Einfluss von Tyrosinkinase-Inhibitoren auf das wachsende Skelettsystem

Die chronisch myeloische Leukämie (CML) ist als Erkrankung der pluripotenten hämatopoetischen Stammzelle durch das "Philadelphia Chromosom", eine reziproke Translokation der Chromosomen 9 und 22, charakterisiert. Diese Chromosomentranslokation führt zu einem chimären BCR-ABL-Gen. Das resultierende Fusionsprotein BCR-ABL ist eine konstitutiv aktivierte onkogene Tyrosinkinase (TK), welche die Zelltransformation und CML hervorruft. Seid dem Jahr 2000 hat Imatinib bestehende Therapien verdrängt und wird heute als Erstlinientherapie nicht nur bei Erwachsenen mit CML, sondern auch bei Kindern eingesetzt. Bei Imatinib handelt es sich um einen Tyrosinkinase-Inhibitor (TK-I), welcher an die Aktivierungsschleife der ABL-Kinase und ihrer Derivate, wie BCR-ABL, bindet und somit die inaktive Konformation der Kinase stabilisiert. Dies führt zur Inhibition der Kinaseaktivität und klinisch bei Patienten mit CML zur Steigerung der mittleren Überlebenszeit von zuvor 5 auf gegenwärtig mehr als 15 Jahre. Leider entwickeln sich während einer Imatinibtherapie verstärkt Resistenzen, hervorgerufen durch Punktmutationen in der BCRABL Domäne, welche mit der Imatinibbindung interferieren. Aus diesem Grund wurden "Zweitgeneration"-TK-I wie Dasatinib und Nilotinib entwickelt, welche stärker gegen BCR- ABL und den Grossteil von Imatinibresistenten Mutationen wirken. Allerdings sind alle TK-I als Multikinase Inhibitoren nicht hochselektiv wirsam, sondern hemmen auch weitere TKs wie c-Kit, PDGF-R und c-FMS. Zum Beispiel induziert c-FMS als Rezeptor für M-CSF die Differenzierung von Monozyten zu knochenresorbierenden Osteoklasten. Knochenaufbauende Osteoblasten hingegen differenzieren sich aus der mesenchymalen Stammzelle mittels Signalkaskaden unter Beteiligung von PDGF-R und c-Abl. Dieses Inhibitionsspektrum von TK-I in "downstream" Signalkaskaden beeinflusst den Knochenmetabolismus, indem die Proliferation und Differenzierung von Osteoblasten, klasten und deren Vorläuferzellen inhibiert wird. Daraus resultiert ein Ungleichgewicht zwischen Knochenresorption und -formation. Im Einklang mit dieser unselektive Inhibition von nicht-BCRABL-TK-I zeigten klinischen Studien bei erwachsenen Patienten mit CML unter Imatinib eine Hypophosphatämie und Veränderungen der Serummarker für den Knochenstoffwechsel, eine verstärkt nachweisbare trabekuläre Mineralisation in Stanzbiopsien bei einem Drittel bis der Hälfte der Patienten als auch eine radiologisch mittels pQCT nachweisbare erhöhte Knochendichte. Im in vivo Tiermodell erniedrigte sich unter Imatinib bei adulten Nagern die Anzahl an Osteolakunen als Folge einer reduzierte Osteoklastenaktivität. Die CML umfasst rund 2-3% aller Leukämien im Kindesalter und wurde nur in wenigen Studien mit kleinen Fallzahlen systematisch untersucht. Seit Imatinib im Jahre 2003 auch für Kinder lizensiert wurde, werden auch pädiatrische Patienten mit CML zunehmend mit diesem Medikament behandelt und zeigen ein ähnliches Wirkungs- und Nebenwirkungsprofil wie erwachsene Patienten. Durch die vergleichsweise geringe Anzahl an pädiatrischen Patienten mit CML liegen - im Gegensatz zu Erwachsenen -derzeit keine Studien zum Einfluss von Imatinib auf das sich entwickelnde Skelettsystem vor. Allerdings beschrieben kürzlich drei Kasuistiken eine massive Störung des Längenwachstums bei präpubertären Kindern mit CML unter langfristiger Imatinibtherapie (Mariani S et al. Lancet 2008; 372:111; Kimoto T et al. Int J Hematol; 2009, 89:251; Schmid et al. Haematologica 2009; 94:1177). Daher würde jeglichem Erkenntniszuwachs betreffs des Einflusses von Imatinib auf das noch nicht ausgewachsene Knochensystem eine besondere Bedeutung zukommen. Derzeit existieren keine formalen Untersuchungen zum Einwirkung einer chronischen Imatinib-Einnahme auf das wachsende Skelettsystem - weder in klinischen Studien bei Kindern und Jugendlichen, noch in juvenilen Tiermodellen. Das dargelegte Projekt befasst sich zum einen mit dem Einfluss von drei klinisch eingesetzten TK-I Imatinib, Dasatinib und Nilotinib auf das wachsende Skelettsystem der juvenilen Ratte. Dafür werden chronische TK-I Dosen gut steuerbar über subkutan implantierte osmotische Pumpe appliziert. Die Effekte auf lange Röhrenknochen und Wirbel werden morphologisch, biochemisch und mechanisch evaluiert. Des Weiteren sollen im humanen System bei pädiatrischen Patienten mit CML während der Behandlung mit TK-I in dreimonatigen Intervallen anlässlich von Verlaufskontrollen in der behandelnden Klinik zum Therapieansprechen der Leukämie, auch Marker des Knochenmetabolismus in Serum- und Urinproben, das Knochenalter und die Knochendichte bestimmt werden. Diese Patienten nehmen an der Studie CML-paed II, welche jährlich rund 20 Patienten pro Jahr rekrutiert. Es liegt ein positives Votum der federführenden Ethikkommission Dresden mit Datum vom 24.01.2007 vor (Nr.: EK 282122006).

In diesem Projekt haben wir die Knochenwirkung von Substanzen, die in der Therapie von Leukämien eingesetzt werden, näher untersucht. Die Therapie mit Tyrosinkinase-Inhibitoren (TKIs) hat die Prognose der chronisch myeloischen Leukämie (CML) grundlegend verbessert. CML ist charakterisiert durch eine genetische Translokation, die zu einem Fusions-Gen führt, das für die ständig aktive Tyrosinkinase BCR-ABL1 codiert. Tyrosinkinasen steuern unter anderem die Proliferation von Zellen. Die therapeutische Wirkung von TKIs bei CML beruht auf der Hemmung der Tyrosinkinase BCR-ABL1, weshalb die Therapie lebenslang gegeben werden muss. Der erste für die Therapie am Menschen zugelassen TKI war Imatinib. Inzwischen wurden weitere TKIs wie Dasatinib und Bosutinib entwickelt. Leider ist es aber so, dass TKIs neben BCR-ABL1 auch andere, physiologisch vorkommende Tyrosin- kinasen hemmen, die unter anderem am Knochenstoffwechsel beteiligt sind. Deswegen ist die TKI-Therapie nicht nebenwirkungsfrei. Bei Kindern mit CML kommt es unter Imatinib- Therapie zu Längenwachstumsstörungen, wobei der Wirkmechanismus ungeklärt ist. Im vor- liegenden Projekt haben wir deshalb an einem Rattenmodell die Wirkung von TKIs auf den Knochenstoffwechsel näher untersucht. Dazu haben wir juvenile, schnell wachsende männliche Ratten ab einem Alter von 4 Wochen über insgesamt 10 Wochen mit Imatinib, Dasatinib und Bosutinib behandelt, und die Tiere im Alter von 6, 8 und 14 Wochen untersucht. Dabei fanden wir, dass die kontinuierliche Exposition mit Imatinib und Dasatinib eine Reduktion der Femur- und Tibialänge bewirkte, während Bosutinib keine Wachstumshemmung verursachte. Eine intermittierende TKI-Therapie führte zu einer Abschwächung der Knocheneffekte. Nachdem Imatinib die stärksten Effekte am Knochen hatte, haben wir uns auf Imatinib konzentriert, um den Wirkmechanismus aufzuklären. Dabei zeigte sich, dass entgegen unseren Erwartungen kontinuierliche Imatinib-Behandlung keine wesentliche Änderung von trabekulärer Knochenmasse und Knochenturnover verursachte, jedoch eine dosisabhängige Reduktion der histologisch gemessenen, longitudinalen Knochenwachstumsraten in der schnellen Wachstumsphase der Ratten und morphologische Veränderungen in den Wachstumsfugen auslöste. Interessanterweise hatte eine intermittierende Therapie mit hochdosiertem Imatinib keine negativen Auswirkungen auf die longitudinale Knochenwachstumsrate. Diese Daten zeigen, dass die Längenwachstums-Störungen unter Imatinib-Therapie im Wesentlichen durch einen direkten Einfluss auf die Wachstumsfugen zustande kommen, und nicht durch eine generelle Beeinflussung des Knochenstoffwechsels verursacht werden. Da- neben legen unsere Ergebnisse nahe, dass eine intermittierende Imatinib-Therapie zu einer deutlichen Reduktion des Risikos für Längenwachstums-Störungen bei Kindern mit CML führen könnte.