Immuntherapie mit dendritischen Zellen:

von den Anfängen bis zum Nobelpreis

Nikolaus Romani Univ.-Klinik f. Dermatologie & Venerologie, Innsbruck und

Oncotyrol, Center for Personalized Cancer Medicine, Innsbruck Vortrag ÖGBT Wien am 6. Juni 2013

Nobel Prize in Medicine 2011

"for his discovery of the dendritic cell and its role in adaptive immunity”

Paul Ehrlich Adaptive Immunity

Ilya Ilyich Metchnikov Innate Immunity

1908 Nobel Prize “in recognition of their work on immunity”

Dendritic Cells

from: Nobel Lecture, 7.12.2011, Stockholm by Michel Nussenzweig

1973

Dendritische Zelle

dendros

M

A

T

U

R

A

T

I

O

N

Epidermis

Basalmembran Dermis

Lymphgefäß

Lymphknoten

T Zellen

1. Antigenaufnahme!

Migration von dendritischen Zellen

Langerhanszellen

Dermale DZ 2. Antigen

prozessierung!

3. Antigentransport!

4. Antigenpräsentation!

© Prof. Patrizia Stoitzner, Dermatologie, Innsbruck

© Prof. Kristian Pfaller, Histologie, Innsbruck

Lymphgefäß in der Dermis der humanen Haut mit

wandernden dendritischen Zellen

© P

rof. K

ristian P

faller, H

istolo

gie, In

nsb

ruck

kleine, ruhende Lymphozyten

Dendritische Zellen; immunhistochemisch mit Antikörpern gegen MHC II braun gefärbt

„mixed leukocyte reaction“: Lymphozyten von einem Individuum (Mausstamm oder Mensch); DZ von einem anderen

kleine, ruhende Lymphozyten

große, aktivierte Lymphoz.

dendritische Zelle

Aktivieren Helferzellen für Antikörper

extrazelluläre Bakterien, Toxine (z.B. Tetanus)

Impfschutz

Aktivieren Killerzellen

Virus(infizierte Zellen)

Krebszellen

Aktivieren Helferzellen für Freßzellen

intrazelluläre Bakterien (z.B. Leprabazillen)

T cell

Dendritic cell

“Sentinels”

“Sensors”

Antigen uptake, processing, and presentation

of peptide-MHC complexes

(endocytic system)

Migration and homing

to the T cell areas

(e.g., chemokines)

Maturation in response to

microbial & other stimuli

(toll like receptors, CD40)

Dendritic Cells: Some Biological Features

And other lymphocytes

“Conductors

of the immune

Symphony”

RMS from: Ralph Steinman, 2011

Entwicklung der

Methoden

CD34+ GM-CSF + TNF-alpha

CD14+

GM-CSF + IL-4

Caux & Banchereau Nature 360:258, 1992

Sallusto et al. J Exp Med 179:1109, 1994 Romani et al. J Exp Med 180:83, 1994

Vorläuferzellen im Blut

seltene

häufige

Zellkulturschema

• Blutabnahme

• Entfernung von roten Blutkörperchen und

Granulozyten

• Restliche weisse Blutkörperchen werden

ausgesät

• Vorläufer von dendritischen Zellen

adhärieren ca. 24h lang

• Dendritische Zellen lösen sich dann ab

und schwimmen im Medium - unreif

• Dendritische Zellen reifen

Separation der weissen

Blutzellen

Separation der weissen

Blutzellen

Zellkulturschema

• Blutabnahme

• Entfernung von roten Blutkörperchen und

Granulozyten

• Restliche weisse Blutkörperchen werden

ausgesät

• Vorläufer von dendritischen Zellen

adhärieren ca. 24h lang

• Dendritische Zellen lösen sich dann ab

und schwimmen im Medium - unreif

• Dendritische Zellen reifen

NUNCTM Cell Factories

Zellkulturschema

• Blutabnahme

• Entfernung von roten Blutkörperchen und

Granulozyten

• Restliche weisse Blutkörperchen werden

ausgesät

• Vorläufer von dendritischen Zellen

adhärieren ca. 24h lang

• Dendritische Zellen lösen sich dann ab

und schwimmen im Medium - unreif

• Dendritische Zellen reifen

Adhärente Monozyten des Bluts,

die Vorläufer der dendritischen Zellen

Zellkulturschema

• Blutabnahme

• Entfernung von roten Blutkörperchen und

Granulozyten

• Restliche weisse Blutkörperchen werden

ausgesät

• Vorläufer von dendritischen Zellen

adhärieren ca. 24h lang

• Dendritische Zellen lösen sich dann ab

und schwimmen im Medium - unreif

• Dendritische Zellen reifen

Unreife humane dendritische Zellen,

aus den Monozyten des Bluts gewonnen

Zellkulturschema

• Blutabnahme

• Entfernung von roten Blutkörperchen und

Granulozyten

• Restliche weisse Blutkörperchen werden

ausgesät

• Vorläufer von dendritischen Zellen

adhärieren ca. 24h lang

• Dendritische Zellen lösen sich dann ab

und schwimmen im Medium - unreif

• Dendritische Zellen reifen

Reife humane dendritische Zellen,

aus den Monozyten des Bluts gewonnen

Weitere Methoden

Direkte Isolation aus Blut

• MACS

• FACS

Direkte Isolation aus der Haut

enzymatisch - Trypsin

Mature leukapheresis-derived DCs

CD14

CD25 CD40 CD86

CD83

CD11c+ dendritic cells in fresh blood

Step 3: CD11c / HLA-DR

double-labeling

Step 2: gate lineage- negative cells

Step 1: gate cells

from debris

Lin CD11c

HLA-DR HLA-DR

Grünbacher G, ... and Martin Thurnher

CD56+ human blood dendritic cells effectively promote TH1-type d T cell responses.

Blood, 114:4422-31, 2009

Verbesserung – Weiterentwicklung

Neue Typen von dendritischen Zellen

FSC

CD

14

CD56+

Immuntherapie

Immunsystem schützt

gegen „fremd / Gefahr“

Krebszellen sind „gefährlich“

Impfen / Immunisieren

gegen Krebs

Immune Surveillance of Cancer

Höhere Inzidenz von Krebs in Immunsupprimierten Viele Tumor-spezifische T Zellen und Antikörper Infiltration von Tumoren mit Immunzellen – Korrelation mit Überleben

(z.B. Prof. Trajanoski)

Erste FDA Zulassung einer Zelltherapie im April 2010

Today the question is not if, but how the immune system controls cancer

FDA approval

CD83+ blood dendritic cells as a vaccine for immunotherapy of

metastatic renal-cell cancer

Lorenz Höltl, Claudia Rieser, Christine Papesh,

Reinhold Ramoner, Georg Bartsch, Martin Thurnher

Dendritic cells are the most potent stimulators of antigenspecific immune responses

including antitumour responses.1–3 Potent immunostimulatory dendritic cells can be

isolated from peripheral blood or cultured from circulating precursor cells.1–4 The

safety and efficacy of these cells is now being tested in clinical trials; data from skin,

prostate, and B-lymphocyte have already been published.1–3

We did a pilot study of cultured blood dendritic cells in patients with metastatic

renal-cell carcinoma according to a protocol approved by the local ethical committee.

…….

THE LANCET • Vol 352 • October 24, 1998

Cell Therapy Unit - CTU geleitet von Prof. Martin Thurnher und Prof. Nikolaus Romani

Blood sample

Tumor antigen loading

Cell differentiation Cell maturation Precursor cell Dendritic cell

„Anti-tumor vaccine“

Cell isolation

© Cell Therapy Unit

Blood cells

Tyrosinase

z.B. Tumor-Peptide

http://www.biospherix.com/en/your-cells/cell-therapy.html

http://www.biospherix.com/en/your-cells/cell-therapy.htmlhttp://www.biospherix.com/en/your-cells/cell-therapy.htmlhttp://www.biospherix.com/en/your-cells/cell-therapy.htmlhttp://www.biospherix.com/en/your-cells/cell-therapy.htmlhttp://www.biospherix.com/en/your-cells/cell-therapy.html

Ebner S, Neyer S, Hofer S, Nussbaumer W, Romani N, Heufler C. Generation of large

numbers of dendritic cells from leukocyte removal filters for whole blood – an alternative to

standard buffy coats. J Immunol Methods, 252:93-104, 2001

Höltl L, Ramoner R, Zelle-Rieser C, Gander H, Putz T, Papesh C, Nussbaumer W,

Falkensammer C, Bartsch G, Thurnher M. Allogeneic dendritic cell vaccination against

metastatic renal cell carcinoma with or without cyclophosphamide. Cancer Immunol

Immunother. 54:663-70, 2005

Putz T, Gander H, Ramoner R, Zelle-Rieser C, Rahm A, Nussbaumer W, Bartsch G, Höltl

L, Thurnher M. Generation of clinical-grade monocyte-derived dendritic cells using the

CliniMACS system. Methods Mol Med. 109:71-82, 2005

Grünbacher G, Gander H, Rahm A, Nussbaumer W, Romani N, Thurnher M. CD56+ human

blood dendritic cells effectively promote TH1-type d T cell responses. Blood, 114:4422-

4431, 2009

Grünbacher G, Gander H, Nussbaumer O, Nussbaumer W, Rahm A, Thurnher M. IL-2

costimulation enables statin-mediated activation of human NK cells, preferentially through

a mechanism involving CD56+ dendritic cells. Cancer Res. 70:9611-20, 2010

Lymph node

Lymphatic vessel

Skin injection of dendritic cells

after Vacc. 4

Tyrosinase A1

ELISPOT

before Vacc.

Tyrosinase A1

Melan DR4

Melan DR4

T lymphocytes - responses in blood

(Interferon - γ)

DC Therapie plus additional

standard chemo

Melanom + 13 Monate bei non HLA-A1

+ 7 Monate bei allen

Kostenschätzung pro Behandlung mit DC ~10.000

Natürlich und spezifisch

Persistierend (immunol. Memory): verlängertes Überleben

Gut vertragen: erhält Lebensqualität

Yervoy ® (ipilimumab) Bristol-Myers Squibb

fully human anti-CTLA-4 mAb, is in Phase III trials in advanced

melanoma. Yervoy may work by allowing the body’s immune system to

recognize, target, and attack cells in melanoma tumors.

FDA approval March 25, 2011

Melanom

Das Ende der Dendritischen Zell Therapie?

Kombinationen:

Zelboraf vs. Zelboraf + DC

Ipilimumab vs. Ipilimumab + DC

PD-1 vs. PD-1 + DC

Das Ende der Dendritischen Zell Therapie?

NEIN!! ganz im Gegenteil

Immuntherapie +

Chemo bzw. targeted therapies

Aktivierung definierter Dendritischer Zellen

Verstärkte Killerzell Antworten!!

“Targeting“ / Adressieren der Behandlung

Flacher V, ... Romani N. Epidermal Langerhans cells rapidly capture and present antigens from C-type lectin-targeting antibodies deposited in the dermis.

Journal of Investigative Dermatology, 130:755-62, 2010

Targets:

CD205 / DEC-205

CD207 / Langerin

Der letzte Weg zum

Nobelpreis

Cancer patients also illustrate most poignantly the difficulties with the currently

prevailing therapies against diseases that interact with the immune system. These

drugs can have toxic and ‘‘offtarget’’ side effects and typically require frequent use.

Vaccines, in contrast, offer the ultimate ‘‘targeted’’ therapy because they have the

capacity to reach many specific targets in tandem, such as the many alterations in

cancer cells, and because they remain directed and durable in their effects.

Steinman, Immunity, September 2008

Ralph M. Steinman

1943 - 2011