Dendritische Zellen humaner Haut als Ziel für Immunisierung

Dendritische Zellen (DZ) sind hochspezialisierte Zellen, die Immunreaktionen des Körpers starten und steuern. Das gilt für die Immunabwehr bei Infektionen, die Entstehung des Impfschutzes, aber auch für immunpathologische Erscheinungen, wie Autoimmunerkrankungen (Beispiel: multiple Sklerose) oder Allergien. Im Kontext dieses Projektes entscheidend ist aber die Rolle der DZ in der immunologischen Behandlung von Krebs. Das Immunsystem verhindert weitgehend die Entstehung von Krebs und führt auch vereinzelt zum Rückgang von Tumoren. Auf diesen Beobachtungen gründet die Immuntherapie, die in den letzten Jahren einen enormen Aufschwung erfahren hat. Sogenannte "Checkpoint Hemmer Therapien" können vorhandene, aber wirkungslose T- Lymphozyten (v.a. Killerzellen) "entfesseln". Das führt zu bemerkenswerten klinischen Erfolgen, leider jedoch nur in weniger als der Hälfte der so behandelten Patienten. Ein wichtiger Grund dafür ist ein Mangel an vor-aktivierten, tumorspezifischen T Lymphozyten, an denen diese neuen Medikamente ihre Wirkung entfalten könnten. Es ist deshalb notwendig, diese Frequenz zu erhöhen, und zwar auf klassisch immunologischem Weg, durch Vakzinierung (Impfung). Die konkrete Art der Vakzinierung, die im Projekt entwickelt werden soll, will die herausragende, Immunität erzeugende Fähigkeit der DZ gezielt ausnützen. Tumorantigene werden direkt an die unterschiedlichen Unterarten von DZ in der Haut "adressiert". Das geschieht mittels Fusionsproteinen. Dabei wird das Tumor(Krebs)antigen und ein Antikörper mit molekularbiologischen Methoden zusammengefügt. Diese Fusionsproteine binden selektiv an definierte Unterarten von DZ in der Haut (Langerhanszellen der Oberhaut, DZ der Lederhaut) und können somit das Tumorantigen gezielt anliefern. Dieses Konzept beruht auf den Arbeiten des Nobelpreisträgers 2011, Ralph Steinman und führt in Mausmodellen zu einer massiv verstärkten Tumorabwehr. Wir testen die Hypothese, dass dieser Ansatz auch in der menschlichen Haut zu ebenso massiv verstärkten Antworten, insbesondere von Killerzellen, führt. Im besonderen überprüfen wir, ob das Adressieren an die Langerhanszellen die wirkungsvollsten Antworten hervorruft. Zu diesem Zweck entwickeln wir ein kliniknahes Modell, bestehend aus Organkulturen von Haut und Blutzellen von gesunden ProbandInnen. Die Hautstücke werden mit den Fusionsantikörpern "geimpft". Die nach einigen Tagen aus der Haut herausgewanderten DZ werden mit den T Lymphozyten des Spenders gemeinsam kultiviert, und schließlich wird deren Funktion (Zellteilungsrate, Wachstumsstoffe, Fähigkeit zum Abtöten von Krebszellen) gemessen. Zwei Modellantigene werden verwendet, ein Virusantigen und ein typisches Krebsantigen. Mit drei verschiedenen Fusionsantikörpern werden die Unterarten der DZ in der Haut adressiert und die Antworten vergleichend studiert. Ziel ist es, eine optimale Kombination aus Fusionsantikörper und Adjuvans (Hilfsstoff) zu finden, welche maximale T Zell (Killerzell) Antworten ergibt, und sich eignen würde, damit den Schritt in die Klinik zu tun, um KrebspatientInnen gegen mutierte Tumorantigene im Sinne eines "personalisierten Ansatzes" wirkungsvoll zu immunisieren (impfen). Wir erwarten uns also den Gewinn wissenschaftlicher Erkenntnisse, die zu einer markanten Verbesserung und Weiterentwicklung der Immuntherapie von Krebs führen können.

Die Immuntherapie von Krebs hat in den vergangenen Jahren große Fortschritte gemacht. Grund dafür war die Einführung der sogenannten "Immuncheckpoint Inhibitoren" vor etwa 10 Jahren. Diese Medikamente "entfesseln" und verstärken eine meist vorhandene, aber oft nicht ausreichende Immunreaktion des Körpers gegen den Krebs. Leider sprechen bei weitem nicht alle Krebspatienten auf diese Therapie an, weil ihre eigene Immunantwort zu schwach ist. Genau hier setzte unser eben abgeschlossenes FWF Projekt an. Wir studierten einen Ansatz, diese Immunität zu verstärken, mit anderen Worten, gegen Krebs zu "impfen". Schlüssel dazu sind die dendritischen Zellen des Immunsystems. Sie sind die entscheidenden Aktivatoren und Regulatoren des Immunsystems. Praktisch alle Immunantworten (gegen Viren, Bakterien etc.) werden von diesen Zellen angestoßen und gesteuert. Die Idee - beruhend auf robusten Beobachtungen in Mausmodellen - war, die Tumorantigene (den "Impfstoff") nicht einfach diffus in die Haut zu spritzen, wie es üblich ist, sondern gezielt und spezifisch an definierte dendritische Zellen der Haut zu "liefern" bzw. zu "adressieren". Das geschah mittels molekularer Konstrukte, bestehend aus dem Tumorantigen und Antikörpern, welche spezifisch bestimmte Typen von dendritischen Zellen der Haut erkennen und daran binden - und so den Impfstoff dort gezielt "zustellen". Dazu entwickelten wir ein Hautkulturmodell, welches die physiologische Situation möglichst lebensnah darstellen konnte. In diese Hautstücke wurden die Konstrukte injiziert, und die dendritischen Zellen, die im Verlauf von 3-4 Tagen aus den Kulturen herauswanderten wurden untersucht, ob sie die Tumorantigene gebunden und aufgenommen hatten, und ob sie in der Lage waren, die T Zellen des Hautspenders zu aktivieren und stimulieren. Die T Zellen sind diejenigen Zellen, die Krebszellen im Körper zerstören können, was in der Krebstherapie das angestrebte Ziel ist. In der Tat konnten in diesem Modell verstärkte T Zell Antworten beobachtet werden. Deren Stärke war abhängig von der Art der adressierten dendritischen Zellen in der Haut - sogenannte Langerhanszellen der Oberhaut (Epidermis) oder dendritische Zellen der Lederhaut (dermale dendritische Zellen). Auch Langerhanszellen in Suspension, die aus der Epidermis gewonnen wurden, entwickelten deutlich verstärkte T Zell Stimulationsfähigkeit, wenn ihnen das Antigen gezielt mittels des Antigen:Antikörper Konstrukts dargeboten wurde. Die Funktionalität der Zellen wurde durch deren Produktion des Botenstoffs Interferon-gamma angezeigt. Mit Hilfe eines, ebenfalls in diesem Projekt entwickelten Zellmodells für Langerhanszellen aus dem menschlichen Blut, können diese Befunde in weiterführenden Studien vertieft werden. Diese Daten stellen eine erste und wichtige Bestätigung dar, dass das Konzept der auf bestimmte dendritische Zellen der Haut gezielten Verabreichung von Antigen ("Targeting") auch in der humanen Haut wirksam ist. Die entwickelten Modelle werden die Verbesserung und Optimierung verschiedener Parameter erleichtern und beschleunigen - bis hin zur angestrebten Anwendung in der Behandlung von Krebspatienten.