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

Chlamydia muridarum major outer membrane protein-specific antibodies inhibit in vitro infection but enhance pathology in vivo

PROBLEM Chlamydia trachomatis is a significant worldwide health problem, and the often-asymptomatic disease can result in infertility. To develop a successful vaccine, a complete understanding of the immune response to chlamydial infection and development of genital tract pathology is required. METHOD OF STUDY We utilized the murine genital model of chlamydial infection. Mice were immunized with chlamydial major outer membrane protein, and vaginal lavage was assessed for the presence of neutralizing antibodies. These samples were then pre-incubated with Chlamydia muridarum and administered to the vaginal vaults of immune-competent female BALB/c mice to determine the effect on infection. RESULTS The administration of C. muridarum in conjunction with neutralizing antibodies reduced the numbers of mice infected, but a surprising finding was that this accelerated the development of severe oviduct pathology. CONCLUSION Antibodies play an under-recognized role in chlamydial infection and pathology development, which possibly involves interaction with Th1 immunity.

Third International Conference on plant-based vaccines and antibodies

This relatively new biennial meeting - the first was in Prague in 2005 - was chaired by Julian Ma (Guy's Hospital, London, UK), with Mario Pezzotti (University of Verona, Italy) as local organizer, and attracted approximately 180 delegates from 25 countries. The theme was 'Plant Expression Systems for Recombinant Pharmacologics': there were 46 talks gathered into two plenaries, 12 themed sessions and 72 posters. Topics covered included publicly funded and commercial developments, innovation, regulation and commercialization, competition with conventional technology, manufacture and new products. © 2009 Expert Reviews Ltd.

More men than women make mucosal IgA antibodies to human papillomavirus type 16 (HPV-16) and HPV-18: A study of oral HPV and oral HPV antibodies in a normal healthy population

Background: We have previously shown the high prevalence of oral anti-human papillomavirus type 16 (HPV-16) antibodies in women with HPV-associated cervical neoplasia. It was postulated that the HPV antibodies were initiated after HPV antigenic stimulation at the cervix via the common mucosal immune system. The present study aimed to further evaluate the effectiveness of oral fluid testing for detecting the mucosal humoral response to HPV infection and to advance our limited understanding of the immune response to HPV. Methods: The prevalence of oral HPV infection and oral antibodies to HPV types 16, 18 and 11 was determined in a normal, healthy population of children, adolescents and adults, both male and female, attending a dental clinic. HPV types in buccal cells were determined by DNA sequencing. Oral fluid was collected from the gingival crevice of the mouth by the OraSure method. HPV-16, HPV-18 and HPV-11 antibodies in oral fluid were detected by virus-like particle-based enzyme-linked immunosorbent assay. As a reference group 44 women with cervical neoplasia were included in the study. Results: Oral HPV infection was h ighest in children (9/114, 7.9%), followed by adolescents (4/78, 5.1%), and lowest in normal adults (4/116, 3.5%). The predominant HPV type found was HPV-13 (7/22, 31.8%) followed by HPV-32 (5/22, 22.7%). The prevalence of oral antibodies to HPV-16, HPV-18 and HPV-11 was low in children and increased substantially in adolescents and normal adults. Oral HPV-16 IgA was significantly more prevalent in women with cervical neoplasia (30/44, 68.2%) than the women from the dental clinic (18/69, 26.1% P = 0.0001). Significantly more adult men than women displayed oral HPV-16 IgA (30/47 compared with 18/69, OR 5.0, 95% CI 2.09-12.1, P < 0.001) and HPV-18 IgA (17/47 compared with 13/69, OR 2.4, 95% CI 0.97-6.2, P = 0.04). Conclusion: The increased prevalence of oral HPV antibodies in adolescent individuals compared with children was attributed to the onset of sexual activity. The increased prevalence of oral anti-HPV IgA in men compared with women was noteworthy considering reportedly fewer men than women make serum antibodies, and warrants further investigation. © 2006 Marais et al; licensee BioMed Central Ltd.

High seroprevalence of antibodies to varicella zoster virus in adult women in a tropical climate

OBJECTIVES To determine whether the seroprevalence of antibodies to varicella zoster virus (VZV) in adults is similar to that reported in tropical populations elsewhere. METHODS We measured the seroprevalence of VZV IgG antibodies, using an enzyme immunoassay (EIA) in women attending an antenatal clinic in an urban centre in tropical Australia. RESULTS The overall seroprevalence of VZV antibodies in 298 women was 92% (95% CI 88-95), with no difference between women who spent their childhoods in the tropics and colleagues. None of the overseas-born women was seronegative. CONCLUSION The seroprevalence of VZV antibodies in this tropical population in Australia is as high as that reported from temperate regions, suggesting that social and cultural factors and population mobility are more important determinants of age distribution of VZV immunity than tropical climate.

Second harmonic generation and multiphoton microscopic detection of collagen without the need for species specific antibodies

High-resolution, high-contrast, three-dimensional images of live cell and tissue architecture can be obtained using second harmonic generation (SHG), which comprises non-absorptive frequency changes in an excitation laser line. SHG does not require any exogenous antibody or fluorophore labeling, and can generate images from unstained sections of several key endogenous biomolecules, in a wide variety of species and from different types of processed tissue. Here, we examined normal control human skin sections and human burn scar tissues using SHG on a multi-photon microscope (MPM). Examination and comparison of normal human skin and burn scar tissue demonstrated a clear arrangement of fibers in the dermis, similar to dermal collagen fiber signals. Fluorescence-staining confirmed the MPM-SHG collagen colocalization with antibody staining for dermal collagen type-I but not fibronectin or elastin. Furthermore, we were able to detect collagen MPM-SHG signal in human frozen sections as well as in unstained paraffin embedded tissue sections that were then compared with hematoxylin and eosin staining in the identical sections. This same approach was also successful in localizing collagen in porcine and ovine skin samples, and may be particularly important when species-specific antibodies may not be available. Collectively, our results demonstrate that MPM SHG-detection is a useful tool for high resolution examination of collagen architecture in both normal and wounded human, porcine and ovine dermal tissue.

Vaccination of koalas with a recombinant Chlamydia pecorum major outer membrane protein induces antibodies of different specificity compared to those following a natural live infection

Chlamydial infection in koalas is common across the east coast of Australia and causes significant morbidity, infertility and mortality. An effective vaccine to prevent the adverse consequences of chlamydial infections in koalas (particularly blindness and infertility in females) would provide an important management tool to prevent further population decline of this species. An important step towards developing a vaccine in koalas is to understand the host immune response to chlamydial infection. In this study, we used the Pepscan methodology to identify B cell epitopes across the Major Outer Membrane Protein (MOMP) of four C. pecorum strains/genotypes that are recognized, either following (a) natural live infection or (b) administration of a recombinant MOMP vaccine. Plasma antibodies from the koalas naturally infected with a C. pecorum G genotype strain recognised the epitopes located in the variable domain (VD) four of MOMP G and also VD4 of MOMP H. By comparison, plasma antibodies from an animal infected with a C. pecorum F genotype strain recognised epitopes in VD1, 2 and 4 of MOMP F, but not from other genotype MOMPs. When Chlamydia-free koalas were immunised with recombinant MOMP protein they produced antibodies not only against epitopes in the VDs but also in conserved domains of MOMP. Naturally infected koalas immunised with recombinant MOMP protein also produced antibodies against epitopes in the conserved domains. This work paves the way for further refinement of a MOMP-based Chlamydia vaccine that will offer wide cross-protection against the variety of chlamydial infections circulating in wild koala populations.

Antibodies mediate formation of neutrophil extracellular traps in the middle ear and facilitate secondary pneumococcal otitis media

Otitis media (OM) (a middle ear infection) is a common childhood illness that can leave some children with permanent hearing loss. OM can arise following infection with a variety of different pathogens, including a coinfection with influenza A virus (IAV) and Streptococcus pneumoniae (the pneumococcus). We and others have demonstrated that coinfection with IAV facilitates the replication of pneumococci in the middle ear. Specifically, we used a mouse model of OM to show that IAV facilitates the outgrowth of S. pneumoniae in the middle ear by inducing middle ear inflammation. Here, we seek to understand how the host inflammatory response facilitates bacterial outgrowth in the middle ear. Using B cell-deficient infant mice, we show that antibodies play a crucial role in facilitating pneumococcal replication. We subsequently show that this is due to antibody-dependent neutrophil extracellular trap (NET) formation in the middle ear, which, instead of clearing the infection, allows the bacteria to replicate. We further demonstrate the importance of these NETs as a potential therapeutic target through the transtympanic administration of a DNase, which effectively reduces the bacterial load in the middle ear. Taken together, these data provide novel insight into how pneumococci are able to replicate in the middle ear cavity and induce disease.

Circulating antibodies against Plasmodium falciparum histidine-rich proteins 2 interfere with antigen detection by rapid diagnostic tests

Background Rapid diagnostic tests (RDTs) for detection of Plasmodium falciparum infection that target P. falciparum histidine-rich protein 2 (PfHRP2), a protein that circulates in the blood of patients infected with this species of malaria, are widely used to guide case management. Understanding determinants of PfHRP2 availability in circulation is therefore essential to understanding the performance of PfHRP2-detecting RDTs. Methods The possibility that pre-formed host anti-PfHRP2 antibodies may block target antigen detection, thereby causing false negative test results was investigated in this study. Results Anti-PfHRP2 antibodies were detected in 19/75 (25%) of plasma samples collected from patients with acute malaria from Cambodia, Nigeria and the Philippines, as well as in 3/28 (10.7%) asymptomatic Solomon Islands residents. Pre-incubation of plasma samples from subjects with high-titre anti-PfHRP2 antibodies with soluble PfHRP2 blocked the detection of the target antigen on two of the three brands of RDTs tested, leading to false negative results. Pre-incubation of the plasma with intact parasitized erythrocytes resulted in a reduction of band intensity at the highest parasite density, and a reduction of lower detection threshold by ten-fold on all three brands of RDTs tested. Conclusions These observations indicate possible reduced sensitivity for diagnosis of P. falciparum malaria using PfHRP2-detecting RDTs among people with high levels of specific antibodies and low density infection, as well as possible interference with tests configured to detect soluble PfHRP2 in saliva or urine samples. Further investigations are required to assess the impact of pre-formed anti-PfHRP2 antibodies on RDT performance in different transmission settings.

Antibodies against human herpesvirus 8 in black South African patients with cancer

Background Infection with human herpesvirus 8 (HHV-8) has been consistently linked to Kaposi's sarcoma, but its mode of transmission, association with other cancers, and interaction with the human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) are largely unknown. Methods Between January 1992 and December 1997, we interviewed 3591 black patients with cancer in Johannesburg and Soweto, South Africa. Blood was tested for antibodies against HIV-1 and HHV-8 in 3344 of the patients. Antibodies against HHV-8 were detected with an indirect immunofluorescence assay. The intensity of the fluorescent signal correlated well with the titers of antibodies (P<0.001). The relations among the presence of anti–HHV-8 antibodies, sociodemographic and behavioral factors, type of cancer, and the presence or absence of coexistent HIV-1 infection were examined with the use of unconditional logistic-regression models. Results Among the 3293 subjects with cancers other than Kaposi's sarcoma, the standardized seroprevalence of antibodies against HHV-8 was 32 percent, which did not differ significantly from the standardized seroprevalence among black blood donors. Among these 3293 patients, the prevalence of antibodies against HHV-8 increased with increasing age (P<0.001) and an increasing number of sexual partners (P=0.05) and decreased with increasing years of education (P=0.007); it was not strongly associated with HIV-1 infection. Anti–HHV-8 antibodies were more frequent among black than white blood donors (P<0.001). Among the 51 patients with Kaposi's sarcoma, the standardized seroprevalence of antibodies against HHV-8 was 83 percent, significantly higher than the prevalence among those without Kaposi's sarcoma (P<0.001). For 16 other specific types of cancer, including multiple myeloma (108 cases) and prostate cancer (202 cases), the variation in the standardized seroprevalence of antibodies against HHV-8 was not remarkable. At a given intensity of fluorescence of anti–HHV-8 antibodies, Kaposi's sarcoma was more frequent among HIV-1–positive patients than among those who were HIV-1–negative (P<0.001). Conclusions Among black patients with cancer in South Africa, the seroprevalence of anti–HHV-8 antibodies is high and is specifically associated with Kaposi's sarcoma, particularly at high titers.