Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
3. Kursus für
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-Hals-Tumoren
Hamburg; 2. – 3. Februar 2012
Prinzipen der Tumorbiologie
als Basis für medikamentöse Tumortherapie bei Kopf-Hals-Tumoren
E. Dikomey
Labor für Strahlenbiologie & Experimentelle Radioonkologie
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
E. Dikomey
Lab. für Strahlenbiologie
& Exp. Radioonkologie
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
Ziel einer Tumortherapie:
• Heilung
– Inaktivierung aller Tumorzellen
– Welche Dosis wird benötigt?
• Schonung des Normalgewebes
– möglichst geringe Schädigung des Normalgewebes
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt?
– Zellkultur
unbestrahlt
100 Zellen
33 Kolonien
Bestrahlung
Monolayer
Zellkultur
Zellvereinzelung
Trypsin
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Aussaat
(Kolonien)
ZellSuspension
bestrahlt
100 Zellen
15 Kolonien
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt?
– Zellkultur
unbestrahlt
100 Zellen
33 Kolonien
(Überlebensrate)
Koloniebildungsrate (%)
100
10
bestrahlt
100 Zellen
15 Kolonien
1
0.1
0
1
2
3 4 5 6 7
Strahlendosis (Gy)
8
9
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
10
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt?
– Tumor
• Klinische Studien!!
• Präklinische Untersuchungen
33 Gy
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
sehr viele
überlebende Tumorzellen
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt?
– Tumor
• Klinische Studien!!
• Präklinische Untersuchungen
42 Gy
33 Gy
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
sehr viele
überlebende Tumorzellen
viele
überlebende
Tumorzellen
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt?
– Tumor
• Klinische Studien!!
• Präklinische Untersuchungen
50 Gy
42 Gy
33 Gy
eine einzige überlebende Tumorzelle
= Rezidiv (keine Heilung)
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
sehr viele
überlebende Tumorzellen
viele
überlebende
Tumorzellen
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt?
– Tumor
• Klinische Studien!!
• Präklinische Untersuchungen
60 Gy
50 Gy
42 Gy
33 Gy
eine einzige überlebende Tumorzelle
= Rezidiv (keine Heilung)
alle Tumorzellen wurden abgetötet
= Heilung
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
sehr viele
überlebende Tumorzellen
viele
überlebende
Tumorzellen
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt?
– Tumor
10000
60 Gy
Klone pro Tumor
1000
50 Gy
100
42 Gy
33 Gy
10
1
0
0
eine einzige überlebende Tumorzelle
= Rezidiv (keine Heilung)
Tumorkontrolle
10
20
30
40
Gesamtdosis (Gy)
50
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
60
70
alle Tumorzellen wurden abgetötet
= Heilung
sehr viele
überlebende Tumorzellen
viele
überlebende
Tumorzellen
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt?
– Tumor
100
10000
berechnet aus Anzahl der Klone
gemessen
80
Lokale Kontrolle (%)
Klone pro Tumor
1000
100
10
1
60
40
20
0
0
Tumorkontrolle
10
20
30
40
Gesamtdosis (Gy)
50
60
70
0
0
10
20
30
40
Gesamtdosis (Gy)
50
60
 Tumorkontrolle: wenn die letzte klonogene Tumorzelle inaktiviert wurde!
(Tumorstammzellen)
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
70
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt?
– Tumor
Baumann et al. Nat Rev Cancer 2008, 8:545-554
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Heilungen
–
–
–
–
Inaktivierung aller Tumorzellen
Welche Dosis wird benötigt?
Wie bewirkt Bestrahlung eine Abtötung der Tumorzellen?
Abtötung = Verlust der Teilungsfähigkeit
unbestrahlt
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
bestrahlt
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
Bestrahlung
DNA Schäden
p53
p53
Nicht - und falschreparierte DSBs
Letale
Chromosomenaberrationen
p21
G1-Arrest
Apoptose
Mitotischer
Zelltod
Verlust der Teilungsfähigkeit
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
Bestrahlung
DNA Schäden
Tumorzellen (p53 wt) nach 4Gy
p53
p53
Letale
Chromosomenaberrationen
p21
G1-Arrest
Nicht - und falschreparierte DSBs
Apoptose
Mitotischer
Zelltod
Verlust der Teilungsfähigkeit
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
- Mitotischer Zelltod
- G1-Arrest
- Apoptose
5%
ca. 30%
65%
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
Bestrahlung
DNA Schäden
Tumorzellen (p53 mut) nach 4Gy
p53
p53
- Mitotischer Zelltod
- G1-Arrest
- Apoptose
ca. 0-1%
3%
Letale
Chromosomenaberrationen
p21
G1-Arrest
Nicht - und falschreparierte DSBs
Apoptose
Mitotischer
Zelltod
Verlust der Teilungsfähigkeit
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
97%
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
– Mitotischer Zelltod
Röntgenstrahlung
(Photon)
!!!
Ionisation
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
– Mitotischer Zelltod
DNA-PK
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
LigaseIV
P
P
P
KU70 P
Nachweis von DNA-Doppelstrangbrüchen
P
KU80 P
P
P
P
XRCC4
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
P-H2AX-Foci
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
– Mitotischer Zelltod
DNA-PK
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
LigaseIV
P
P
P
KU70 P
P
KU80 P
P
P
P
XRCC4
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
Nachweis von DNA-Doppelstrangbrüchen
P-H2AX-Foci

Doppelstrangbruch-Reparatur ist sehr effektiv
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
- 96-99% werden repariert
- 1-4% werden nicht bzw. falsch repariert
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
– Mitotischer Zelltod
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
– Mitotischer Zelltod
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
– Mitotischer Zelltod
Falschreparatur
von 2 Doppelstrangbrüchen
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
– Mitotischer Zelltod
Mitose
G01-Phase
S-Phase
azentrisches
Fragment
Falschreparatur
von 2 Doppelstrangbrüchen
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Mikronuklei
- Verlust an DNA
- Verlust an Proteinen
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
– Mitotischer Zelltod
mit Mikronuklei
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
ohne Mikronuklei
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Verlust der Teilungsfähigkeit
– Mitotischer Zelltod
+ Cis-Platin
+ EGFR-Inhibitor
+ HPV
Bestrahlung
DNA Schäden
Tumorzellen (p53 wt) nach 4Gy
- Mitotischer Zelltod
- G1-Arrest
- Apoptose
5%
ca. 30%
65%
p53
p53
Letale
Chromosomenaberrationen
p21
G1-Arrest
Nicht - und falschreparierte DSBs
Apoptose
Mitotischer
Zelltod
Verlust der Teilungsfähigkeit
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Tumorzellen (p53 mut) nach 4Gy
- Mitotischer Zelltod
- G1-Arrest
- Apoptose
ca. 0-1%
3%
97%
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• EGFR-Inhibition und Bestrahlung
normal
Tumor
Tumor
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• EGFR-Inhibition und Bestrahlung
normal
Tumor
Tumor
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• EGFR-Inhibition und Bestrahlung
Bonner et al. 2006 NEJM
advanced head&neck tumor
n=424
Fragen:
 Mechanismen
 Heterogenität
 Normalgewebereaktion
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• EGFR-Inhibition und Bestrahlung
Bonner et al. 2006 NEJM
advanced head&neck tumor
n=424
Fragen:
 Mechanismen
 Heterogenität
 Normalgewebereaktion
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• EGFR-Inhibition und Bestrahlung
10 7
10 7
Control
Cetuximab (30nmol)
A549
Number of cells per ml
10 6
Number of cells per ml
Erlotinib (5µmol)
Tumor
Addition
of drug
10 5
10 4
0
1
2
3
4
5
6
7
Time (days)
8
9
FaDu
Control
Cetuximab (30nmol)
Erlotinib (5µmol)
10
Tumor
10 6
Addition
of drug
10 5
10 4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Time (days)
 Heterogenität bezüglich der Inhibitoren
 je mehr EGFR desto stärkere Hemmung der Proliferation
 aber nur bei Tumoren ohne Mutation im KRas-Gen
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
9
10
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• EGFR-Inhibition und Bestrahlung
1
FaDu
Tumor
Surviving fraction
Surviving fraction
Tumor
1
A549
0.1
0.1
X
Cetuximab  X
Erlotinib  X
X
Cetuximab  X
Erlotinib  X
0
2
4
X-ray dose (Gy)
6
0
 Heterogenität bezüglich der Inhibitoren
 Heterogenität bezüglich der Tumoren/Zelllinien
- Parameter unklar
Medikamentöse
-EGFR-Amplifikation ?
-KRas Mutation ?
Tumortherapie
-P53wt der
? Kopf-, Hals-Tumoren
2
4
X-ray dose, Gy
6
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• EGFR-Inhibition und Bestrahlung
– EGFR-Amplifikation
SAS
CEP7
EGFR
XT
XT + erlot.
XT + cetuxim.
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Gurtner et al. R&O 2011
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Strahlentherapie und HPV
J Clin Oncol 24:736-747. © 2006
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Strahlentherapie und HPV
J Clin Oncol 27:1992-1998. 2009
Rieckmann et al. IJROBP in prep.
Surving fraction at 6Gy, SF6
1
0.1
0.01
HPV-, p16-
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
HPV+, p16+
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
• Fragestellungen / Zukunft
– …
– EGFR-Inhibition
• Ursachen der Heterogenität identifizieren
• Molekulare Marker identifizieren
• Therapie stratifizieren!!!
– HPV
•
•
•
•
Molekularen Ursachen identifizieren
Marker für die heterogene Wirkung
Ziel: Therapie stratifizieren
…
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
Zellkultur: EGFR-Inhibition und Strahlenempfindlichkeit
Tumorzellen (p53 wt) nach 4Gy
1
A549
Surviving fraction at 6Gy
0.8
- Mitotischer Zelltod
- G1-Arrest
- Apoptose
5%
0.6
0.4
ca. 30%
0.2
Mitot.
Zelltod
Mitot.
Zelltod
G1Arrest
p53
mut
65%
KRas
wt
+
p53
mut
Tumorzellen (p53 mut) nach 4Gy
0.1
6Gy
+ Erlotinib
+
+
+
+
+
+
+
 Heterogenität bezüglich der Inhibitoren
 Heterogenität bezüglich der Zelllinien
• P53 abhängig
• KRas-Mutation abhängig
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
- Mitotischer Zelltod
- G1-Arrest
- Apoptose
ca. 0-1%
3%
97%
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
Tumor: EGFR-Inhibition und Strahlenempfindlichkeit
Tumor
○ Control
○ 40Gy
 BIBX(TKI)
FaDu
○ Control
 Cetuximab
FaDu
 BIBX(TKI) + 40Gy
○ 40Gy
 Cetuximab + 40Gy
○X

X+BIBX(TKI)
○X

X+Cetux
 großer Effekt auf Proliferation aber keine Verbesserung bezgl. Heilung
 zusätzlich Gewebe-abhängige Effekte (Tumorstammzellen)
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
EGFR-Inhibition und Bestrahlung
Bonner et al. 2006 NEJM
advanced head&neck tumor
n=424
Fragen:
 Mechanismen
 Heterogenität
 zellulär
 geweblich
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
Zellkultur: EGFR-Inhibition und Strahlenempfindlichkeit
Tumorzellen (p53 wt) nach 4Gy
- Mitotischer Zelltod
- G1-Arrest
- Apoptose
5%
KRas mut
APR
ca. 30%
65%
Tumorzellen (p53 mut) nach 4Gy
- Mitotischer Zelltod
- G1-Arrest
- Apoptose
ca. 0-1%
 Heterogenität bezüglich der Inhibitoren
 Heterogenität bezüglich der Zelllinien
• P53 abhängig
• KRas-Mutation abhängig
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
3%
97%
Kopf-Hals-Tumorzentrum des
Universitären Cancer Center Hamburg
EGFR-Inhibition und Bestrahlung
normal
KRasmut
APR
Tumor
Tumor
Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren
Herunterladen

MTT2012-Dikomey2 - Universitätsklinikum Hamburg