Stratifizierte Medizin –Individualisierte Tumortherapie

für jeden Patienten?

I. Medizinische KlinikUniversitätsklinik Freiburg

Univ.-Prof. Dr. Justus Duyster

TumorentstehungJeder Tumor ist ein Klon der in der Regel aus einer einzelnen “entarteten”Zelle ensteht.

Die Ursprungszelle hat einen Wachstumsvorteil im Vergleich zu normalen Zellen.

Der Wachstumsvorteil kann durch einen einzigen Gendefekt verursacht werden, häufiger enstehen Tumoren auf dem Boden einer Vielzahl von Gendefekten

Erbinformation Eiweiß (Protein)

Gene sind die Baupläne der Eiweiße (Proteine)

Chromosom Gen

Erbinformation Eiweiß (Protein)kurzzeitig aktiv

Spezialisierte Eiweiße (Signalmoleküle) steuern das

Wachstum der Zelle

Chromosom Gen

Sinnvolle Zellvermehrung• Wundheilung• Entzündung

ErbinformationSignalmolekül

mit gesteigerterAktivität

Mutationen verursachen die Bildung von Signalmolekülen mit

gestörter/gesteigerter Funktion

Mutation

ErbinformationSignalmolekül

mit gesteigerterAktivität

Tumore entstehen durch “gestörte” Signalmoleküle

Mutation

Gestörte ZellvermehrungTumorentstehung

ErbinformationSignalmolekülemit gesteigerter

Aktivität

Therapeutische Hemmung dieser “gestörten” Signalmoleküle:

Individualisierten,molekularen Therapie“Targeted Therapies”

Mutation

Tumor-Rückbildung

XX

Raf

MEK

ERK

Shc

SosGrb-2

Grb-2

TF

Ras

Chronische myeloische Leukämie (CML)Bcr-Abl=dauerhaft aktiviertes Signalprotein

“Die Entdeckung dass schon ein einzelnes gestörtes Signalmolekül ausreichend sein kann, das Vollbild einer Leukämie im Tiermodell auszulösen war der Grundstein für die Entwicklung von Signalinhibitoren”

Daley GQ, Van Etten RA, Baltimore D.Induction of chronic myelogenous leukemia in mice by the P210bcr/abl gene of the Philadelphia chromosome.Science. 1990

Imatinib (Glivec)Prototyp eines Signalinhibitors

Imatinib: ATP-Kompetitor

Überleben CML Patienten

Zusätzliche Mutationen führen zur Resistenz

Verschiedene Mutationen können Resistenz verursachen

Ausmaß der Resistenz

Zweit- und Drittgenerationsinhibitoren durchbrechen die Resistenz aller bekannten Resistenzmutationen

Mutation Imatinib Dasatinib Nilotinib SKI-606 INNO-406 Posatinib

G250E ?Y253F

Y253H ?E255K

E255V ?T315I

H396P

Gorre et al. Science 2001; von Bubnoff et al. Lancet 2002; Weisberg et al. Cancer Cell 2005; Shah et al. Science 2004; Golas et al.Cancer Research 2003; Soverini et al. EHA 2006; Kimura et al. Blood 2005; Tao et al. ASH 2006 #2179; Carter et al. PNAS 2005

86% Geschätzte Gesamt-überlebensrate nach 7 Jahren

(94% wenn nur CML-induzierte Todesfälle berücksichtigt)

(inkl. 3% nach SCT, 4% nicht-CML induziert)

CML-induzierte Todesfälle

Alle Todesfälle

% Ü

berle

bens

rate

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Monate seit der Randomisierung0 12 24 36 48 60 72 84

CML nach 7 Jahren

Heilung ??

Auch häufige Tumoren sind “abhängig” von dauerhaft aktivierten Signalproteinen

Breast

NET

Colon

Lung

Kidney

p-Akt, 42%16

PTEN, 15%–41%25

HER2, 30%–36%26,27

PI3-K, 18%–26%27,28

EGFR, 6%29

TSC1/TSC231,32

IGF-1/IGF-1R33

VHL34

Ras, 50%12

p-Akt, 46%15

PTEN, 35%41

PI3-K, 20%–32%13,41

EGFR, 8%42

HER2, 3%42

EGFR, 17%1

p-Akt, 23%–50%18

Ras, 30%12

PTEN, 24%22

HER2, 5%30

PI3-K, 4%13

TGF/TGF1, 60%–100%35

VHL, 30%–50%36,37

IGF-1/IGF-IR, 39%-69%9

p-Akt, 38%38

PTEN, 31%39

TSC1/TSC240

Lunge

Niere

Brust

Darm

Signalinhibitor- versus Chemotherapie beim metastasierten Lungenkarzinom mit

Mutation in EGFR

Maemondo NEJM 362; 2010

Gefitinib (n=91)Chemotherapie (n=85)

91 4 2 1 0 085 14 1 0 0 0

2158

0 4 8 12 16 20 240.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Pro

babi

lity

of p

rogr

essi

on-fr

ee

surv

ival

Months

Mok et al.NEJM 2009

Signalinhibitor- versus Chemotherapie beim metastasierten Lungenkarzinom ohne

Mutation in EGFR

Signalinhibitor- versus Chemotherapie beim metastasierten Lungenkarzinom mit

Mutation in EGFR

Maemondo NEJM 362; 2010

Thr 790 Met 790

Zusätzliche Mutationen führen auch bei Lungentumoren zur Resistenz

Aktivierte Signlamoleküle bei Lungentumor Patienten

54% (280/516)

Kris ASCO 2011, CRA7506

Basis für die Durchführung molekularer Therapien bei Lungentumoren

Neues Patientenportal: Molekulare Therapien

Deutsches Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK)

Kooperationen des CCCF mit regionalen Partnern

SK

VS

OG

FR

LÖ

• OG – Offenburg/Lahr

• VS – Villingen-Schwenningen

• SK – Singen/Konstanz

• LÖ – Lörrach

• Patienten – SOPs, Organisation• Fortbildung– Ärzte, Patienten• Forschung– Klinische Studien

Tumorzentren, Onkologische Schwerpunkte und Onkologische Arbeitskreise

24

Chemotherapie Molekulare Therapie

Zielgerichtet, spezifisch wirksam

Selten Schwächung der Immunabwehr

Kein Haarausfall selten Übelkeit

i.d. R. Abnahme der NW mit längerer Therapie

Unspezifisch,auch wirksam gegen gesunde teilungsaktive Zellen u.a. KM, Darm Haarfollikel

Schwächung der Immunabwehr

Haarausfall Übelkeit

i..d.R. Zunahme mit längerer Therapie

Nebenwirkungen:

Die (drei) Säulen der Krebstherapie

• Stahl (Chirurgie)• Strahlentherapie• Systemische Chemotherapie

Multimodales interdisziplinäres Konzept

Komplementäre Krebstherapie• Phytotherapie• Psychische Wegbegleitung• Körperliche Aktivierung

Molekulare, individualisierte Krebstherapie

Bildung von Blutzellen im Knochenmark

> 2 Millionen Blutzellen pro Sekunde !!

Raf

MEK

ERK

Shc

SosGrb-2

Grb-2

TF

Tyrosinekinase

Tyrosinekinase

LigandLigand

Ras

Signalmoleküle steuern das Zellwachstum

• Monogenetische Erkrankungen wie die CML sind Schrittmacherindikationen für die Entwicklung von STI‘s

• Solide Tumoren sind genetisch in der Regel heterogene Erkrankungen. STI‘s in genetisch nicht selektionierten Patienten zeigen meist keine Therapieeffekte

• Hochdurchsatzsequenzierungstechniken werden es erlauben auch bei soliden Tumoren genetische Subgruppen zu definieren

• Dies erlaubt die Durchführung von Genotyp spezifischen Studien mit STI‘s in genetisch definierten Subgruppen

Zusammenfassung

Imatinib: Target cKIT

GISTGastrointestinal Stroma Tumors:

Sarkom des GastrointestinaltraktesAktivierende Mutationen in cKit

Klinische Erfahrungen mit Imatinib in GISTJoensuu, Lancet Oncol 2002

Externe Aszitesableitung

2 Wochen Therapie

prätherapeutisch

Heterogene Resistenzmutationen in einem einzelnen Patienten an unterschiedlichen Stellen des Tumors

Primärtumor:KIT Exon 9 Mutant

Exon 9 + V654ADemetri, ASCO 2008

Primärtumor:KIT Exon 9 Mutant

Exon 9 + N822K

Exon 9 + V654ADemetri, ASCO 2008

Heterogene Resistenzmutationen in einem einzelnen Patienten an unterschiedlichen Stellen des Tumors

Primärtumor:KIT Exon 9

Exon 9 + N822K Exon 9 + D820E

Exon 9 + N822YExon 9 + D820G

Exon 9 + V654AExon 9 + N822H

Demetri, ASCO 2008

Heterogene Resistenzmutationen in einem einzelnen Patienten an unterschiedlichen Stellen des Tumors

Zeitachse-Target Identifizierung bis zur molekularen Therapie

BCR-ABL 41 yrs

EGFR 26 yrs

BRAF 8 yrs

ALK 3 yrs

1960 1978 1998 2001 2002

KIT 3 yrs

2004 2010

Gerber and Minna Cancer Cell: 18: 548, 2010

2007

IPASS: PFS in EGFR mutierten vs nicht mutierten Patienten

EGFR mutation-positive EGFR mutation-negative

HR (95% CI) = 0.48 (0.36, 0.64) p<0.0001No. events gefitinib, 97 (73.5%)No. events C/P, 111 (86.0%)

Gefitinib (n=132)Carboplatin/paclitaxel (n=129)

HR (95% CI) = 2.85 (2.05, 3.98)p<0.0001

No. events gefitinib, 88 (96.7%)No. events C/P, 70 (82.4%)

132 71 31 11 3 0129 37 7 2 1 0

108103

0 4 8 12 16 20 24

GefitinibC/P

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Pro

babi

lity

of p

rogr

essi

on-fr

ee s

urvi

val

At risk:91 4 2 1 0 085 14 1 0 0 0

2158

0 4 8 12 16 20 240.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Pro

babi

lity

of p

rogr

essi

on-fr

ee s

urvi

val

Gefitinib (n=91)Carboplatin/paclitaxel (n=85)

Months Months

Mok et al.NEJM 2009

Pyrido-PyrimidineImatinib

Nagar, et al. Cancer Res 2002

Alternative Abl Kinaseinhibitoren:Unterschiedlicher Bindungsmodus

von Bubnoff et al., Cancer Research 2003

Tumor Ansprechen nach T790M Mutations Status

Horn WCLC 2011, abstr O19.07

Zugelassene STI‘s 2012

Imatinib (Glivec)Nilotinib (Tasigna)Dasatinib (Sprycel)

Gefitinib (Iressa)Erlotinib (Tarceva)

Sorafenib (Nexavar)Sunitinib (Sutent)

Pazopanib (Votrient)Lapatinib (Tyverb)

Vandetanib (Caprelsa)Crizotinib (Xalkori)

Vemurafenib (Zelboraf)

Sequist, L. V. et al. J Clin Oncol; 25:587-595 2007

EGFR Mutationen in NSCL

EGFR Tyrosinkinase Inhibitoren in unselektionierten Patienten

Trial Agent ChemotherapyStudy

Population Outcome

INTACT 11 Gefitinib Gemcitabine + cisplatin N=1093 Negative

INTACT 22 Gefitinib Paclitaxel + carboplatin N=1037 Negative

TALENT3 Erlotinib Gemcitabine + cisplatin N=1137 Negative

TRIBUTE4 Erlotinib Paclitaxel + carboplatin N=1059 Negative

Phase III Trials Assessing First-line Treatment

1. Giaccone G, et al. J Clin Oncol. 2004;22:777-784; 2. Herbst RS, et al. J Clin Oncol.2004;22:785-794; 3.Gatzemeir U et al. J Clin Oncol. 2007;25:1545-1552; 4. Herbst RS, et al. J Clin Oncol. 2005;23:5892-5899.

Alternative Kinaseinhibitoren:Unterschiedlicher Bindungsmodus

Afatinib (BIBW 2992) und Cetuximab in NSCLC Patienten mit Resistenz gegenüber Erlotinib oder

Gefitinib. • Afatinib zeigt Aktivität gegenüber T790M in vitro• 61 NSCLC Patienten mit sekundärere Erlotinib oder

Gefitinib Resistenz erhielten oral Afatinib 40 mg qd + zweiwöchentlich Cetuximab 250 or 500 mg/m2

• 55 Pts. auswertbar: – 100% Krankheitskontrollel w/500 mg/m2; 51% PR– Gute Verträglichkeit

• Cetuximab/Afatinib Kombination wirksam bei sekundärer Resistenz gegenüber EGFR TKI

Janjigian PASCO 2011, abstr 7525; Horn WCLC 2011, abstr O19.07

• Bei klinisch erzielbaren Serumspiegeln relativ spezifische Inhibierung von c-Met und ALK

KinaseIC50 (nM)

mean* Selectivity

ratio

c-MET 8 –

ALK 20 2X

RON298 34X

189 22X

Axl294 34X

322 37X

Tie-2 448 52X

Trk A 580 67X

Trk B 399 46X

Abl 1,159 166X

IRK 2,887 334X

Lck 2,741 283X

Sky >10,000 >1,000X

VEGFR2 >10,000 >1,000X

PDGFR >10,000 >1,000X

Crizotinib: Multi-Kinase Inhibitor mit hoher Effektivität gegenüber ALK und MET

Ansprechen unter Crizotinib bei Patienten mit ALK-positivem NSCLC

% D

ecre

ase

or in

crea

se fr

om b

asel

ine

Progressive diseaseStable diseasePartial responseComplete response

100

80

60

40

20

0

–20

–40

–60

–80

–100

Objective response details(all evaluable patients) N=116

ORR (95% CI) 61% (52, 70)

Median response duration 48 weeks

Median time to response 8 weeks

Disease control rate at 8, 16 weeks 79%, 67%

Progressionsreies Überleben ALK positive NSCLC unter Crizotinib

(N=119)

Censored95% Hall-Wellner Band

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

Surv

ival

dis

trib

utio

n fu

nctio

n

0 5 10 15 20

Months119 73 29 8 1n at risk

Median PFS = 10.0 months (95% CI: 8.2, 14.7)50 events (42%; 40 PD events) 69 patients (58%) censored, 59/69 (86%) in follow-up for PFS

EGFR Resistenz Mechanismen T790M ~50% sekundärer Resistenzen Andere Resistenzmutationen

– T854A, D761Y… Met Amplifikationen ~20%

T790M wirksame EGFR-TKIs in Entwicklung– Afatinib, HKI272, PF00299804, BMS690514

MetMab in klinischer Entwicklung

Kobayashi. NEJM 2005;352:786; Engelman. Science 2007;316:1089; Balak. CCR 2006;12:6494;Bean. CCR 2008;14:7519

EML4-ALK Häufigkeit:~4% (64/1709) NSCLC Adenocarcinom

EML4-ALK Häufigkeit:~4% (64/1709) NSCLC Adenocarcinom

Soda et al., Nature 448: 561-566, 2007 Soda et al., Nature 448: 561-566, 2007

EML4-ALK ist ein klassisches Onkogen

ALK-KinaseEML4

•EML4-ALK ist eine konstitutiv aktive Tyrosinkinase

•EML4-ALK transformiert Zelllinien in vitro

•EML4-ALK transgene Mäuse entwickeln ALK+ Adenokarzinome

ALK Inhibitoren verlängern das OS in Mäusen mit EML4-ALK positiven Tumoren

Onkologie EpidemiologieAnteil an

Neuerkrankungen / JahrAnteil an

Neuerkrankungen / Jahr

3%

2%

12%

30%

2%

11%

4%

6%

2%

4%

22%

4%

3%

14%

2%

3%

10%

29%

6%

3%

5%

19%

Malignes Melanom

Schilddrüse

Lunge & Bronchien

Brust

Pankreas

Darm & Rektum

Ovar

Uterus

Blase

Non-Hodgkin Lymphome

Andere Organe

Malignes Melanom

Kopf & Hals

Lunge & Bronchien

Pankreas

Nieren

Darm & Rektum

Prostata

Blase

Leukämie

Non-Hodgkin Lymphome

Andere Organe

Adaptiert von Greenlee RT, et al. CA Cancer J Clin. 2000;50:16.

Molekulare TumortherapieVorteile

• Spezifische Wirkung auf Tumorzellen

• Wirksamkeit „vorhersagbar“

• Nebenwirkungsarm

• Therapie über längere Zeiträume möglich

• Kombinationen molekularer Substanzen und mit Zytostatika möglich da unterschiedliches Nebenwirkungsprofil

Molekulare Therapie ChemotherapieZielgerichtet, spezifisch wirksam Unspezifisch, gegen alle sich

teilenden Zellen wirksamu.a. KM, Darm Haarfollikel

Nebenwirkungen: Nebenwirkungen:

selten Myelosuppression häufig Myelosuppressionkeine Alopezie Alopezieselten Übelkeit Übelkeiti.d. R. Abnahme mit längerer i.d.R. Zunahme mit längererTherapie Therapie

Lungenkarinom Stadium IV, Erstlinientherapie

Schiller JH, et al., NEJM 2002

NSCLC IV: EGFR TKI in EGFR mutierten Patienten First Line

Study Response Rate PFS

EURTAC 58% vs 14.9% 9.7 vs 5.2 months (HR 0.37)

OPTIMAL 83% vs 36% 13.1 vs 4.6 months (HR 0.16)

NEJ 002 74% vs 31% 10.8 vs 5.4 months (HR 0.30)

WJTOG 3405 62% vs 31% 9.2 vs 6.3 months (HR 0.49)

Gefitinib/Erlotinib Standarttherapie in EGFR mutierten NSCLC Patienten

Neue Substanzen in der Hämatologie/Onkologie

• Tyrosinkinaseinhibitoren (TKI) „Inibs“• Antiangiogenese TKI und AK• Antikörper (AK) „Mabs“

EFGR Mutationen sind ein prognostischer Faktor für Ansprechen, PFS und OS unter

EGFR-targeted Therapie

Genotypspezifische Studien in EGFR selektionierten Patienten mit EGFR TKI Erlotinib/Gefitinib

t(9;22)-Translocation

22

bcr

abl

Ph

bcr-abl

FUSIONROTEINWITH TYROSINKINASE-ACTIVITY

9 9+

Angiogenese ist essentiell für Tumorwachstum und Metastasierung

100 µm

Angiogenic

Switch

Kleiner Tumor

• Avaskulär• “Dormant”

Grosser Tumor

• Vascularisiert• Metastatisches Potential

Hicklin and Ellis. J Clin Oncol. 2005;23:1011.

VEGF: Schlüssel Zytokin für die Angigiogenese

VEGF = vascular endothelial growth factor; IGF = insulin-like growth factorPDGF = platelet-derived growth factor; EGF = epidermal growth factor

EGF

Hypoxia PDGF

IL-8

bFGF

COX-2Nitric oxideOncogenes

VEGF release Binding and activationof VEGF receptor

IGF-1

ProliferationSurvival Migration

ANGIOGENESISPermeability

– P– P

P–P–

Sorafenib (Nexavar)

Multispezifischer Inhibitor:RAF-1B-RAFFLT-3c-KIT

VEGFR-2

Sunitinib (Sutent)

Multispezifischer Inhibitor:FLT-3c-KIT

PDGFRVEGFR-1VEGFR-2VEGFR-3

Endothelzelle

VEGFR

Tumorzelle

EGFR/HER2

PDGFR

FLT-3, KIT

TKI

Sorafinib/Sunitinib: Hemmung von Signalwegen in Tumorzellen und Endothelzellen

Direkte Wirkung Indirekte Wirkung

Sorafenib/Sunitinib- ErgebnisseNierenzellkarzinom

Sorafenib Sunitinib

PR 2% 40%

SD 78% 27%

TTP 6 Monate(3 Monate bei Placebo)

8,7 Monate

Überleben median 16 Monate

Fallzahl 769 63

Studiendesign Phase III Phase II

Bevacizumab blockiert Angiogenese durch Bindung an lösliches VEGF

– P– P

P–P–

Gesamtüberleben CTX + Bevacizumab in unselektionierten NSCLC Patienten

Standardarm(Monate)

Exp. Arm(Monate)

E 4599Carbo/Taxol/Bevacizumab

10,3 12,3

AvailCis/Gem/Bevacizumab

13,1 13,5

Bevacizumab: VEGF Antikörper

Wirkstoff Zielstruktur Tumortyp

Bevacizumab VEGF Darm Lunge

Cetuximab EGFR Kopf-Hals Darm

Panitumumab EGFR Darm Trastuzumab HER-2/neu Brust Rituximab CD20 Lymphom Alemtuzumab CD52 Chronisch lymphatische

Leukämie

Weitere Beispiele für Antikörper (-ab) in der Tumortherapie

Antikörper werden auch gegen promitogne Wachstumsfaktorrezeptoren eingesetzt

- Abschalten des Wachstumssignals- Andocken von Immunzellen/Komplementsystem

Raf

MEK

ERK

ShcSos

Grb-2Grb-2

TF

Ras

HerceptinErbitux

Nomenklatur monoklonaler Antikörper

• Suffix• -mab = monoklonaler Antikörper

• Infix• -u-mab human• -o-mab mouse • -zu-mab humanized• -xi-mab chimera

• Code• -vi- target: virale Infektionen• -tu- target: Tumor• -va- target:Vaskularisierung

Name Target Source StemRituximab -tu- -xi- -mabCetuximab -tu- -xi- -mabBevacizumab -va- -zu- -mab-

Phase III-Studie der EORTC/ISG/AGITG mit 946 GIST-Patienten:

Imatinib 400 mg/d vs. 800 mg/d

Monate

Imatinib 2 x 400mg/dImatinib 400 mg/dDoxorubicin (hist. Kontr.)

Gesamtüberleben

PFS =19-25 MonateOS = 49 Monate

BRAF V600E (aktivierend)in 50-60%

NRAS in 15-20%

Malignes MelanomMutationen

Phase III BRIM3 Studiendesign

BRAFV600E Mutation

Stratifizierung• Stadium• ECOG PS (0 vs 1)• LDH (↑ vs nl)• Wohnort

Screening960 mg po 2x/die

(N=337)

1000 mg/m2 iv alle 21d (N=338)

Dacarbazin (DTIC)

Vemurafenib/PLX4032

RandomisierungN=675

Progressionsfreies ÜberlebenHazard Ratio 0.26; 95% CI, 0.2-0.33; P<0.001

Gesamtüberleben

Hazard Ratio 0.37; 95% CI, 0.26-0.55; P<0.001

BRIM3

CR PRMedian time

to progression

Vemurafenib 0.9% 47.5% 5.3 moDacarbazin 0 5.5% 1.6 mo

Erstes Medikament für Melanom mit Verbesserung von Ansprechen, PFS und Gesamtüberleben verglichen mit Chemotherapie Vemurafenib: Neue Therapie für metastasierte Melanompatienten mit BRAFV600E-Mutation

Saglio G, et al. ASH 2009. Abs # LBA-1 (oral).

% PatientenNilotinib

300 mg BIDN = 279

Nilotinib400 mg BID

N = 277

Imatinib400 mg QD

N = 280Alle

GradeGrad 3/4

Alle Grade

Grad 3/4

AlleGrade

Grad 3/4

Übelkeit 12 <1 20 1 31 0Muskelkrämpfe 7 0 6 <1 24 <1Durchfall 8 <1 7 0 21 1Erbrechen 5 0 9 1 14 0Ausschlag 31 <1 36 3 11 1Myalgien 10 <1 10 0 10 0Kopfschmerz 14 1 21 1 8 0Fatigue 11 0 9 <1 8 <1Juckreiz 15 <1 13 <1 5 0Haarausfall 8 0 13 0 4 0

Nebenwirkungen (≥ 10%)

Saglio G, et al. ASH 2009. Abs # LBA-1 (oral).

Ödeme(Alle Grade)

•Grade 3/4 Aes selten in allen Behandlungsarmen (<1%)

% Patienten Nilotinib300 mg BIDN = 279

Nilotinib400 mg BIDN = 277

Imatinib400 mg QDN = 280

Periphere Ödeme 5 5 14Augenlied Ödeme <1 2 13Periorbitale Ödeme <1 <1 12Faciale Ödeme <1 2 8Gewichtszunahme 3 <1 6

Pericarderguss <1 0 <1Pleuraerguss <1 0 0