Kopf-Hals-Tumorzentrum des Universitären Cancer Center Hamburg 3. Kursus für Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-Hals-Tumoren Hamburg; 2. – 3. Februar

Kopf-Hals-Tumorzentrum des Universitären Cancer Center Hamburg

3. Kursus fürMedikamentöse Tumortherapie der Kopf-Hals-TumorenHamburg; 2. – 3. Februar 2012

Prinzipen der Tumorbiologie als Basis für medikamentöse Tumortherapie bei Kopf-Hals-Tumoren

E. Dikomey

Labor für Strahlenbiologie & Experimentelle RadioonkologieUniversitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

E. DikomeyLab. für Strahlenbiologie& Exp. Radioonkologie

Medikamentöse Tumortherapie der Kopf-, Hals-Tumoren


Ziel einer Tumortherapie:

• Heilung– Inaktivierung aller Tumorzellen– Welche Dosis wird benötigt?

• Schonung des Normalgewebes– möglichst geringe Schädigung des Normalgewebes



• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? – Zellkultur

MonolayerZellkultur Zell-

Suspension

Bestrahlung

ZellvereinzelungTrypsin Aussaat

(Kolonien)

unbestrahlt100 Zellen33 Kolonien

bestrahlt100 Zellen15 Kolonien



• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? – Zellkultur

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.1

1

10

100

Strahlendosis (Gy)

Kol

onie

bild

ungs

rate

(%)

(Übe

rlebe

nsra

te)

unbestrahlt100 Zellen33 Kolonien

bestrahlt100 Zellen15 Kolonien



• Heilungen: Welche Dosis wird benötigt? – Tumor

• Klinische Studien!!• Präklinische Untersuchungen

33 Gy

sehr vieleüberlebende Tumorzellen



33 Gy


42 Gy

vieleüberlebendeTumorzellen





33 Gy


42 Gy


50 Gy

eine einzige überlebende Tumorzelleeine einzige überlebende Tumorzelle= Rezidiv (keine Heilung)= Rezidiv (keine Heilung)





33 Gy


42 Gy


50 Gy


60 Gy60 Gy

alle Tumorzellen wurden abgetötet= Heilung





33 Gy


42 Gy


50 Gy


60 Gy60 Gy

alle Tumorzellen wurden abgetötet= Heilung

Tumorkontrolle




Tumorkontrolle

gemessen

berechnet aus Anzahl der Klone

Tumorkontrolle: wenn die letzte klonogene Tumorzelle inaktiviert wurde! (Tumorstammzellen)




Baumann et al. Nat Rev Cancer 2008, 8:545-554




• Heilungen– Inaktivierung aller Tumorzellen– Welche Dosis wird benötigt?– Wie bewirkt Bestrahlung eine Abtötung der Tumorzellen?– Abtötung = Verlust der Teilungsfähigkeit

unbestrahlt bestrahlt



Verlust der Teilungsfähigkeit

Nicht - und falsch-reparierte DSBs

Letale Chromosomen-

aberrationen

p53

ApoptoseApoptose

Bestrahlung

DNA Schäden

MitotischerMitotischerZelltodZelltod

p53

p21

G1-ArrestG1-Arrest

• Verlust der Teilungsfähigkeit





Letale Chromosomen-

aberrationen

p53

ApoptoseApoptose

Bestrahlung

DNA Schäden


p53

p21

G1-ArrestG1-Arrest65%

ca. 30%

5%

Tumorzellen (p53 wt) nach 4Gy

- Mitotischer Zelltod- G1-Arrest- Apoptose






Letale Chromosomen-

aberrationen

p53

ApoptoseApoptose

Bestrahlung

DNA Schäden


p53

p21

G1-ArrestG1-Arrest 97%

ca. 0-1%3%

Tumorzellen (p53 mut) nach 4Gy





Röntgen-strahlung(Photon)

Ionisation

!!!

• Verlust der Teilungsfähigkeit– Mitotischer Zelltod



P-H2AX-Foci

Nachweis von DNA-Doppelstrangbrüchen

PPPPPPPPPPPP

PPPPPPPPPPPP

PPPPPPPPPPPP

PPPPPPPPPPPP

LigaseIV

XRCC4

KU70

KU80

DNA-PK




P-H2AX-Foci

Nachweis von DNA-Doppelstrangbrüchen

PPPPPPPPPPPP

PPPPPPPPPPPP

PPPPPPPPPPPP

PPPPPPPPPPPP

LigaseIV

XRCC4

KU70

KU80

DNA-PK

Doppelstrangbruch-Reparatur ist sehr effektiv - 96-99% werden repariert - 1-4% werden nicht bzw. falsch repariert










Falschreparaturvon 2 Doppelstrangbrüchen




G01-Phase

Falschreparaturvon 2 Doppelstrangbrüchen

S-Phase

Mitose

Mikronuklei- Verlust an DNA- Verlust an Proteinen

azentrisches Fragment




mit Mikronuklei ohne Mikronuklei





65%

ca. 30%

5%



65%

ca. 30%

5%





Letale Chromosomen-

aberrationen

p53

ApoptoseApoptose

Bestrahlung

DNA Schäden


p53

p21

G1-ArrestG1-Arrest97%

ca. 0-1%3%



+ Cis-Platin+ EGFR-Inhibitor+ HPV



Tumor

Tumor

normal

• EGFR-Inhibition und Bestrahlung



normal

Tumor

Tumor




Bonner et al. 2006 NEJMadvanced head&neck tumor

n=424Fragen: Mechanismen Heterogenität Normalgewebereaktion





n=424Fragen: Mechanismen Heterogenität Normalgewebereaktion




0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10104

105

106

107

A549Control

Erlotinib (5µmol)Cetuximab (30nmol)

Additionof drug

Time (days)

Num

ber

of c

ells

per

ml

Heterogenität bezüglich der Inhibitoren je mehr EGFR desto stärkere Hemmung der Proliferation

aber nur bei Tumoren ohne Mutation im KRas-Gen

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10104

105

106

107

FaDuControlCetuximab (30nmol)Erlotinib (5µmol)

Additionof drug

Time (days)

Num

ber

of c

ells

per

ml

Tumor Tumor




0 2 4 6

0.1

1

X

Erlotinib XCetuximab X

A549

X-ray dose (Gy)

Surv

ivin

g fr

actio

n

0 2 4 6

0.1

1 FaDu

XCetuximab XErlotinib X

X-ray dose, GySu

rviv

ing

frac

tionTumor Tumor

Heterogenität bezüglich der Inhibitoren Heterogenität bezüglich der Tumoren/Zelllinien

- Parameter unklar-EGFR-Amplifikation ?-KRas Mutation ?-P53wt ?




• EGFR-Inhibition und Bestrahlung– EGFR-Amplifikation

XTXT + erlot.XT + cetuxim.

SAS

CEP7

EGFR

Gurtner et al. R&O 2011



• Strahlentherapie und HPV

J Clin Oncol 24:736-747. © 2006



• Strahlentherapie und HPV

J Clin Oncol 27:1992-1998. 2009

HPV-, p16- HPV+, p16+0.01

0.1

1

Surv

ing

frac

tion

at 6

Gy,

SF6

Rieckmann et al. IJROBP in prep.



• 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



0.1

1

0.2

0.4

0.6

0.8 A549

6Gy+ Erlotinib

+ ++

Surv

ivin

g fr

actio

n at

6G

y

Zellkultur: EGFR-Inhibition und Strahlenempfindlichkeit

65%

ca. 30%

5%



65%

ca. 30%

5%



97%

ca. 0-1%3%



G1-Arrest

Mitot.Zelltod

p53mut

++

p53mut

+

KRaswt

++

Heterogenität bezüglich der Inhibitoren Heterogenität bezüglich der Zelllinien

• P53 abhängig• KRas-Mutation abhängig

Mitot.Zelltod



Tumor: EGFR-Inhibition und Strahlenempfindlichkeit

großer Effekt auf Proliferation aber keine Verbesserung bezgl. Heilung zusätzlich Gewebe-abhängige Effekte (Tumorstammzellen)

○ Control BIBX(TKI) FaDu

○ 40Gy BIBX(TKI) + 40Gy

○ Control Cetuximab FaDu

○ 40Gy Cetuximab + 40Gy

Tumor

○ X X+BIBX(TKI)

○ X X+Cetux



EGFR-Inhibition und Bestrahlung


n=424Fragen: Mechanismen Heterogenität

zellulär geweblich



Zellkultur: EGFR-Inhibition und Strahlenempfindlichkeit

65%

ca. 30%

5%



65%

ca. 30%

5%



Heterogenität bezüglich der Inhibitoren Heterogenität bezüglich der Zelllinien

• P53 abhängig• KRas-Mutation abhängig

97%

ca. 0-1%3%



KRas mut

APR



EGFR-Inhibition und Bestrahlung

normal

Tumor

Tumor

KRasmut

APR

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