Romani N.: Die Zukunft beginnt in der Vergangenheit

Romani N.: Die Zukunft beginnt in der Vergangenheit

Immuntherapie mit dendritischen Zellen:
von den Anfängen bis zum Nobelpreis
Nikolaus Romani
Univ.-Klinik f. Dermatologie & Venerologie, Innsbruck und
Oncotyrol, Center for Personalized Cancer Medicine, Innsbruck
Vortrag ÖGBT Wien am 6. Juni 2013
Nobel Prize in Medicine 2011
"for his discovery of the dendritic cell and its role in adaptive immunity”
1908 Nobel Prize “in recognition of their work on immunity”
Dendritic Cells
Paul Ehrlich
Adaptive Immunity
Ilya Ilyich Metchnikov
Innate Immunity
from: Nobel Lecture, 7.12.2011, Stockholm
by Michel Nussenzweig
1973
Dendritische Zelle
dendros
M
A
T
U
R
A
T
I
O
N
Migration von dendritischen Zellen
1. Antigenaufnahme!
Langerhanszellen
Epidermis
Dermis
Basalmembran
2. Antigen
prozessierung!
Dermale DZ
Lymphknoten
3. Antigentransport!
Lymphgefäß
T Zellen
4. Antigenpräsentation!
© Prof. Patrizia Stoitzner, Dermatologie, Innsbruck
© Prof. Kristian Pfaller, Histologie, Innsbruck
Lymphgefäß in der Dermis der humanen Haut mit
wandernden dendritischen Zellen
© Prof. Kristian Pfaller, Histologie, Innsbruck
„mixed leukocyte reaction“: Lymphozyten von einem Individuum (Mausstamm oder Mensch); DZ von einem anderen
kleine, ruhende Lymphozyten
Dendritische Zellen; immunhistochemisch mit Antikörpern gegen MHC II braun gefärbt
kleine, ruhende Lymphozyten
große, aktivierte Lymphoz.
dendritische Zelle
Aktivieren Helferzellen für Antikörper
extrazelluläre Bakterien, Toxine (z.B. Tetanus)
Impfschutz
Aktivieren Killerzellen
Virus(infizierte Zellen)
Krebszellen
Aktivieren Helferzellen für Freßzellen
intrazelluläre Bakterien (z.B. Leprabazillen)
Dendritic Cells: Some Biological Features
Antigen uptake, processing, and presentation
of peptide-MHC complexes
(endocytic system)
Dendritic
cell
“Sentinels”
Migration and homing
to the T cell areas
(e.g., chemokines)
T cell
And other lymphocytes
RMS
“Sensors”
Maturation in response to
microbial & other stimuli
(toll like receptors, CD40)
“Conductors
of the immune
Symphony”
from: Ralph Steinman, 2011
Entwicklung der
Methoden
Caux & Banchereau Nature 360:258, 1992
CD34+
GM-CSF + TNF-alpha
seltene
Vorläuferzellen im Blut
häufige
CD14+
GM-CSF + IL-4
Sallusto et al. J Exp Med 179:1109, 1994
Romani et al. J Exp Med 180:83, 1994
Zellkulturschema
• Blutabnahme
• Entfernung von roten Blutkörperchen und
Granulozyten
• Restliche weisse Blutkörperchen werden
ausgesät
• Vorläufer von dendritischen Zellen
adhärieren ca. 24h lang
• Dendritische Zellen lösen sich dann ab
und schwimmen im Medium - unreif
• Dendritische Zellen reifen
Separation der weissen
Blutzellen
Separation der weissen
Blutzellen
Zellkulturschema
• Blutabnahme
• Entfernung von roten Blutkörperchen und
Granulozyten
• Restliche weisse Blutkörperchen werden
ausgesät
• Vorläufer von dendritischen Zellen
adhärieren ca. 24h lang
• Dendritische Zellen lösen sich dann ab
und schwimmen im Medium - unreif
• Dendritische Zellen reifen
NUNCTM Cell Factories
Zellkulturschema
• Blutabnahme
• Entfernung von roten Blutkörperchen und
Granulozyten
• Restliche weisse Blutkörperchen werden
ausgesät
• Vorläufer von dendritischen Zellen
adhärieren ca. 24h lang
• Dendritische Zellen lösen sich dann ab
und schwimmen im Medium - unreif
• Dendritische Zellen reifen
Adhärente Monozyten des Bluts,
die Vorläufer der dendritischen Zellen
Zellkulturschema
• Blutabnahme
• Entfernung von roten Blutkörperchen und
Granulozyten
• Restliche weisse Blutkörperchen werden
ausgesät
• Vorläufer von dendritischen Zellen
adhärieren ca. 24h lang
• Dendritische Zellen lösen sich dann ab
und schwimmen im Medium - unreif
• Dendritische Zellen reifen
Unreife humane dendritische Zellen,
aus den Monozyten des Bluts gewonnen
Zellkulturschema
• Blutabnahme
• Entfernung von roten Blutkörperchen und
Granulozyten
• Restliche weisse Blutkörperchen werden
ausgesät
• Vorläufer von dendritischen Zellen
adhärieren ca. 24h lang
• Dendritische Zellen lösen sich dann ab
und schwimmen im Medium - unreif
• Dendritische Zellen reifen
Reife humane dendritische Zellen,
aus den Monozyten des Bluts gewonnen
Weitere Methoden
Direkte Isolation aus Blut
• MACS
• FACS
Direkte Isolation aus der Haut
enzymatisch - Trypsin
Mature leukapheresis-derived DCs
CD86
CD14
CD83
CD40
CD25
CD11c+ dendritic cells in fresh blood
HLA-DR
HLA-DR
Lin
Step 1:
gate cells
from debris
Step 2:
gate lineagenegative cells
CD11c
Step 3:
CD11c /
HLA-DR
double-labeling
Verbesserung – Weiterentwicklung
Neue Typen von dendritischen Zellen
CD14
CD56+
FSC
Grünbacher G, ... and Martin Thurnher
CD56+ human blood dendritic cells effectively promote TH1-type d T cell responses.
Blood, 114:4422-31, 2009
Immuntherapie
Immunsystem schützt
gegen „fremd / Gefahr“
Impfen / Immunisieren
gegen Krebs
Krebszellen sind „gefährlich“
Immune Surveillance of Cancer
Today the question is not if, but how the immune system controls cancer
Höhere Inzidenz von Krebs in Immunsupprimierten
Viele Tumor-spezifische T Zellen und Antikörper
Infiltration von Tumoren mit Immunzellen – Korrelation mit
Überleben
(z.B. Prof. Trajanoski)
Erste FDA Zulassung einer Zelltherapie im April 2010
FDA approval
CD83+ blood dendritic cells as a vaccine for immunotherapy of
metastatic renal-cell cancer
Lorenz Höltl, Claudia Rieser, Christine Papesh,
Reinhold Ramoner, Georg Bartsch, Martin Thurnher
Dendritic cells are the most potent stimulators of antigenspecific immune responses
including antitumour responses.1–3 Potent immunostimulatory dendritic cells can be
isolated from peripheral blood or cultured from circulating precursor cells.1–4 The
safety and efficacy of these cells is now being tested in clinical trials; data from skin,
prostate, and B-lymphocyte have already been published.1–3
We did a pilot study of cultured blood dendritic cells in patients with metastatic
renal-cell carcinoma according to a protocol approved by the local ethical committee.
…….
THE LANCET • Vol 352 • October 24, 1998
Cell Therapy Unit - CTU
geleitet von Prof. Martin Thurnher und Prof. Nikolaus Romani
„Anti-tumor vaccine“
Blood
cells
Cell isolation
Precursor cell
Blood sample
Tumor antigen loading
Cell differentiation
Cell maturation
Dendritic cell
© Cell Therapy Unit
z.B. Tumor-Peptide
Tyrosinase
http://www.biospherix.com/en/your-cells/cell-therapy.html
Ebner S, Neyer S, Hofer S, Nussbaumer W, Romani N, Heufler C. Generation of large
numbers of dendritic cells from leukocyte removal filters for whole blood – an alternative to
standard buffy coats. J Immunol Methods, 252:93-104, 2001
Höltl L, Ramoner R, Zelle-Rieser C, Gander H, Putz T, Papesh C, Nussbaumer W,
Falkensammer C, Bartsch G, Thurnher M. Allogeneic dendritic cell vaccination against
metastatic renal cell carcinoma with or without cyclophosphamide. Cancer Immunol
Immunother. 54:663-70, 2005
Putz T, Gander H, Ramoner R, Zelle-Rieser C, Rahm A, Nussbaumer W, Bartsch G, Höltl
L, Thurnher M. Generation of clinical-grade monocyte-derived dendritic cells using the
CliniMACS system. Methods Mol Med. 109:71-82, 2005
Grünbacher G, Gander H, Rahm A, Nussbaumer W, Romani N, Thurnher M. CD56+ human
blood dendritic cells effectively promote TH1-type d T cell responses. Blood, 114:4422-
4431, 2009
Grünbacher G, Gander H, Nussbaumer O, Nussbaumer W, Rahm A, Thurnher M. IL-2
costimulation enables statin-mediated activation of human NK cells, preferentially through
a mechanism involving CD56+ dendritic cells. Cancer Res. 70:9611-20, 2010
Skin injection of
dendritic cells
Lymphatic vessel
Lymph node
T lymphocytes - responses in blood
(Interferon - γ)
ELISPOT
Melan DR4
Melan DR4
before Vacc.
after Vacc. 4
Tyrosinase A1
Tyrosinase A1
DC Therapie plus additional
standard chemo
Melanom
+ 13 Monate bei non HLA-A1
+ 7 Monate bei allen
Kostenschätzung pro Behandlung mit DC ~10.000
Natürlich und spezifisch
Persistierend (immunol. Memory): verlängertes Überleben
Gut vertragen: erhält Lebensqualität
Yervoy ® (ipilimumab) Bristol-Myers Squibb
fully human anti-CTLA-4 mAb, is in Phase III trials in advanced
melanoma. Yervoy may work by allowing the body’s immune system to
recognize, target, and attack cells in melanoma tumors.
 FDA approval March 25, 2011
Das Ende der Dendritischen Zell Therapie?
Melanom
Das Ende der Dendritischen Zell Therapie?
NEIN!!
ganz im Gegenteil
Kombinationen:
Zelboraf vs. Zelboraf + DC
Ipilimumab vs. Ipilimumab + DC
PD-1 vs. PD-1 + DC
Immuntherapie
+
Chemo
bzw. targeted therapies
“Targeting“ / Adressieren der Behandlung
Targets:
CD205 / DEC-205
CD207 / Langerin
 Aktivierung definierter Dendritischer Zellen
 Verstärkte Killerzell Antworten!!
Flacher V, ... Romani N. Epidermal Langerhans cells rapidly capture and present antigens from C-type lectin-targeting antibodies deposited in the dermis.
Journal of Investigative Dermatology, 130:755-62, 2010
Der letzte Weg zum
Nobelpreis
Cancer patients also illustrate most poignantly the difficulties with the currently
prevailing therapies against diseases that interact with the immune system. These
drugs can have toxic and ‘‘offtarget’’ side effects and typically require frequent use.
Vaccines, in contrast, offer the ultimate ‘‘targeted’’ therapy because they have the
capacity to reach many specific targets in tandem, such as the many alterations in
cancer cells, and because they remain directed and durable in their effects.
Steinman, Immunity, September 2008
Ralph M. Steinman
1943 - 2011