienüberständen wies auf eine mehrheitlich höhere Zytokinausschüttung in Gegenwart des Tumorantigens hin. Sphäroid-Kokulturen, die mit dem parentalen anti-EpCAM Antikörper behandelt wurden, zeigten keine Volumenreduktion. Im Gegensatz dazu führte der parentale CD3-Antikörper, das CD3- und Tumorzell-bindende catumaxomab F(ab')2 Fragment oder eine Kombination beider parentaler Antikörper zu einer anti-tumoralen Wirkung, die jedoch nicht so stark war wie die des trifunktionalen Antikörpers catumaxomab. Demnach ist für catumaxomab gezeigt, dass für die Effektivität des Antikörpers die Trifunktionalität unabdingbar ist. Daraus leitet sich ab, dass die Aktivierung der Abwehrzellen durch kostimulatorische Signale notwendig ist und über die Tumorantigenbindung Mechanismen wie ADCC (antibody-dependent cellular cytotoxicity) zum Tragen kommen. Die Experimente mit gleichzeitiger Gabe von trifunktionalen Antikörpern und Immunsuppressiva haben gezeigt, dass eine Kombination beider Agenzien möglich ist. Die Konzentrationen sind jedoch sorgfältig derart zu wählen, dass die Zytokinausschüttung und die damit verbundenen Nebenwirkungen reduziert sind, ohne dass die anti-tumorale Wirkung der Antikörper maßgeblich beeinflusst wird. T-Zellen bedienen sich nach Aktivierung für die rasche Proliferation einer gesteigerten aeroben Glykolyse. Unter Behandlung der Kokulturen mit catumaxomab konnte im Vergleich zu anderen immunstimulatorischen Agenzien die größte Steigerung der Laktatproduktion bzw. der Azidifizierungs- und Sauerstoffverbrauchsrate detektiert werden. Diese Effekte weisen auf eine metabolische Aktivierung der PBMC durch catumaxomab hin. Das von den Tumorzellen abgegebene Laktat kann die Immunzellen jedoch inhibieren. Daher wäre die Kombination mit Glykolyseinhibitoren ein möglicher Ansatz, um die Therapieeffizienz weiter zu steigern. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine Komedikation der trifunktionalen Antikörper mit Chemotherapeutika zu einer gesteigerter Wirkung führte. Insgesamt liegt die Zukunft der Immuntherapien wohl in der Kombination mit anderen Wirkstoffklassen, die anti-tumorale Effekte verstärken oder immunsupprimierende Mechanismen inhibieren.

Entwicklung eines pharmakologischen Modells zur Prüfung immuntherapeutischer Antikörper mit dreidimensionalen Tumorzellkulturen in vitro

In den letzten Jahren hat die Tumorbehandlung mit immunologischen Präparaten an Bedeutung gewonnen. Der allgemeine Ablauf der Testung eines Arzneimittelkandidaten sieht vor, zunächst in Zellkulturversuchen und Tierversuchen Wirkweise und Sicherheit, sowie voraussichtliche Abbauwege und mögliche Gefahren so beurteilen zu können, dass sie für einen Einsatz im Menschen in Frage kommen. Zur präklinischen in vitro-Testung werden dabei in der Regel Monolayer-Zellkulturen oder Einzelzellsuspensionen eingesetzt. Der Einsatz von 3D-Zellkulturmodellen, welche den Aufbau von Mikrometastasen oder intervaskuläre Areale in Tumoren exakter widerspiegeln, führt zu wesentlich besseren Voraussagen bezüglich der klinischen Wirksamkeit neuer Präparate. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung und Anwendung eines neuen 3D-Zellkulturbasierten Systems zur Testung trifunktionaler bispezifischer Antikörper für die Tumorbehandlung, welches sich auch auf andere vergleichbare Präparate übertragen lässt.rnIn meiner Arbeit konnte ich mehrere humane Tumorzelllinien definieren, mit denen es gelang, stabile Co-Kulturen von Multi Cellular Tumour Spheroids (MCTS) mit Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMC) in miniaturisierten Spinner-Flaschen zu etablieren. Spinner-Flaschen, in denen die im Kulturmedium befindlichen Immunzellen, MCTS und Therapeutika ständig frei zirkulieren, sind besonders für eine wirklichkeitsnahe Nachbildung der in vivo-Simulation mit disseminierten Tumorzellen oder mit malignem Aszites geeignet. Diese Art der Kultivierung erlaubte Beobachtungszeiten von ≥20 Tagen für eine große Bandbreite Analysemethoden. Zu den mit dem erstellten Protokoll standardmäßig durchführbaren Analysemethoden zählen unter anderem immunhistochemische Färbungen an Sphäroid-Gefrierschnitten, Vitalitätstest, Untersuchung der Plattierungs-Effizienz, Bestimmung der Sphäroidvolumina, Zytokinbestimmungen aus dem Medienüberstand mit Cytokine Bead Arrays, PCR-Analysen immunzellspezifischer Antigene, sowie durchflusszytometrische Analysen. Diese Methodenkombination erlaubt einen sehr detaillierten Einblick in die Wirkweise und Effizienz neuer Immuntherapeutika aus verschiedensten Blickwinkeln und stellt ein reproduzierbares Testsystem zur präklinischen Testung von Immuntherapeutika dar, das zukünftig als Bindeglied zwischen Monolayer-Zellkulturen und klinischen Prüfungen einen festen Platz einnehmen könnte.rnMit dem beschriebenen 3D-Zellkultur-System wurden in der vorliegenden Arbeit die trifunktionalen bispezifischen Antikörper catumaxomab (unter dem Handelsnamen Removab® für die Behandlung maligner Ascites zugelassen) und ertumaxomab (derzeit in klinischen Prüfungen) hinsichtlich ihrer Wirkweise untersucht. Die Antikörper besitzen im Gegensatz zu herkömmlichen monoklonalen Antikörpern zwei verschiedene Bindungsarme, einer gegen CD3 auf T-Zellen, der zweite gegen EpCAM respektive Her2/neu - beides weit verbreitete Tumorantigene - gerichtet. An ihrem Fc-Teil besitzen sie eine dritte Bindungskapazität, über welche sie an Fcγ RI, -IIa und -III positive akzessorische Zellen binden. Diese Kombination ermöglicht theoretisch die Ausbildung eines Tri-Zell-Komplexes aus T-Zelle, Tumorzelle und akzessorischer Zelle. Dies stellt eine wirkungsvolle Therapieoption unter Ausnutzung der körpereigenen, immunologischen Abwehr dar. rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass beide Antikörper eine Größenreduktion der Sphäroide mit den entsprechenden Tumorantigenen in gleichem Maße bewirkten und die Plattierungseffizienz durch ertumaxomab dosisabhängig reduziert wurde. Mit dem erstellten Testsystem konnte der Wirkmechanismus von catumaxomab auf Sphäroide der Zelllinie FaDu (Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom) detaillierter gezeigt werden: catumaxomab wirkte dosisabhängig auf die Reduktion der Sphäroidvolumina und die zunehmende Infiltration von CD45+ Zellen, die als T-, NK- und/oder dendritische Zellen identifiziert wurden. Des Weiteren rief die catumaxomab-Gabe eine verstärkte Ausschüttung der Zytokine IL-2, IFN-γ und TNF-α hervor. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass catumaxomab die zelluläre Immunantwort aktiviert.rnDie Standard-Tumorbehandlung beinhaltet die Gabe von Chemotherapeutika. Oft werden dafür Zytostatika mit dem unerwünschten Nebeneffekt auch gesunde proliferierende Zellen anzugreifen verwendet. Dies kann prinzipiell auch die Wirksamkeit der Antikörper-Therapie beeinflussen. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit zusätzlich vergleichende Kombinations-Versuche mit catumaxomab und einem gängigen Zytostatikum - Cisplatin - durchgeführt. Mit Untersuchungen der Sphäroidvolumina, Vitalitätstests und Plattierungseffizienz konnte gezeigt werden, dass die Wirkung von catumaxomab bei gleichzeitiger Anwendung beider Therapeutika aufrecht erhalten bleibt und diese sogar additiv verstärkt wird. Eine Kombinationstherapie im Menschen ist daher denkbar.rnrn

Identifizierung neuer potentieller Biomarker für das Kolonkarzinom sowie dessen Vorstufen

Zur Detektion von neuen potentiellen Biomarkerkandidaten für das KRK sowie dessen Vorstufen wurde Blutplasma von gesunden Kontrollen und von Patienten mit kolorektalen Adenomen und Karzinomen untersucht. Mit Hilfe immunoaffinitäts-basierter Chromatographiesäulen wurde das Blutplasma mit einer automatisierten Methode von hoch und moderat abundanten Proteinen entfernt und daraufhin massenspektrometrisch analysiert. Hierfür wurde eine labelfreie quantitative und datenunabhängige Methode angewendet. Nach Auswertung der Daten kristallisierten sich mehrere potentielle Biomarkerkandidaten heraus, wobei das Augenmerk auf solchen Proteinen lag, die sowohl bei Adenompatienten als auch bei Karzinompatienten vermehrt im Plasma vorlagen. Nach Western Blot Experimenten und einer weiteren Validierung mittels eines ELISAs an einem größeren Patientenset zeigte sich, dass die beiden Proteine AMBP und CRP als potentielle Biomarker zur Detektion von Adenomen und Karzinomen herangezogen werden konnten. Receiver Operating Charakteristik (ROC)-Analysen ergaben einen AUC-Wert von 0,79 für AMBP und 0,77 für CRP für das Erkennen von Adenomen und Karzinomen. Dies resultierte in einer Sensitivität von 72,5% für AMBP bzw. 60% für CRP bei einer Spezifität von 80%. Durch die Kombination beider Markerproteine erhielt man sogar eine noch höhere Sensitivität von 80% bei 80% Spezifität für das Aufdecken kolorektaler Neoplasien. Ebenso zeigte sich in der histochemischen Analyse, dass AMBP direkt von intestinalen Epithelzellen exprimiert wird.