Krebsimmuntherapie mit Langerin-ligand Liposomen

Dendritische Zellen in der Haut sind die Wächter des Immunsystems, da sie eindringende Pathogene und sich entwickelnde Tumore erkennen können. Sie können Proteine der Pathogene und Tumore aufnehmen und nach einer Wanderung zum drainierenden Lymphknoten eine Immunantwort auslösen. Diese Proteine, auch Antigene genannt, werden in kleine Stücke geschnitten, und diese Peptide können von dendritischen Zellen auf deren Oberfläche an T-Zellen, den Effektor-Zellen des Immunsystems, präsentiert werden. Diese Antigenpräsentation findet im Lymphknoten statt und resultiert in einer Vermehrung und Aktivierung der T-Zellen, woraufhin diese aktivierten T-Zellen in das betroffene Hautareal einwandern, um dort die infizierten Zellen oder den Tumor zu zerstören. Diese besonderen Eigenschaften sind der Grund, warum dendritische Zellen interessant für die Immuntherapie von Krebs sind. Ihr Potenzial T-Zellantworten gegen Tumore zu induzieren wurde bereits in Studien bewiesen, jedoch das klinische Ansprechen der KrebspatientInnen muss noch deutlich verbessert werden. Um dendritische Zellen optimal für die Therapie auszustatten, müssen sie zuerst mit Tumorantigenen beladen und dann aktiviert werden um eine effektive T-Zellantwort auszulösen. Die Antigene können auf verschieden Wege an die dendritischen Zellen geliefert werden, wie zum Beispiel indem das Antigen an Antikörper gekoppelt wird, die spezifisch an die Oberfläche von dendritischen Zellen binden. Dieser vielversprechende Ansatz wird gerade in klinischen Studien getestet. Ein anderer Möglichkeit besteht darin, die Antigene in Nanopartikel zu verpacken. Zusammen mit einem Kooperationspartner habe wir ein solches Liefersystem entwickelt, um einen speziellen Subtyp von dendritischen Zellen in der Haut, nämlich die Langerhanszellen in der äußersten Hautschicht der Epidermis, zu beladen. Dafür wollen wir Nanopartikel verwenden, die mit einem Liganden beschichtet sind, der spezifisch an das Oberflächenmolekül Langerin binden, das nur auf Langerhanszellen vorkommt. So können diese Nanopartikel die verpackten Tumorantigene gezielt an Langerhanszellen liefern, um eine Antigenpräsentation an T-Zellen im Lymphknoten zu vermitteln. In unserem Projekt haben wir die Arbeitshypothese, dass diese an Langerhanszellen gelieferten Antigene T-Zellantworten auslösen können, mit denen man den schwarzen Hautkrebs Melanom bekämpfen kann, der gefährlichste aller Hautkrebsarten. In unserem Projekt werden wir untersuchen, wie Langerhanszellen optimal mit Nanopartikeln beladen werden, welche Tumorantigene die effektivsten sind, wie wir T-Zellen optimal aktivieren können und welche Immunisierungsroute die beste ist. Dafür werden wir intradermale Injektionen vergleichen mit einer topischen Hautapplikation nach einer Laser-Vorbehandlung um die Hautbarriere zu durchbrechen. Das ultimative Ziel unseres Projekts ist eine neue Langerhanszell-basierte Vakzinplatform zu entwickeln und deren Effizienz bei der zur Therapie von Melanom zu testen.

Dendritische Zellen in der Haut sind Teil des Immunsystem und haben eine wichtige Wächterfunktion in der Erkennung von Tumoren. Sie nehmen Tumorproteine auf, zerkleinern diese und präsentieren diese Peptide auf der Oberfläche an T -Zellen im drainierenden Lymphknoten um eine Immunantwort auszulösen. Die T-Zellen wiederum wandern als Effektorzellen des Immunsystems in die betroffenen Hautregionen ein und bekämpfen die Tumorzellen. Diese einzigartige Fähigkeit der dendritischen Zellen macht sie so interessant für Immuntherapien gegen Krebs und wurde bereits in Patient:innen gezeigt. Durch die Verabreichung von dendritischen Zellen kommt es zu einer Aktivierung von tumor-spezifischen T-Zellen, jedoch sind die klinischen Erfolge dieser Therapie begrenzt. Alternative therapeutische Ansätze wurden entwickelt, in denen die dendritischen Zellen in der Haut direkt mit Tumorantigenen beladen werden. Dafür werden die Tumorantigene auf verschiedenste Weise verabreicht, z.B. durch Koppelung an Antikörper, die direkt an dendritische Zellen binden, ein Ansatz der in klinischen Studien bereits verwendet wurde. Tumorantigene können aber auch in Nanopartikel verpackt werden, die mit spezifischen Liganden für dendritische Zellen dekoriert sind. In unserem FWF-Projekt haben wir nun diese Strategie verfolgt, und haben Langerhans Zellen, die sich in der äussersten Hautschicht der Epidermis befinden, als Zielzelle verwendet, da diese für Immunisierungsstrategien leicht zugänglich sind. Ein Ligand entwickelt von unseren Kooperationspartnern ermöglicht es über das Molekül Langerin Langerhans Zellen in der Haut direkt mit Antigenen zu beladen und somit eine T-Zellantworten hervorzurufen. Im Laufe der Studie haben sich jedoch einige Probleme ergeben hinsichtlich der Verpackung von Antigenen in Nanopartikeln und deren Stabilität im Hautmilieu. Daher haben wir in einer weiteren Kooperation eine alternative Therapie-Plattform evaluiert, die aus modifizierten Nukleotiden bestehen, die in unterschiedlichen Strukturen zusammengebaut werden, entweder als "Holliday Junctions" oder "Aptamere". In unserer Studie konnten wir zeigen, dass diese Nukleotid-Strukturen dekoriert mit Mannosezuckern an Langerin auf Langerhans Zellen binden können, die wiederum melanom-spezifizische Peptide gebunden an diese Strukturen an CD8 T-Zellen präsentieren können. Zusätzlich konnten wir erfolgreich diese Vakzine durch Applikation auf die Haut an Langerhans Zellen liefern. Unsere Ergebnisse zeigen die Vor-und Nachteile verschiedener Immunisierungstrategien, bei denen dendritischen Zellen in der Haut direkt addressiert werden können, um eine Imunnantwort gegen Melanom zu induzieren. In Folgestudien untersuchen wir nun die Stabilität dieser neuen Nuekleotid-basierten Vakzine in der Haut, deren Bindung an andere Subtypen von dendritischen Zellen und die Effizienz der T-Zellanwort zur Behandlung von Melanom aber auch anderen Hauterkrankungen.