Warum Tierversuche?

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Tierversuche
verstehen
Notwendigkeit von Tierversuchen
in der biomedizinischen Forschung
Beispiel: Krebsforschung
Prof. Dr. M. Lohoff
Warum Tierversuche?
2
Warum Tierversuche?
1)  Tiere werden eingesetzt, wenn man wissen muss, was in einem gesamten, lebenden Körper passiert, der viel komplexer ist, als die Summe seiner einzelnen Teile. 3
Warum Tierversuche?
1)  Tiere werden eingesetzt, wenn man wissen muss, was in einem gesamten, lebenden Körper passiert, der viel komplexer ist, als die Summe seiner einzelnen Teile. 2)  Es ist manchmal unmöglich, die Verwendung von lebenden Tieren in der Forschung durch alternaDve Methoden kompleF zu ersetzen. 4
Warum Tierversuche?
1)  Tiere werden eingesetzt, wenn man wissen muss, was in einem gesamten, lebenden Körper passiert, der viel komplexer ist, als die Summe seiner einzelnen Teile. 2)  Es ist manchmal unmöglich, die Verwendung von lebenden Tieren in der Forschung durch alternaDve Methoden kompleF zu ersetzen. 3)  In-­‐vitro-­‐Verfahren und Computermodelle spielen eine wichDge Rolle zur Ergänzung von Daten aus Tiermodellen. 5
Warum Tierversuche?
1)  Tiere werden eingesetzt, wenn man wissen muss, was in einem gesamten, lebenden Körper passiert, der viel komplexer ist, als die Summe seiner einzelnen Teile. 2)  Es ist manchmal unmöglich, die Verwendung von lebenden Tieren in der Forschung durch alternaDve Methoden kompleF zu ersetzen. 3)  In-­‐vitro-­‐Verfahren und Computermodelle spielen eine wichDge Rolle zur Ergänzung von Daten aus Tiermodellen. 4)  Tierexperimente sind Voraussetzung für entscheidende FortschriFe in der Therapie von Krankheiten. Tierversuche haben eine wichDge Rolle bei fast allen medizinischen Durchbrüchen im letzten Jahrzehnt gespielt. 6
Warum Tierversuche?
1)  Tiere werden eingesetzt, wenn man wissen muss, was in einem gesamten, lebenden Körper passiert, der viel komplexer ist, als die Summe seiner einzelnen Teile. 2)  Es ist manchmal unmöglich, die Verwendung von lebenden Tieren in der Forschung durch alternaDve Methoden kompleF zu ersetzen. 3)  In-­‐vitro-­‐Verfahren und Computermodelle spielen eine wichDge Rolle zur Ergänzung von Daten aus Tiermodellen. 4)  Tierexperimente sind Voraussetzung für entscheidende FortschriFe in der Therapie von Krankheiten. Tierversuche haben eine wichDge Rolle bei fast allen medizinischen Durchbrüchen im letzten Jahrzehnt gespielt. 5)  Tierexperimente sind entscheidend, um den späteren Erfolg beim Menschen vorauszusagen. 7
Warum Tierversuche?
1)  Tiere werden eingesetzt, wenn man wissen muss, was in einem gesamten, lebenden Körper passiert, der viel komplexer ist, als die Summe seiner einzelnen Teile. 2)  Es ist manchmal unmöglich, die Verwendung von lebenden Tieren in der Forschung durch alternaDve Methoden kompleF zu ersetzen. 3)  In-­‐vitro-­‐Verfahren und Computermodelle spielen eine wichDge Rolle zur Ergänzung von Daten aus Tiermodellen. 4)  Tierexperimente sind Voraussetzung für entscheidende FortschriFe in der Therapie von Krankheiten. Tierversuche haben eine wichDge Rolle bei fast allen medizinischen Durchbrüchen im letzten Jahrzehnt gespielt. 5)  Tierexperimente sind entscheidend, um den späteren Erfolg beim Menschen vorauszusagen. 6)  Wir teilen 99% unserer Gene mit einer Maus, daher sind sie ein effekDves Modell für den menschlichen Körper. 8
Warum Tierversuche?
1)  Tiere werden eingesetzt, wenn man wissen muss, was in einem gesamten, lebenden Körper passiert, der viel komplexer ist, als die Summe seiner einzelnen Teile. 2)  Es ist manchmal unmöglich, die Verwendung von lebenden Tieren in der Forschung durch alternaDve Methoden kompleF zu ersetzen. 3)  In-­‐vitro-­‐Verfahren und Computermodelle spielen eine wichDge Rolle zur Ergänzung von Daten aus Tiermodellen. 4)  Tierexperimente sind Voraussetzung für entscheidende FortschriFe in der Therapie von Krankheiten. Tierversuche haben eine wichDge Rolle bei fast allen medizinischen Durchbrüchen im letzten Jahrzehnt gespielt. 5)  Tierexperimente sind entscheidend, um den späteren Erfolg beim Menschen vorauszusagen. 6)  Wir teilen 99% unserer Gene mit einer Maus, daher sind sie ein effekDves Modell für den menschlichen Körper. 7)  Deutschland gehört weltweit zu den Ländern mit den höchsten Standards im Bereich Tierschutz. 9
Warum Tierversuche?
1)  Tiere werden eingesetzt, wenn man wissen muss, was in einem gesamten, lebenden Körper passiert, der viel komplexer ist, als die Summe seiner einzelnen Teile. 2)  Es ist manchmal unmöglich, die Verwendung von lebenden Tieren in der Forschung durch alternaDve Methoden kompleF zu ersetzen. 3)  In-­‐vitro-­‐Verfahren und Computermodelle spielen eine wichDge Rolle zur Ergänzung von Daten aus Tiermodellen. 4)  Tierexperimente sind Voraussetzung für entscheidende FortschriFe in der Therapie von Krankheiten. Tierversuche haben eine wichDge Rolle bei fast allen medizinischen Durchbrüchen im letzten Jahrzehnt gespielt. 5)  Tierexperimente sind entscheidend, um den späteren Erfolg beim Menschen vorauszusagen. 6)  Wir teilen 99% unserer Gene mit einer Maus, daher sind sie ein effekDves Modell für den menschlichen Körper. 7)  Deutschland gehört weltweit zu den Ländern mit den höchsten Standards im Bereich Tierschutz. 8)  Tierversuche dürfen nur nach Genehmigung durchgeführt werden. 10
Warum Tierversuche?
1)  Tiere werden eingesetzt, wenn man wissen muss, was in einem gesamten, lebenden Körper passiert, der viel komplexer ist, als die Summe seiner einzelnen Teile. 2)  Es ist manchmal unmöglich, die Verwendung von lebenden Tieren in der Forschung durch alternaDve Methoden kompleF zu ersetzen. 3)  In-­‐vitro-­‐Verfahren und Computermodelle spielen eine wichDge Rolle zur Ergänzung von Daten aus Tiermodellen. 4)  Tierexperimente sind Voraussetzung für entscheidende FortschriFe in der Therapie von Krankheiten. Tierversuche haben eine wichDge Rolle bei fast allen medizinischen Durchbrüchen im letzten Jahrzehnt gespielt. 5)  Tierexperimente sind entscheidend, um den späteren Erfolg beim Menschen vorauszusagen. 6)  Wir teilen 99% unserer Gene mit einer Maus, daher sind sie ein effekDves Modell für den menschlichen Körper. 7)  Deutschland gehört weltweit zu den Ländern mit den höchsten Standards im Bereich Tierschutz. 8)  Tierversuche dürfen nur nach Genehmigung durchgeführt werden. 9)  Tierversuche sind auf ein notwendiges Minimum zu beschränken. Richtlinie „Drei Rs“: reducDon, refinement and replacement (RedukDon, Verfeinerung und Ersatz) 11
Beitrag von Tierversuchen zur Etablierung einer
Therapie gegen schwarzen Hautkrebs
12
Schwarzer Hautkrebs (malignes Melanom)
•  hochgradig bösartiger Tumor
der Pigmentzellen Epidermis
Dermis
Subcutaneous
tissue
13
Schwarzer Hautkrebs (malignes Melanom)
•  hochgradig bösartiger Tumor
der Pigmentzellen Epidermis
•  streut früh Metastasen
Dermis
Subcutaneous
tissue
14
Schwarzer Hautkrebs (malignes Melanom)
•  hochgradig bösartiger Tumor
der Pigmentzellen Epidermis
•  streut früh Metastasen
Dermis
•  am häufigsten tödlich
verlaufende Hautkrankheit
Subcutaneous
tissue
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Schwarzer Hautkrebs (malignes Melanom)
•  hochgradig bösartiger Tumor
der Pigmentzellen Epidermis
•  streut früh Metastasen
Dermis
•  am häufigsten tödlich
verlaufende Hautkrankheit
Subcutaneous
tissue
•  weltweit stark steigende
Anzahl an Neuerkrankungen
16
2001: Prognosefaktoren beim schwarzer Hautkrebs
•  2001- keine effektive
Therapiemöglichkeit
Balch et al. Prognostic Factors Analysis of 17,600 Melanoma Patients: Validation of the American Joint
Committee on Cancer Melanoma Staging System. J Clin Oncol. 2001, Vol 19, No 16, pp 3622-3634
17
2001: Prognosefaktoren beim schwarzer Hautkrebs
•  2001- keine effektive
Therapiemöglichkeit
X
X
•  20-40% der Patienten
sterben innerhalb von
6 Monaten
Balch et al. Prognostic Factors Analysis of 17,600 Melanoma Patients: Validation of the American Joint
Committee on Cancer Melanoma Staging System. J Clin Oncol. 2001, Vol 19, No 16, pp 3622-3634
18
2001: Prognosefaktoren beim schwarzer Hautkrebs
•  2001- keine effektive
Therapiemöglichkeit
X
X
X
X
•  20-40% der Patienten
sterben innerhalb von
6 Monaten
•  40-60% der Patienten
sterben innerhalb von
1 Jahr
Balch et al. Prognostic Factors Analysis of 17,600 Melanoma Patients: Validation of the American Joint
Committee on Cancer Melanoma Staging System. J Clin Oncol. 2001, Vol 19, No 16, pp 3622-3634
19
Wie haben Mausexperimente geholfen eine
effektivere Therapie zu etablieren?
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PD-­‐1 21
1992: Identifizierung und Charakterisierung des
Gens für das Protein PD-1 in Mauszelllinien
Ishida et al. Induced expression of PD-1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily,
upon programmed cell death. EMBO J. 1992 Vol 11, No. 11, pp 3887 – 3895
22
1992: Identifizierung und Charakterisierung des
Gens für das Protein PD-1 in Mauszelllinien
Ishida et al. Induced expression of PD-1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily,
upon programmed cell death. EMBO J. 1992 Vol 11, No. 11, pp 3887 – 3895
1994: Identifizierung des Gens für menschliches PD-1
Shinohara et al. Structure and Chromosomal Localization of the Human PD-1 Gene (PDCD1).
Genomics. 1994, Vol 23, pp 704-706
23
1992: Identifizierung und Charakterisierung des
Gens für das Protein PD-1 in Mauszelllinien
Ishida et al. Induced expression of PD-1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily,
upon programmed cell death. EMBO J. 1992 Vol 11, No. 11, pp 3887 – 3895
1994: Identifizierung des Gens für menschliches PD-1
unter Zuhilfenahme der Information von Maus PD-1
Abstract
Zusammenfassung
To determine the structure and chromosomal
location of the human PD-1 gene, we screened a
human T cell cDNA library by mouse PD-1 probe
and isolated a cDNA coding for the human PD1protein.
Um die Struktur und die chromosomale Lage des
menschlichen PD-1-Gens zu bestimmen, wurde
eine humane T-Zell-cDNA -Bibliothek mit der Maus
PD-1–Sonde durchsucht und eine cDNA, die für das
humane PD1-Protein kodiert, isoliert.
Shinohara et al. Structure and Chromosomal Localization of the Human PD-1 Gene (PDCD1).
Genomics. 1994, Vol 23, pp 704-706
24
Zudem wurde erforscht:
Immunzelle
vereinfachte Darstellung
25
Zudem wurde erforscht:
Immunzelle
PD-1
vereinfachte Darstellung
26
Zudem wurde erforscht:
Immunzelle
PD-1
PD-1 Partnermolekül
vereinfachte Darstellung
27
Zudem wurde erforscht:
Immunzelle
Signal
PD-1
PD-1 Partnermolekül
vereinfachte Darstellung
28
1999: Herstellung einer Maus ohne PD-1 Gen und daher
ohne PD-1 Eiweiß
Nishimura et al. Development of Lupus-like Autoimmune Diseases by Disruption of the PD-1 Gene
Encoding an ITIM Motif-Carrying Immunoreceptor. Immunity. 1999, Vol 11, pp 141–151
29
1999: Herstellung einer Maus ohne PD-1 Gen und daher
ohne PD-1 Eiweiß
Eine Maus ohne PD-1 entwickelt Autoimmun-Erkrankungen
(dabei greift das Immunsystem den eigenen Körper an)
Nishimura et al. Development of Lupus-like Autoimmune Diseases by Disruption of the PD-1 Gene
Encoding an ITIM Motif-Carrying Immunoreceptor. Immunity. 1999, Vol 11, pp 141–151
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1999: Herstellung einer Maus ohne PD-1 Gen und daher
ohne PD-1 Eiweiß
Eine Maus ohne PD-1 entwickelt Autoimmun-Erkrankungen
(dabei greift das Immunsystem den eigenen Körper an)
Fazit: PD-1 hat eine hemmende Funktion im Immunsystem
Immunzelle
hemmendes
Signal
PD-1 Partnermolekül
PD-1
vereinfachte Darstellung
Nishimura et al. Development of Lupus-like Autoimmune Diseases by Disruption of the PD-1 Gene
Encoding an ITIM Motif-Carrying Immunoreceptor. Immunity. 1999, Vol 11, pp 141–151
31
1999: Herstellung einer Maus ohne PD-1 Gen und daher
ohne PD-1 Eiweiß
Eine Maus ohne PD-1 entwickelt Autoimmun-Erkrankungen
(dabei greift das Immunsystem den eigenen Körper an)
Fazit: PD-1 hat eine hemmende Funktion im Immunsystem
Immunzelle
hemmendes
Signal
PD-1 Partnermolekül
PD-1
vereinfachte Darstellung
Entscheidend: Dieses Ergebnis war nicht vorhersehbar.
Nur dieses Mausmodell konnte die Entdeckung
ermöglichen.
Nishimura et al. Development of Lupus-like Autoimmune Diseases by Disruption of the PD-1 Gene
Encoding an ITIM Motif-Carrying Immunoreceptor. Immunity. 1999, Vol 11, pp 141–151
32
2004: Antikörper, welche die Funktion von PD-1 hemmen,
reduzieren die Metastasierung des Melanoms in Mäusen
Lebermetastasen
Iwai et al. PD-1 blockade inhibits hematogenous spread of poorly immunogenic tumor cells by
enhanced recruitment of effector T cells. Int Immunol. 2005, Vol 17, No 2, pp 133–144
2004: Antikörper, welche die Funktion von PD-1 hemmen,
reduzieren die Metastasierung des Melanoms in Mäusen
Lebermetastasen
Behandlung mit:
KontrollAntikörper
Iwai et al. PD-1 blockade inhibits hematogenous spread of poorly immunogenic tumor cells by
enhanced recruitment of effector T cells. Int Immunol. 2005, Vol 17, No 2, pp 133–144
2004: Antikörper, welche die Funktion von PD-1 hemmen,
reduzieren die Metastasierung des Melanoms in Mäusen
Lebermetastasen
Behandlung mit:
KontrollAntikörper
Antikörper
gegen PD-1
Iwai et al. PD-1 blockade inhibits hematogenous spread of poorly immunogenic tumor cells by
enhanced recruitment of effector T cells. Int Immunol. 2005, Vol 17, No 2, pp 133–144
2004: Antikörper, welche die Funktion von PD-1 hemmen,
reduzieren die Metastasierung des Melanoms in Mäusen
Lebermetastasen
Behandlung mit:
KontrollAntikörper
Antikörper
gegen PD-1
Ergebnis:
weniger Lebermetastasen
Iwai et al. PD-1 blockade inhibits hematogenous spread of poorly immunogenic tumor cells by
enhanced recruitment of effector T cells. Int Immunol. 2005, Vol 17, No 2, pp 133–144
Besondere Immunzellen zur Abwehr von
Tumoren und Viren sind T-Zellen
T-Zell-Rezeptor
T-Zelle
vereinfachte Darstellung
37
Besondere Immunzellen zur Abwehr von
Tumoren und Viren sind T-Zellen
Erkennung von Fremdmaterial (=Antigen)
durch einen hochspezifischen Rezeptor.
T-Zell-Rezeptor Antigen
T-Zelle
Tumor-Zelle /
virusinfizierte
Zelle
vereinfachte Darstellung
38
Besondere Immunzellen zur Abwehr von
Tumoren und Viren sind T-Zellen
Erkennung von Fremdmaterial (=Antigen)
durch einen hochspezifischen Rezeptor.
T-Zell-Rezeptor Antigen
T-Zelle
ss
Tötung
ignal
Tumor-Zelle /
virusinfizierte
Zelle
vereinfachte Darstellung
39
Besondere Immunzellen zur Abwehr von
Tumoren und Viren sind T-Zellen
Erkennung von Fremdmaterial (=Antigen)
durch einen hochspezifischen Rezeptor.
Abtötung der erkannten Zelle.
T-Zell-Rezeptor Antigen
T-Zelle
ss
Tötung
ignal
X
Tumor-Zelle /
virusinfizierte
Zelle
vereinfachte Darstellung
40
2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer
Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen
T-Zell-Rezeptor
T-Zelle
PD-1
vereinfachte Darstellung
Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection.
Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687
41
2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer
Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen
T-Zell-Rezeptor
Virus-Teil
(=Antigen)
Tumor-Zelle /
virusinfizierte
Zelle
T-Zelle
PD-1
PD1Partnermolekül
vereinfachte Darstellung
Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection.
Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687
42
2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer
Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen
Das Tötungssignal wird verhindert.
T-Zell-Rezeptor
ausgebremste
T-Zelle
h
Virus-Teil
(=Antigen)
Tumor-Zelle /
virusinfizierte
Zelle
emmt
PD-1
PD1Partnermolekül
vereinfachte Darstellung
Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection.
Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687
43
2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer
Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen
Aber diese Hemmung kann durch
einen Antikörper gegen PD-1 aufgehoben werden.
Virusinfizierte
Zelle
T-Zelle
PD-1
PD1-Partnermolekül
vereinfachte Darstellung
Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection.
Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687
44
2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer
Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen
Aber diese Hemmung kann durch
einen Antikörper gegen PD-1 aufgehoben werden.
Virusinfizierte
Zelle
T-Zelle
PD-1
PD1-Partnermolekül
Antikörper gegen PD-1
eliminieren das
Hemmsignal
vereinfachte Darstellung
Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection.
Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687
45
2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer
Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen
Aber diese Hemmung kann durch
einen Antikörper gegen PD-1 aufgehoben werden.
Virusinfizierte
Zelle
T-Zelle
Neustart?
PD-1
PD1-Partnermolekül
Antikörper gegen PD-1
eliminieren das
Hemmsignal
vereinfachte Darstellung
Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection.
Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687
46
2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer
Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen
Aber diese Hemmung kann durch
einen Antikörper gegen PD-1 aufgehoben werden.
Virusinfizierte
Zelle
T-Zelle
Neustart?
Neustart!
PD-1
PD1-Partnermolekül
Antikörper gegen PD-1
eliminieren das
Hemmsignal
vereinfachte Darstellung
Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection.
Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687
47
2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer
Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen
Aber diese Hemmung kann durch
einen Antikörper gegen PD-1 aufgehoben werden.
Tötungssignal
Virusinfizierte
Zelle
T-Zelle
Neustart?
Neustart!
PD-1
PD1-Partnermolekül
Antikörper gegen PD-1
eliminieren das
Hemmsignal
vereinfachte Darstellung
Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection.
Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687
48
2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer
Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen
Aber diese Hemmung kann durch
einen Antikörper gegen PD-1 aufgehoben werden.
Tötungssignal
T-Zelle
Neustart?
Neustart!
X
Virusinfizierte
Zelle
PD-1
PD1-Partnermolekül
Antikörper gegen PD-1
eliminieren das
Hemmsignal
vereinfachte Darstellung
Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection.
Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687
49
2006: Entdeckung einer T-Zell-Population mit PD-1 auf ihrer
Oberfläche bei einer chronischen Virusinfektion in Mäusen
Aber diese Hemmung kann durch
einen Antikörper gegen PD-1 aufgehoben werden.
X
Die chronische Infektion wird geheilt!
Tötungssignal
Virusinfizierte
Zelle
T-Zelle
Neustart?
Neustart!
PD-1
PD1-Partnermolekül
Antikörper gegen PD-1
eliminieren das
Hemmsignal
vereinfachte Darstellung
Barber et al. Restoring function in exhausted CD8 T cells during chronic viral infection.
Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-687
50
2012: Erste Anwendung von Antikörpern gegen PD-1 beim
menschlichen Melanom
Klar messbare, aber eingeschränkte therapeutische
Wirksamkeit
Topalian et al. Safety, Activity, and Immune Correlates of Anti-PD-1 Antibody in Cancer.
N Engl J Med. 2012; Vol 366, No 26, pp 2443–2454
51
2012: Erste Anwendung von Antikörpern gegen PD-1 beim
menschlichen Melanom
Klar messbare, aber eingeschränkte therapeutische
Wirksamkeit
28% der Patienten reagieren
Topalian et al. Safety, Activity, and Immune Correlates of Anti-PD-1 Antibody in Cancer.
N Engl J Med. 2012; Vol 366, No 26, pp 2443–2454
52
CTLA-­‐4 53
1987: Identifizierung des Gens für Maus CTLA-4
Brunet et al. A new member of the immunoglobulin superfamily - CTLA-4.
Nature. 1987, Vol 328, pp 267 – 270
54
1987: Identifizierung des Gens für Maus CTLA-4
Brunet et al. A new member of the immunoglobulin superfamily - CTLA-4.
Nature. 1987, Vol 328, pp 267 – 270
1988: Identifizierung des Gens für Human CTLA-4
Dariavach et al. Human Ig superfamily CTLA-4 gene: chromosomal localization and identity of protein
sequence between murine and human CTLA-4 cytoplasmic domains. Eur. J. Immunol. 1988, Vol18, pp
1901-1905
1987: Identifizierung des Gens für Maus CTLA-4
Brunet et al. A new member of the immunoglobulin superfamily - CTLA-4.
Nature. 1987, Vol 328, pp 267 – 270
1988: Identifizierung des Gens für Human CTLA-4
Dariavach et al. Human Ig superfamily CTLA-4 gene: chromosomal localization and identity of protein
sequence between murine and human CTLA-4 cytoplasmic domains. Eur. J. Immunol. 1988, Vol18, pp
1901-1905
unter Zuhilfenahme der Information von Maus CTLA-4
Abstract
Zusammenfassung
Whereas the overall homology between the human
and murine CTLA-4 proteins is 76%, there is,
remarkably, a complete identity of their cytoplasmic
domains. This complete interspecies conservation
comes in support of an important role for this
domain in CTLA-4 function.
Während die Gesamthomologie zwischen den
menschlichen und murinen CTLA-4 Proteinen 76%
beträgt, sind die cytoplasmatischen Domänen, bemerkenswerterweise, komplett identisch. Diese
vollkommene artenübergreifende Konservierung
weist auf eine wichtige Rolle dieser Domäne in der
CTLA-4 Funktion hin.
56
Zudem wurde erforscht:
Immunzelle
vereinfachte Darstellung
57
Zudem wurde erforscht:
Immunzelle
CTLA-4
vereinfachte Darstellung
58
Zudem wurde erforscht:
Immunzelle
CTLA-4
CTLA-4
Partnermolekül
vereinfachte Darstellung
59
Zudem wurde erforscht:
Immunzelle
Signal
CTLA-4
CTLA-4
Partnermolekül
vereinfachte Darstellung
60
1995: Herstellung einer CTLA-4 Gen-defizienten Maus
Waterhouse et al. Lmphoproliferative Disorders with Early Lethality in Mice Deficient in Ctla-4.
Science. 1995, Vol 270, pp 985-988
61
1995: Herstellung einer CTLA-4 Gen-defizienten Maus
Eine Maus ohne CTLA-4 entwickelt Autoimmun-Erkrankungen
(dabei greift das Immunsystem den eigenen Körper an)
Waterhouse et al. Lmphoproliferative Disorders with Early Lethality in Mice Deficient in Ctla-4.
Science. 1995, Vol 270, pp 985-988
62
1995: Herstellung einer CTLA-4 Gen-defizienten Maus
Eine Maus ohne CTLA-4 entwickelt Autoimmun-Erkrankungen
(dabei greift das Immunsystem den eigenen Körper an)
Fazit: CTLA-4 hat eine hemmende Funktion im Immunsystem
Immunzelle
hemmendes
Signal
CTLA-4 Partnermolekül
CTLA-4
vereinfachte Darstellung
Waterhouse et al. Lmphoproliferative Disorders with Early Lethality in Mice Deficient in Ctla-4.
Science. 1995, Vol 270, pp 985-988
63
1995: Herstellung einer CTLA-4 Gen-defizienten Maus
Eine Maus ohne CTLA-4 entwickelt Autoimmun-Erkrankungen
(dabei greift das Immunsystem den eigenen Körper an)
Fazit: CTLA-4 hat eine hemmende Funktion im Immunsystem
Immunzelle
hemmendes
Signal
CTLA-4 Partnermolekül
CTLA-4
vereinfachte Darstellung
Entscheidend: Dieses Ergebnis war nicht vorhersehbar.
Nur dieses Mausmodell konnte die Entdeckung
ermöglichen.
Waterhouse et al. Lmphoproliferative Disorders with Early Lethality in Mice Deficient in Ctla-4.
Science. 1995, Vol 270, pp 985-988
64
Nebenbei 2014: Bestätigung von Autoimmunität bei Fehlen
von CTLA-4 beim Menschen
Schubert et al. Autosomal dominant immune dysregulation syndrome in humans with CTLA4
mutations. Nat Med. 2014, Vol 20, No 12, 1410-6
65
1996: Blockade von CTLA-4 (durch Antikörper) verringert das
Wachstum von Darmkrebs in Mäusen
„Enthemmung“ des Immunsystems
Leach et al. Enhancement of Antitumor Immunity by CTLA-4 Blockade.
Science. 1996, Vol 271 No 5256, pp1734-6
66
1996: Blockade von CTLA-4 (durch Antikörper) verringert das
Wachstum von Darmkrebs in Mäusen
„Enthemmung“ des Immunsystems
Kontroll-Antikörper
Leach et al. Enhancement of Antitumor Immunity by CTLA-4 Blockade.
Science. 1996, Vol 271 No 5256, pp1734-6
67
1996: Blockade von CTLA-4 (durch Antikörper) verringert das
Wachstum von Darmkrebs in Mäusen
„Enthemmung“ des Immunsystems
Kontroll-Antikörper
Tumorgröße max. 95mm2
Leach et al. Enhancement of Antitumor Immunity by CTLA-4 Blockade.
Science. 1996, Vol 271 No 5256, pp1734-6
68
1996: Blockade von CTLA-4 (durch Antikörper) verringert das
Wachstum von Darmkrebs in Mäusen
„Enthemmung“ des Immunsystems
Kontroll-Antikörper
Tumorgröße max. 95mm2
Antikörper gegen CTLA-4
Leach et al. Enhancement of Antitumor Immunity by CTLA-4 Blockade.
Science. 1996, Vol 271 No 5256, pp1734-6
69
1996: Blockade von CTLA-4 (durch Antikörper) verringert das
Wachstum von Darmkrebs in Mäusen
„Enthemmung“ des Immunsystems
Kontroll-Antikörper
Tumorgröße max. 95mm2
Antikörper gegen CTLA-4
Tumorgröße max. 30mm2
Leach et al. Enhancement of Antitumor Immunity by CTLA-4 Blockade.
Science. 1996, Vol 271 No 5256, pp1734-6
70
2010 Erste Anwendung von anti-CTLA-4 beim
menschlichen Melanom
Klar messbare, aber eingeschränkte therapeutische Wirksamkeit
Hodi et al. Improved Survival with Ipilimumab in Patients with Metastatic Melanoma.
N Engl J Med. 2010, Vol 363, No 8, pp 711-23
71
2010 Erste Anwendung von anti-CTLA-4 beim
menschlichen Melanom
Klar messbare, aber eingeschränkte therapeutische Wirksamkeit
Kontrolle: OHNE Antikörper
gegen CTLA-4
Hodi et al. Improved Survival with Ipilimumab in Patients with Metastatic Melanoma.
N Engl J Med. 2010, Vol 363, No 8, pp 711-23
72
2010 Erste Anwendung von anti-CTLA-4 beim
menschlichen Melanom
Klar messbare, aber eingeschränkte therapeutische Wirksamkeit
Kontrolle: OHNE Antikörper
gegen CTLA-4
Behandlung OHNE Antikörper
gegen CTLA-4:
unter 10% überleben
Hodi et al. Improved Survival with Ipilimumab in Patients with Metastatic Melanoma.
N Engl J Med. 2010, Vol 363, No 8, pp 711-23
73
2010 Erste Anwendung von anti-CTLA-4 beim
menschlichen Melanom
Klar messbare, aber eingeschränkte therapeutische Wirksamkeit
mit Antikörper gegen CTLA-4
Kontrolle: OHNE Antikörper
gegen CTLA-4
Behandlung OHNE Antikörper
gegen CTLA-4:
unter 10% überleben
Hodi et al. Improved Survival with Ipilimumab in Patients with Metastatic Melanoma.
N Engl J Med. 2010, Vol 363, No 8, pp 711-23
74
2010 Erste Anwendung von anti-CTLA-4 beim
menschlichen Melanom
Klar messbare, aber eingeschränkte therapeutische Wirksamkeit
Behandlung MIT Antikörpern
gegen CTLA-4:
20% überleben
mit Antikörper gegen CTLA-4
Kontrolle: OHNE Antikörper
gegen CTLA-4
Behandlung OHNE Antikörper
gegen CTLA-4:
unter 10% überleben
Hodi et al. Improved Survival with Ipilimumab in Patients with Metastatic Melanoma.
N Engl J Med. 2010, Vol 363, No 8, pp 711-23
75
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Maus
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Maus
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Maus
Ohne Behandlung (keine Antikörper)
0% überleben
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Maus
Ohne Behandlung (keine Antikörper)
0% überleben
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Maus
Ohne Behandlung (keine Antikörper)
0% überleben
Antikörper gegen CTLA-4
ca. 10 % überleben
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Maus
Ohne Behandlung (keine Antikörper)
0% überleben
Antikörper gegen CTLA-4
ca. 10 % überleben
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Maus
Ohne Behandlung (keine Antikörper)
0% überleben
Antikörper gegen CTLA-4
ca. 10 % überleben
Antikörper gegen PD-1
ca. 25% überleben
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Maus
Ohne Behandlung (keine Antikörper)
0% überleben
Antikörper gegen CTLA-4
ca. 10 % überleben
Antikörper gegen PD-1
ca. 25% überleben
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Maus
Ohne Behandlung (keine Antikörper)
0% überleben
Antikörper gegen CTLA-4
ca. 10 % überleben
Antikörper gegen PD-1
ca. 25% überleben
Antikörper gegen PD-1 & CTLA-4
ca. 50% überleben
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Große, unabhängige Bestätigungsstudie:
Die Überlebenskurven sind völlig vergleichbar denen im Mausversuch.
Maus
Mensch
Ohne Behandlung (keine Antikörper)
0% überleben
Antikörper gegen CTLA-4
ca. 10 % überleben
Antikörper gegen PD-1
ca. 25% überleben
Antikörper gegen PD-1 & CTLA-4
ca. 50% überleben
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
Postow et al. Nivolumab and Ipilimumab versus Ipilimumab in Untreated Melanoma. N Engl J Med
2015,Vol 372, No 21, pp 2006-2017
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Große, unabhängige Bestätigungsstudie:
Die Überlebenskurven sind völlig vergleichbar denen im Mausversuch.
Maus
Mensch
Ohne Behandlung (keine Antikörper)
0% überleben
Antikörper gegen CTLA-4
ca. 10 % überleben
Antikörper gegen PD-1
ca. 25% überleben
Antikörper gegen PD-1 & CTLA-4
Antikörper gegen CTLA-4
ca. 50% überleben
ca. 22 % überleben
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
Postow et al. Nivolumab and Ipilimumab versus Ipilimumab in Untreated Melanoma. N Engl J Med
2015,Vol 372, No 21, pp 2006-2017
2010: Erstmaliger gemeinsamer Einsatz von Antikörpern
gegen CTLA-4 und PD-1 beim Melanom der Maus
Große, unabhängige Bestätigungsstudie:
Die Überlebenskurven sind völlig vergleichbar denen im Mausversuch.
Maus
Mensch
Antikörper
gegen
Ohne Behandlung (keine
Antikörper)
PD-1 & CTLA4
0% überleben
ca. 55% überleben
Antikörper gegen CTLA-4
ca. 10 % überleben
Antikörper gegen PD-1
ca. 25% überleben
Antikörper gegen PD-1 & CTLA-4
Antikörper gegen CTLA-4
ca. 50% überleben
ca. 22 % überleben
Curran et al. PD-1 and CTLA-4 combination blockade expands infiltrating T cells and reduces
regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–
4280
Postow et al. Nivolumab and Ipilimumab versus Ipilimumab in Untreated Melanoma. N Engl J Med
2015,Vol 372, No 21, pp 2006-2017
2013: Erstmaliger Einsatz von Antikörpern gegen
CTLA-4 UND PD-1 beim Melanom des Menschen
Jede Kurve zeigt die Tumorgröße bei einem Patienten.
Wolchok et al. Nivolumab plus Ipilimumab in Advanced Melanoma.
N Engl J Med. 2013, Vol 369 No 2, pp 122-33
88
2013: Erstmaliger Einsatz von Antikörpern gegen
CTLA-4 UND PD-1 beim Melanom des Menschen
Jede Kurve zeigt die Tumorgröße bei einem Patienten.
Ergebnis:
Ansprechrate: 53%
Wolchok et al. Nivolumab plus Ipilimumab in Advanced Melanoma.
N Engl J Med. 2013, Vol 369 No 2, pp 122-33
89
2013: Erstmaliger Einsatz von Antikörpern gegen
CTLA-4 UND PD-1 beim Melanom des Menschen
Jede Kurve zeigt die Tumorgröße bei einem Patienten.
Ergebnis:
Ansprechrate: 53%
Tumorreduktion: > 80%
Wolchok et al. Nivolumab plus Ipilimumab in Advanced Melanoma.
N Engl J Med. 2013, Vol 369 No 2, pp 122-33
90
Die Krebs-Immuntherapie ist der
wissenschaftliche Durchbruch des Jahres
2013
Image: © Valerie Altounian/Science
Seitdem:
•  mehrere unabhängige Bestätigungen im Melanom
92
Seitdem:
•  mehrere unabhängige Bestätigungen im Melanom
•  Freigabe der Antikörper
Erwerb und Einsatz ohne Studie möglich
93
Seitdem:
•  mehrere unabhängige Bestätigungen im Melanom
•  Freigabe der Antikörper
Erwerb und Einsatz ohne Studie möglich
•  Rückkopplung von Dermatologen in großen Kliniken:
Die Antikörper helfen
94
2015: Erfolg beim (sonst tödlichen) Rezidiv von
Lymphknotenkrebs durch anti-PD-1
Ansell et al. PD-1 Blockade with Nivolumab in Relapsed or Refractory Hodgkin´s Lymphoma.
N Engl J Med. 2015, Vol 4, pp 311-9
95
2015: Erfolg beim (sonst tödlichen) Rezidiv von
Lymphknotenkrebs durch anti-PD-1
Ansell et al. PD-1 Blockade with Nivolumab in Relapsed or Refractory Hodgkin´s Lymphoma.
N Engl J Med. 2015, Vol 4, pp 311-9
96
2015: Erfolg beim (sonst tödlichen) Rezidiv von
Lymphknotenkrebs durch anti-PD-1
Ergebnis:
87% der Patienten sprechen auf die Behandlung an.
Ansell et al. PD-1 Blockade with Nivolumab in Relapsed or Refractory Hodgkin´s Lymphoma.
N Engl J Med. 2015, Vol 4, pp 311-9
97
Aber beim Melanom reagieren die
Hälfte der Patienten immer noch nicht!
98
Aber beim Melanom reagieren die
Hälfte der Patienten immer noch nicht!
Weitere Tierversuche oder
nicht?
99
Quellenangaben Balch et al. Prognos'c Factors Analysis of 17,600 Melanoma Pa'ents: Valida'on of the American Joint Commi@ee on Cancer Melanoma Staging System. J Clin Oncol. 2001, Vol 19, No 16, pp 3622-­‐3634 Ishida et al. Induced expression of PD-­‐1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily, upon programmed cell death. EMBO J. 1992 Vol 11, No. 11, pp 3887 – 3895 Shinohara et al. Structure and Chromosomal Localiza'on of the Human PD-­‐1 Gene (PDCD1). Genomics. 1994, Vol 23, pp 704-­‐706 Nishimura et al. Development of Lupus-­‐like Autoimmune Diseases by Disrup'on of the PD-­‐1 Gene Encoding an ITIM Mo'f-­‐Carrying Immunoreceptor. Immunity. 1999, Vol 11, pp 141–151 Iwai et al. PD-­‐1 blockade inhibits hematogenous spread of poorly immunogenic tumor cells by enhanced recruitment of effector T cells. Int Immunol. 2005, Vol 17, No 2, pp 133–144 Barber et al. Restoring func'on in exhausted CD8 T cells during chronic viral infec'on. Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-­‐687 Topalian et al. Safety, Ac'vity, and Immune Correlates of An'-­‐
PD-­‐1 An'body in Cancer. N Engl J Med. 2012; Vol 366, No 26, pp 2443–2454 Brunet et al. A new member of the immunoglobulin superfamily -­‐ CTLA-­‐4. Nature. 1987, Vol 328, pp 267 – 270 Dariavach et al. Human Ig superfamily CTLA-­‐4 gene: chromosomal localiza'on and iden'ty of protein sequence between murine and human CTLA-­‐4 cytoplasmic domains. Eur. J. Immunol. 1988, Vol18, pp 1901-­‐1905 Waterhouse et al. Lmphoprolifera've Disorders with Early Lethality in Mice Deficient in Ctla-­‐4. Science. 1995, Vol 270, pp 985-­‐988 Schubert et al. Autosomal dominant immune dysregula'on syndrome in humans with CTLA4 muta'ons. Nat Med. 2014, Vol 20, No 12, 1410-­‐6 Leach et al. Enhancement of An'tumor Immunity by CTLA-­‐4 Blockade. Science. 1996, Vol 271 No 5256, pp1734-­‐6 Hodi et al. Improved Survival with Ipilimumab in Pa'ents with Metasta'c Melanoma. N Engl J Med. 2010, Vol 363, No 8, pp 711-­‐23 Curran et al. PD-­‐1 and CTLA-­‐4 combina'on blockade expands infiltra'ng T cells and reduces regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–4280 Wolchok et al. Nivolumab plus Ipilimumab in Advanced Melanoma. N Engl J Med. 2013, Vol 369 No 2, pp 122-­‐33 Ansell et al. PD-­‐1 Blocade with Nivolumab in Relapsed or Refractory Hodgkin´s Lymphoma. N Engl J Med. 2015, Vol 4, pp 311-­‐9 100
Quellenangaben Balch et al. Prognos'c Factors Analysis of 17,600 Melanoma Pa'ents: Valida'on of the American Joint Commi@ee on Cancer Melanoma Staging System. J Clin Oncol. 2001, Vol 19, No 16, pp 3622-­‐3634 Ishida et al. Induced expression of PD-­‐1, a novel member of the immunoglobulin gene superfamily, upon programmed cell death. EMBO J. 1992 Vol 11, No. 11, pp 3887 – 3895 Shinohara et al. Structure and Chromosomal Localiza'on of the Human PD-­‐1 Gene (PDCD1). Genomics. 1994, Vol 23, pp 704-­‐706 Nishimura et al. Development of Lupus-­‐like Autoimmune Diseases by Disrup'on of the PD-­‐1 Gene Encoding an ITIM Mo'f-­‐Carrying Immunoreceptor. Immunity. 1999, Vol 11, pp 141–151 Iwai et al. PD-­‐1 blockade inhibits hematogenous spread of poorly immunogenic tumor cells by enhanced recruitment of effector T cells. Int Immunol. 2005, Vol 17, No 2, pp 133–144 Barber et al. Restoring func'on in exhausted CD8 T cells during chronic viral infec'on. Nature. 2006, Vol 439, No 7077, pp 682-­‐687 Topalian et al. Safety, Ac'vity, and Immune Correlates of An'-­‐
PD-­‐1 An'body in Cancer. N Engl J Med. 2012; Vol 366, No 26, pp 2443–2454 Brunet et al. A new member of the immunoglobulin superfamily -­‐ CTLA-­‐4. Nature. 1987, Vol 328, pp 267 – 270 Dariavach et al. Human Ig superfamily CTLA-­‐4 gene: chromosomal localiza'on and iden'ty of protein sequence between murine and human CTLA-­‐4 cytoplasmic domains. Eur. J. Immunol. 1988, Vol18, pp 1901-­‐1905 Waterhouse et al. Lmphoprolifera've Disorders with Early Lethality in Mice Deficient in Ctla-­‐4. Science. 1995, Vol 270, pp 985-­‐988 Schubert et al. Autosomal dominant immune dysregula'on syndrome in humans with CTLA4 muta'ons. Nat Med. 2014, Vol 20, No 12, 1410-­‐6 Leach et al. Enhancement of An'tumor Immunity by CTLA-­‐4 Blockade. Science. 1996, Vol 271 No 5256, pp1734-­‐6 Hodi et al. Improved Survival with Ipilimumab in Pa'ents with Metasta'c Melanoma. N Engl J Med. 2010, Vol 363, No 8, pp 711-­‐23 Curran et al. PD-­‐1 and CTLA-­‐4 combina'on blockade expands infiltra'ng T cells and reduces regulatory T and myeloid cells within B16 melanoma tumors. PNAS. 2010, Vol 107, No 9, pp 4275–4280 Wolchok et al. Nivolumab plus Ipilimumab in Advanced Melanoma. N Engl J Med. 2013, Vol 369 No 2, pp 122-­‐33 Ansell et al. PD-­‐1 Blocade with Nivolumab in Relapsed or Refractory Hodgkin´s Lymphoma. N Engl J Med. 2015, Vol 4, pp 311-­‐9 101
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