Pharm

a

Therapeutische Proteine -Antikörper gegen Tumorzellen

Georg-B. Kresse Roche Pharma Research, Penzberg

Pharm

aKarl Axel Hampus MörnerRektor der Karolinska Universität Stockholm, am 10. 12. 1901 Laudatio zur Nobelpreisverleihung an Emil von Behring

Es ist für alle Mediziner erquickend, zu einer Zeit zu leben, in der die medizinischen Wissenschaften eine so grossartige Entwicklung erhalten haben, wie es jetzt der Fall ist.

Die Bakterien, welche früher als zügellose Horden umherschweiften, werden jetzt immer mehr gebändigt und in disziplinierte Scharen geordnet, welche den Geboten der Wissenschaft gehorchen müssen. So ziemlich nach Belieben kann man sie fern halten, wo man dies wünscht, und andererseits können die Bakterien Dienste zu leisten genötigt werden.

K.A.H. Mörner

Pharm

aKarl Axel Hampus MörnerLaudatio zur Nobelpreisverleihung an Emil von Behring

Mit scharfsehendem Auge haben Sie einen Weg gefunden, um die Ergebnisse der Immunitätslehre für therapeutische Zwecke zu verwerten. Mit genialem Geschick und beharrlicher Ausdauer haben Sie diese Lehre entwickelt und die Hindernisse siegreich überwunden.

welcher schon jetzt von der allergrössten Bedeutung ist und es in noch höherem Grade werden wird, wenn alle Knospen erblüht und alle Früchte gereift sind.

Sie haben dadurch den Baum der medizinischen Wissenschaften um einen Zweig bereichert,

Pharm

aAntikörper als ArzneiwirkstoffeSerumtherapie 1893

Foto aus: E. Bäumler, Auf der Suche nach der Zauberkugel, Econ 1971

Emil von Behringbeim Immunisieren eines “Serum-Pferdes”

Pharm

aWas sind Antikörper ?

Antikörper (auch Immunglobuline) sind Eiweißstoffe (Proteine), die in Wirbeltieren als Reaktion auf eingedrungene Fremdstoffe, die man als Antigene bezeichnet, gebildet werden. Sie dienen der Abwehr dieser Fremdstoffe.

Die spezifische Bindung von Antikörpern an die Antigene bildet einen wesentlichen Teil der Abwehr gegen die eingedrungenen Fremdstoffe führen. Antikörper sind also zentrale Bestandteile des Immunsystems höherer Wirbeltiere.

Antikörper werden von einer Klasse von weißen Blutzellen, nämlich den B-Zellengebildet. Sie kommen im Blut und in der extrazellulären Flüssigkeit der Gewebe vor.

www.ilo.at/images/texte/B_Zellenb.jpg

Pharm

aDer Aufbau eines Antikörper-Moleküls

• Große Moleküle (IgG: 150.000 Da)

• bestehen aus zwei schweren und zwei leichten Polypeptidketten

• jede dieser Ketten besitzt eine „variable“ und drei „konstante“ Domänen. Man unterscheidet einen „Fab-Teil“ (antigen-bindend) und einen Fc-Teil („kristallisierbar“)

Aspirin

Glycan

• die Antigen-Bindungsstelle wird von den variablen Regionen gebildet,

• in diesen wird die Bindungsspezifität von kleineren „hypervariablen Regionen“ bestimmt

• im Fc-Teil enthalten Immunglobuline einen Zuckeranteil

Fab

Fc

Pharm

aTechnologie-Entwicklung: Monoklonale Antikörper

Natürliche Antikörper sind polyklonal (enthalten viele verschiedene Sequenzen).

http://www.accessexcellence.org/AB/GG/monoclonal.html

Diese Technologie wurde erst-beschrieben von Georges Köhlerund Cesar Milstein 1975.

Monoklonale Antikörper sind homogen hinsichtlich ihrer Proteinsequenz.

Pharm

aMurine, chimäre, humanisierte und humane Antikörper

http://www.i-s-b.org/ wissen/broschuere/ produkt/monoklon.htm

In vitro-Antikörper-Bibliotheken

Transgene MäuseHumane Hybridomas

Genetic EngineeringV-Gen-KlonierungCDR-Grafting

ca. 35% Maus ca. 10% Maus

Monoklonale Maus-Antikörper sind immunogen, wenn man sie am Menschen verwendet

Pharm

a

HuMAbHuMAb--Mouse™Mouse™

ms ms IgHIgHms ms IgIgκκ

hu IgHhu IgH

hu Ighu Igκκ

Four distinct geneticFour distinct geneticmodifications functionallymodifications functionallyreplace the mouse replace the mouse immunoglobulin immunoglobulin locilociwith human with human immunoglobulin transgenesimmunoglobulin transgenes

Generierung humaner Antikörper

Pharm

aRekombinante Herstellung von monoklonalen Antikörpern

Transfektion in eine Wirtszelle und Expression

O. Mundigl, H. Seul Roche Pharma Research, Penzberg

Antikörper grünZellkern blauZellskelett rot

Auswahl der Gensequenz

Klonierung in einen DNA-Vektor

CHO-Zellen (chinese hamster ovary)

Pharm

aDie Herstellung von rekombinanten Antikörpern

KlonierungAuswahl der Gensequenz Expression

FermentationReinigungFormulierung

Pharm

aIndustrielle Produktion rekombinanter monoklonaler Antikörper

Pharm

aIndustrielle Produktion rekombinanter monoklonaler Antikörper

Pharm

aTherapeutische monoklonale Antikörper, Stand 2006 Produktname Generischer Name Indikation Originator/Partner Zulassung

Murin OrthoClone OKT3 Muromomab-CD31 Transplantat-Abstoßung J & J 1986Panorex Edrecolomab Darmkrebs Centocor/GSK 1995Antilfa Odulimomab Transplantat-Abstoßung Immunotech/SangStat 1997Zevalin Ibritumomab Tiuxetan Non-Hodgkin Lymphom IDEC/Schering AG 2002Bexxar (I131)-Tositumomab Non-Hodgkin Lymphom Corixa/GSK 2003

Chimär Remicade Infliximab Rheumatoide Arthritis Centocor/Schering-Plough 1996Simulect Basiliximab Transplantat-Abstoßung Novartis 1996MabThera/Rituxan Rituximab Non-Hodgkin Lymphom IDEC/Genentech/Roche 1997

Rheumatoide Arthritis IDEC/Genentech/Roche 2006Erbitux Cetuximab Darmkrebs ImClone/Merck 2004

Chimäres ReoPro Abciximab Cardiovaskul. Prophylaxe Centocor/Eli Lilly 1995Fab-Fragm.

Humanisiert Synagis Palivizumab Resp. Sync. Virus Infektion MedImmune/Abbott 1996Zenapax Daclizumab Transplantat-Abstoßung PDL/Roche 1997Herceptin Trastuzumab Brustkrebs Genentech/Roche 1998Mylotarg Gemtuzumab Ozogamicin Akute myeloische Leukämie Celltech/Wyeth 2000Campath Alemtuzumab CLL (B-Typ) ILEX/Schering AG 2001Xolair Omalizumab Allergisches Asthma Genentech/Novartis 2002Raptiva Efalizumab Psoriasis Genentech/Xoma 2003Avastin Bevacizumab Darmkrebs Genentech/Roche 2004Tysabri Natalizumab Multiple Sklerose ELAN/BiogenIDEC 2004Vectibix Panitumumab Darmkrebs Abgenix/Amgen 2006

Human Humira Adalimumab Rheumatoide Arthritis CAT/Abbott 2002

21 zugelassen, davon 10 in onkologischen Indikationen

Pharm

aBiopharmaceuticals in klinischer Entwicklung

davon 88 MABsdavon 88 in der Onkologie

PhRMA, 10/2006

Pharm

a

Tumorzelle

Rezeptor-Tyrosinkinase Ligand

Wie wirken therapeutische Antikörper ? (1)

Der Antikörper stört die Ligandenbindung und/oder die ligand-induzierte Rezeptoraktivierung/Signaltransduktion in die Zelle, oder löst dadurch programmierten Zelltod (Apoptose) aus

K. Künkele, Roche

Pharm

a

Tumor-Zelle

Wie wirken therapeutische Antikörper ? (2)

Bindung des Antikörpersführt zu Internalisierung und Abnahme der Dichte des Tumorwachstums-aktivierenden Rezeptors auf der Zelloberfläche

K. Künkele, Roche

Pharm

a

Tumorzelle

FcγIIIR

Fc Der Antikörper bindet …

Wie wirken therapeutische Antikörper ? (3)

…und rekrutiert Immuneffektor-Zellen

… Zerstörung der Tumorzelle

K. Künkele, Roche

Pharm

a

Monoklonale Antikörper in der Onkologie 3 Beispiele

Avastin (Bevacizumab)

MabThera (Rituximab)

Herceptin (Trastuzumab)

Pharm

aAvastin (Bevacizumab)

• Rekombinanter humanisierter Antikörper• Bindet und inhibiert den vaskulärenendothelialen Wachstumsfaktor (VEGF), der maßgeblich am Prozess der Angiogenese(Gefäßneubildung) beteiligt ist• Zugelassen zur Behandlung von Patienten mit metastasiertem Darmkrebs sowie Lungenkrebs(NSCLC) in Verbindung mit Chemotherapie

Pharm

a

Avastin – Vorgeschlagener Wirkmechanismus

VEGF

Blebbingendothelialer Zellen

VEGF-Rezeptor

Hemmung des VEGF verhindert die Gefäßneubildung und könnte existierende (noch nicht voll ausgereifte) Tumor-Vaskulatur zerstören

Pharm

aMabthera (Rituximab)

• Chimerer rekombinanter murin/humaner Antikörper

• Bindet spezifisch an das CD20-Antigen auf normalen und malignen pre- und reifen B-Lymphozyten (CD20 ist exprimiert von >90% der B-cell-NHL)

• Zugelassen zur Behandluing von Patienten mit CD20-positivemfollikulärem Non-Hodgkin-Lymphom (Stadium III-IV), bei Rezidiv oder nach Nichtansprechen auf Chemotherapie

Pharm

aWirkungsmechanismus von Rituximab

Direkte Induktion von Apoptose

Complement-Aktivierung

ADCC-Aktivierung

Pharm

aHerceptin (Trastuzumab)

• humanisierter monoklonaler Antikörper

• gerichtet gegen die extrazelluläre Domäne des humanen epidermalenWachstumsfaktor-Rezeptor Typ-2 (HER2, ErbB2)

• HER2 ist in ca. 25 % der Brustkrebs-Patientinnen überexprimiert

• Zugelassen zur Behandlung von HER2-positivem fortgeschrittenen Brustkrebs (allein und in Kombination mit cytotoxischen Arzneimitteln), sowie von HER2-positivem Brustkrebs im Frühstadium

HerceptinBindungsepitop

aa 529-625

HER2ErbB2neu

extrazellulär

intrazellulär

Pharm

aDer HER2-Rezeptor

HER2-Rezeptoren befinden sich in geringer Dichte auch auf gesunden Brustzellen. Diese Zellen teilen sich nur bei Bedarf.

Ist die Konzentration des Rezeptors erhöht (dies ist bei ca. 20-30% der Brustkrebspatientinnen der Fall), so kann die Zelle vermehrt Wachstumssignale empfangen und teilt sich immer und immer wieder. Eine unkontrolliert wachsende Krebsgeschwulst entsteht.

Trastuzumab blockiert den Wachstumsfaktor-Rezeptor HER2und verhindert, dass die Zellen Wachstumssignale erhalten. Damit wird das Tumorwachstum gebremst.

Pharm

aHER2 / Herceptin - Diagnostik

Diagnostische Tests sind verfügbar, um diejenigen Patientinnen auszuwählen, die für Behandlung mit Herceptin in Frage kommen

(IHC = immunhistochemischer Test)

HerceptinHerceptin--BehandlungBehandlungangezeigtangezeigt

Keine Wirkung von Keine Wirkung von HerceptinHerceptin zu zu erwartenerwarten

IHC3+ IHC < 3+

Formalin-fixiertes, in Paraffin eingebettetes Tumorgewebe

G. Maass, Roche

Pharm

aOnkologie: hoher medizinischer BedarfGesamtüberlebensrate (5 Jahre) ≈ 50% in entwickelten Ländern

Hei

lung

srat

e (

%)

100

% aller Krebserkrankungen

• Krebserkrankungen verursachen ca. 12 % aller Todesfälle weltweit • Zunehmende Inzidenz ist zu erwarten wegen steigender Lebenserwartung

• - unterschiedliche Inzidenzprofile in verschiedenen geographischen Zonen

0 2 4 6 8 10 12 140

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Oesophagus

Pancreas

MyelomaCNS

Leukemia

Ovary

Stomach

NHL

Kidney Cervix/Uteri

TestisThyroid

CorpusMelanoma

Bladder Prostate

Colon/rectum

Breast

Lung

Oral

Brain

Liver

Nasopharynx

Source: WHO

Pharm

a

22 % Zunahme der 3-Jahres-Überlebenszeit (R-CHOP vs CHOP)

Aggressives Non-Hodgkin-Lymphom

MabThera

37% Zunahme der mittleren Überlebenszeit (H-docetaxel vs docetaxel)

First-line HER-2 (+) Metastatischer Brustkrebs

Herceptin

30% Zunahme der mittleren Überlebenszeit (A-IFL vs. IFL chemo)

Metastatischer Darmkrebs

Avastin

PatientennutzenKrankheitTherapie

Hoher medizinischer BedarfDie Verbesserung der Überlebensrate mit neuen Therapien ist signifikant, aber unvollständig

• Die Steigerung der Überlebenszeit ist oft in Monaten zu messen• Wichtige Zukunftsentwicklung: Identifizierung der optimalen Patientenpopulation

Pharm

aMonoklonale Antikörper noch effektiver machen

Ein Teil der Wirkung monoklonaler Antikörper resultiert aus der Stimulation des Immunsystems:

„Engineering“ der Antikörper-Moleküle zur Steigerung der Immuneffektor-Funktion ist möglich

Killer-Leukozyten

Tumor-zelle

Complement-Aktivierung

Antikörper mit Immun-Effektor-Funktion

Antigen, z.B. Rezeptor für einen Wachstumsfaktor

Antikörper mit Immun-Effektor-Funktion

Pharm

a

Fuco

seG

lcNA

c

±β1 4 Glc

NAc

±β1 4 Glc

NAc

±β1 4

Glc

NAc

Man

Gal

Neu

Ac/G

cM

an

Man

Glc

NAc

Glc

NAc

Glc

NAc

Neu

Ac/G

cG

al

Asn

(297

)4

4β1

β1

β1β1 β1

β144

2 2

α2 α23,

6

3,6

β1

α13

α16

Glc

NAc

Man

Gal

Gal

Neu

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cNe

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/Gc

Man

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α13

α13

α16

α16

Durch „Glycoengineering“ kann man die Aktivität monoklonaler Antikörper erhöhen

Man kann den Fucose-Gehalt in der Zuckerkette durch gezielte genetische Modifikation der Wirtszellen vermindern. Dadurch wird die Bindung von Immunzellen verstärkt.

Killing of tumor cells by human PBMCs

Antibody concentration [pM]0 100 200 300

Per

cent

tum

or c

ell l

ysis

0

10

20

30

40

50

60

70

prior glycoengineering after glycoengineering

Zerstörung von Tumorzellen durch humane weißeBlutzellen

Dies führt zu dramatisch gesteigerter Zerstörung von Tumorzellen in vitro

Pharm

aGesundheitspioniere

Roche Penzberg

„... ein Zweig der Wissenschaft, welcher schon jetzt von der allergrössten Bedeutung ist und es in noch höherem Grade werden wird, wenn alle Knospen erblüht und alle Früchte gereift sind“

Karl Axel Hampus Mörner

Pharm

a

Innovation für die Gesundheit