MTT2012-Dikomey2 - Universitätsklinikum Hamburg
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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
