Manipulation des Immunsystems -
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Manipulation des Immunsystems Manipulation des Immunsystems Anwendungen und Techniken Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Gliederung I Extrinsische Manipulation des Immunsystems: Warum und Wie? II Das Immunsystem als Werkzeug zur Tumorbekämpfung III Steuerung des Immunsystems zur Bekämpfung von Infektionen Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil I Extrinsische Manipulation des Immunsystems Warum und Wie? Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Extrinsische Manipulation – Anwendungen? Extrinsische Manipulation – Warum? • Allergie • Autoimmunerkrankungen • Transplantatabstoßung (HVGD) Theorie • Vieles über Zielmoleküle, fehlerhafte Prozesse bekannt – Steuerung / Eingriff möglich? • Etablierte Immunantwort / Zu erwartende neue Immunantwort Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Immunsupressiva Drei Klassen von gebräuchlichen Immunsupressiva • Kortikosteroide (Chortisol, Prednison) • Zytotoxische Medikamente (Cyclophosphamid) • Moleküle (von Pilzen oder Bakterien; Cyclosporin A) Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Kortikosteroide • Kortikosteroide (Chortisol, Prednison) • Komplexe Wirkung aufs Immunsystem und andere Gewebe • Gewichtszunahme, dünne Haut Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Zytotoxische Medikamente • Zytostatika = Zelle / anhalten (Hemmen der Proliferation) • Therapie von malignen Erkrankungen, Autoimmunerkrankungen • Azathioprine, Cyclophosphamid, Mycophenolat (Immunsystem) • Viele funktionellen Gruppen (DNA Synthese) • Nebenwirkungen (Anämie, Leukopenie, Thrombozytopenie, Darmepithel, Haarverlust) • Hohe Dosen: Absterben aller Leukozyten, Stammzellen – Stammzelltransplantation • Niedrige Dosen: Kombinationstherapien Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Immunsupressiva – Aus Pilzen und Bakterien Immunsupressiva • Transplantatabstoßung • Vergleichsweise wenig toxisch, maligne Erkrankungen • Immunophiline, intrazelluläre Proteine, Veränderung von Signalwegen für die Proliferation Cyklosporin A • Pilz; Tolypocladium inflatum Tacrolimus (FK506) • Bakterium: Strepomyces tsukabaensis Rapamycin • Bakterium: Stepomyces hygroscopicus Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Immunsupressiva – Aus Pilzen und Bakterien • Cyclosporin A und Tacrolimus hemmen Calcineurin in T-Zellen • Rapamycin bindet eine Kinase (mTOR), verhindert Aktivierung und Proliferation von T-Zellen Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Biologicals Def.: Mit biotechnologischen Methoden hergestellte Medikamente Therapeutische Antikörper Therapeutische Proteine Interferon α Epo Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Therapeutische Antikörper • Hochspezifisch • Anwendungen: Transplantatabstoßung (CD4), Lymphome/Leukemien (Campath1/Rituximab), Allergie (IgE), systemischer Schock (TNF-alpha), Autoimmunerkrankungen, solide Tumoren • Depleting – Non depleting (Apoptose, Abtöten – Änderung der Zellfunktion) • Vorteile: Relativ leicht zu generieren, geringe Nebenwirkungen, vereinfachte Zulassung • Nachteile: Teuer, Biological, Fremdantigen • Maus, humanisiert, human Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Therapeutische Antikörper Nur Auswahl der zugelassenen oder in klinischer Studien befindlichen therap. Antikörper für Onkologie / Hämatologie (Wikipedia) Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Therap. AK - Zelldepletion Depleting • Depletion aller B-Zellen für einige Monate • Lymphome • SLE, RA • Depletion von T-Helferzellen, Induktion von T-Zelltoleranz Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Therapeutische AK - Zytokine • Zytokin als Zielmolekül • Bsp. αTNFalpha in Rheumatoider Arthritis • Tuberkulose Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Therapeutische AK - Adhäsionsmoleküle • Verhinderung der Einwanderung von Leukozyten bei Multipler Sklerose • Antikörper gegen Adhäsionsmoleküle (Anti VLA-4) • Erhöhte Virusanfälligkeit? Multiple Sklerose Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Therapeutische AK - Signalwege • Psoriasis • Hauptsächlich T-Zell vermittelt • CTLA4-Ig (bindet und inhibiert B7) Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Was wäre wenn? - Immunomodulation • Der Königsweg: Modulation einer bereits etablierten Autoimmunreaktion • Regulation von Zytokinen immer nur zeitweise • Induktion von regulatorischen T-Zellen αCD3 in Diabetes Typ1 • Regulation durch Antigen? – Induktion von regulatorischen T-Zellen anstatt einer Autoimmunantwort durch oral verabreichte Peptide (Tiermodelle) – „Vorsorge“ bei Menschen mit Prädisposition für Diabetes (nicht wirksam) – Shiften von TH1 zu TH2 (Vitamin D3, Peptide) Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil I - Zusammenfassung • 3 Klassen von Immunsupressiva – Kortikosteroide – Zytosstatika – Immunsupressiva (Pilzen und Bakterien) • Biologicals (Antikörper, therapeutische Proteine) – Depletierende AK – Anti Zytokin AK – Adhäsionsmoleküle • Immunomodulation Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil II Das Immunsystem als Werkzeug zur Tumorbekämpfung? Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Immunantwort gegen Tumore • • • • • Das Immunsystem kann Tumore bekämpfen (hauptsächlich Virus assoziierte Tumore) T-Zellen werden benötigt Eleminierungsphase - Immune surveillance Gleichgewichtsphase-Immunoediting Entkommensphase – escape phase Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Tumoren verhindern Erkennung durchs IS • Warum keine T-Zellantwort gegen die meisten spontan auftretenden Tumore? – Wenig Tumorantigene (spezifisch?) – Keine Costimulation (kein Infekt) • Veränderungen in Tumorzellen begünstigen das Entkommen in der Gleichgewichts phase Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Tumoren verhindern Erkennung durchs IS • NK Zellen können MHCI niedrig exprimierende Varianten erkennen Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Tumorantigene • Hinweise auf ineffiziente Immunantworten • Spontan Remission • Idee: Immunantworten gegen diese Antigene zu triggern /zu verstärken Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil T-Zell Immuntherapie • Idee: Immunantworten gegen diese Antigene zu triggern /zu verstärken • Adoptiver T-Zelltransfer – Ex vivo Vermehrung – IL-2, αCD3 und allogenen APCs – Limitierungen • Transfektion von Genen für tumorspezifische T-Zellrezeptoren (retroviraler Transfer) in autologe TZellen Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Therapeutische Antikörper in der Onkologie • Geringe „Toxizität“ • Konjugate • Bispezifische AK Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Therapeutische Antikörper in der Onkologie Hauptlimitierungen • Immunmodulation • Ineffizientes Abtöten • Infeffiziente Penetration des AK in das Gewebe • Kindnappen des AK durch abgespaltene Proteinanteile Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Tumorvakzinierung? – Vorsorge und Behandlung Vorsorge • Virus assoziierte Tumoren – Schutz vor Primärinfektion = Schutz vor Tumor • HPV – Gebärmutterhalskrebs • Impfung zu 100% erfolgreich bei den zwei häufigsten Stämmen (machen ca. 70% der Fälle aus) Therapie • Vakzine gegen Tumorantigene • Tumorantigene plus Adjuvants Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Tumorvakzination? – Vorsorge und Behandlung Therapie • Vakzine gegen Tumorantigene • Tumorantigene plus Adjuvants • Bereitstellung von kostimulatorischen Signalen Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil II - Zusammenfassung • Das Immunsystem bekämpft Tumore (vor allem virusassoziierte) – Warum nicht effizient? – Selektion von Tumorzellen • Tumorantigene • T Zellimmuntherapie • Therapeutische AK in der Onkologie – Unkonjugiert / Konjugiert – Limitierung • Tumorvakzinierung Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil III Steuerung des Immunsystems zur Bekämpfung von Infektionen Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Vakzinierung - Impfung • Hygiene und Impfung • Pocken, ca. 30% Lethalität (unbehandelt) • Erste Versuche mit unverändertem lebenden Pockenerregern (wenig abgeschwächte Viren) • Nah verwandter wenig pathogener Erreger (Kuhpocken) • Heutzutage sind die Pocken ausgerottet Attenuierte Lebedimpfstoffe Masern, Mumps, Polio Getötete Pathogene / v Pathogenkomponenten Tetanus, Diphterie, Keuchhusten Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Empfohlenes Impfschema (USA) Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Fehlender Impfschutz Bilharziose Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Anforderungen an ein Vakzin • Herdenimmunität (Schutz von ungeimpften Personen) • Totimpfstoffe immer bevorzugt • Impfung gegen Bordetella pertussis (Keuchhusten) – Getötete Erreger, hohe Nebenwirkungsrate – Wissen um AK Zielmoleküle / verbesserter Impfstoff (einzelne Komponenten) Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Konjugierte Vakzine • Konjubiertes Vakzin gegen Haemophilus influenzae typ B (Hib) • Polysaccharid von Hib konjubiert an tetanus toxoid protein • Ermöglicht auf Vakzinierung gegen Lipopolysaccharide bei Kindern unter 2 Jahren • Konvertierung einer Immunantwort Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Notwendigkeit für Adjuvans • Erfolgreiche Impfstoffe müssen Kostimulatorische Signale vermittels (Adjuvans) Aktivierung APCs • Häufig über TLR (LPS, CpG DNA, Lipoprotein Komponenten) • Effizienz versus Toxizität • Steuerung der Art der Immunreaktion durch das Adjuvans – Pertussin oder cholera toxin induzieren Immunität in der Darmmucosa Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Attenuierte Viren als Impfstoff • Was sind attenuierte Viren? • Attenuierte Viren meist effizienter als abgetötete Viren • Gefahr der Rückmutation / immunkomprimierte Menschen Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Attenuierte Viren als Impfstoff • Gentechnik • Inaktivierung der Gene für die Virulenz Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Reverse Genetik – Peptide als Impfstoff • Versuch einen Malaria Impfstoff zu entwickeln • Peptide identifiziert die B und T-Zellen aktivieren können • Problem: MHC Restriktion, nicht stark immunogen, kaum MHCI Antwort Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Applikation des Vakzins • Applikation des Vakzins per Spritze (unangenehm, geschultes Personal) • Nicht der „normale“ Infektionsweg • Immunsystem des Darms noch nicht verstanden (Toleranz, Eintrittspforte der meisten Infekte) • Konjugierte Vakzine Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil DNA Vakzinierung • Plasmide kodierend für mikrobielle Immunogene und Zytokine (IL-12, IL-23, GM-CSF) auf Metallpartikeln injiziert in Muskelgewebe • Genpistole Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Targeting des Vakzins zu APCs • Prevent proteolysis Injection • Coating with Mannose (Mannosereceptor) • Antigen-CTLA4 Fusionsproteine (B7 binding on APCs) • Antigen-αDC-Antikörper Fusionsproteine • Antigen plus Signalpeptid für Lysosomen, intrazellulär, MHCII Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Vakzinierung als Therapie für chronische Infektionen • Infektionsbekämpfung durch „Schulung“ des IS? • Transfer von patienteneigenen DCs beladen mit inaktivierten HIV • Wirkung hält bis zu einem Jahr Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil III Zusammenfassung • Impfung – Attenuierte Lebendimpstoffe/abgetötete Pathogene oder Bestandteile • Fehlende Impfung für viele wichtige Krankheiten (Malaria, Bilharziose) • Herdenimmunität • Rolle des Adjuvans • Attenuierte Viren als Impfstoff • Peptide als Impfstoff? • Impfweg • DNA Vakzinierung Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil Übungsfragen • • • • • • • • • • • • • Argumentieren Sie: Warum ist es einfacher eine Immunantwort zu verhindern, als eine bestehende Immunantwort zu verhindern? Warum ist chronischer Stress schädlich für uns bzw. unsere Immunität? Aus welche Gründen sollte man Leukozyten in einem Patienten depletieren und welche Mittel dafür haben sie kennen gelernt? Welche Anwendungsmöglichkeiten für therapeutische AK kenne Sie? Wie können therapeutische AK auf die Zielstrukturen wirken? (5 Beispiele) Was versteht man unter Immunomodulation? Warum kann das Immunsystem maligne Zellen als „fremd“ oder in anderen Fällen nicht als „fremd“ erkennen? Welche Mechanismen nutzen Tumorzellen um dem Immunsystem zu entgehen? Was ist adoptiver Transfer? Was könnten die Schwierigkeiten bei dieser Technick sein? Was ist Herdenimmunität? Was sind attenuierte Viren und was ist die „Gefahr“ bei diesem Impfstoff? Was sind konjugierte Vakzine und wie funktionieren sie? Was wäre der Vorteil einer DNA Vakzinierung? Immunologievorlesung 3.6.2009 Dr. Ines Pfeil
