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Towards the Generation of novel Natural Killer Cell-based Immunotherapies against Melanoma

Miller, Matthias

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Abstract

Seit der Entdeckung, dass verschiedene Immunzellen über die Fähigkeit verfügen, Tumorzellen zu erkennen und zu zerstören, wurden unterschiedliche Ansätze getestet, um unter anderem Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) zur Therapie maligner Erkrankungen einzusetzen. So wurden mit NK-Zell-basierten Therapien wichtige Durchbrüche bei der Behandlung hämatologischer Tumore, doch nur geringe Erfolge in Patienten mit soliden Tumoren erzielt. Dass die Anzahl Tumor-infiltrierender NK-Zellen in vivo zu einer Verbesserung der Prognose führen kann, wurde jedoch für mehrere Krebsarten gezeigt. Wir vermuteten daher, dass es für das Ausbleiben relevanter therapeutischer Erfolge bei Patienten mit soliden Tumoren zwei Gründe geben könnte: Zunächst könnten die infundierten NK-Zellen evtl. nicht effizient in das Tumorgewebe eingewandert sein oder aber sie haben ihre Aktivität nach der Infusion in die Patienten rasch verloren. Das Ziel dieser Studie war es daher, die anti-Tumor-Aktivität adoptiv transferierter NK-Zellen zu verbessern, indem (1) die Anlockung von NK-Zellen in Tumore durch die Expression von chemotaktischen Zytokinen (Chemokinen) in Tumorzellen verbessert wird und (2) ein neuartiges Aktivierungsprotokoll etabliert wird, welches NK-Zellen mit lang anhaltender Aktivität generiert. Hierfür wurde zunächst ein Tiermodell entwickelt, um die in vivo-Relevanz unserer Studien zu belegen. Das Modell ermöglichte das Anwachsen humaner Luciferase-transduzierter Melanom-Zellen und NK-Zellen in immunsupprimierten Mäusen, in denen die Tumorgrößen durch Lumineszenzmessungen bestimmt werden konnten. Für unser erstes Ziel konnten wir weiterhin CX3CL1 als geeignetes Chemokin für die spezifische Anlockung zytotoxischer NK-Zellen identifizieren. CX3CL1-überexprimierende Melanom-Zelllinien lockten im Vergleich zu den jeweiligen Kontrollzellen NK-Zellen in vitro und in vivo im Xenograftmodell stärker an. Von großer Bedeutung ist, dass eine stärkere Kontrolle des Wachstums CX3CL1-positiver Tumore durch NK-Zellen in vivo gezeigt werden konnte. Für unser zweites Ziel testeten wir ein neuartiges Stimulierungsprotokoll. Cooper et al. haben in einer früheren Studie gezeigt, dass murine NK-Zellen, die mit Interleukin (IL)-12, IL-15 und IL-18 (IL-12/15/18) stimuliert worden waren, über lang anhaltende Reaktivität verfügten, weswegen wir dieses Aktivierungsprotokoll für humane NK-Zellen testeten. Als Referenz wurden IL-15-stimulierte NK-Zellen verwendet. Unsere Untersuchungen zeigten, dass IL-12/15/18-stimulierte NK-Zellen durch die verstärkte Expression der α-Kette des IL-2-Rezeptors sensitiver gegenüber IL-2 wurden. Demgemäß teilten sich die NK Zellen in vitro und in vivo in den Versuchstieren unter IL-2-Gabe schneller als die Kontrollzellen und lieferten größere Zellzahlen. Weiterhin reagierten IL-12/15/18-stimulierte NK-Zellen nach längerer in vitro-Kultivierung oder nach Re-Isolation aus Versuchstieren bei Restimulierung mit einer verstärkten Produktion von Interferon-γ (IFN-γ). Von großer Bedeutung ist weiterhin, dass die IL-12/15/18-Stimulierung eine stark verminderte Expression inhibitorischer Killer cell Immunoglobulin-like Receptors (KIR)-Rezeptoren bewirkte, deren niedrigere Expression auf NK-Zellen nach Stimulierung mit einer Zunahme der Reaktivität gegenüber Tumorzellen einherging, welche die zugehörigen inhibitorischen Liganden exprimierten. Zudem, verglichen mit IL-15-stimulierten Kontrollzellen, zerstörten IL-12/15/18-aktivierte NK-Zellen Tumorzellen in vitro stärker und verminderten das Tumorwachstum in vivo.

Zusammenfassend wird in dieser Arbeit beschrieben, dass sowohl die Anlockung von NK-Zellen durch die gezielte Expression von CX3CL1 in Tumorzellen, als auch die Aktivierung von NK-Zellen durch IL-12, IL-15 und IL-18 über ein großes therapeutisches Potential verfügen. In unserem prä-klinischen Mausmodell konnten wir eine verstärkte Anlockung von NK-Zellen in CX3CL1-exprimierende Tumore zeigen und für beide Ansätze eine verbesserte Tumorabstoßung durch NK-Zellen. Diese Daten verfügen damit über erhebliche klinische Relevanz und sollten in das Design klinischer Studien zur NK-Zell-basierten Tumorimmuntherapie einbezogen werden.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Umansky, Prof. Dr. Viktor
Date of thesis defense: 27 February 2014
Date Deposited: 17 Mar 2014 07:48
Date: 2014
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Dean's Office of the Faculty of Bio Sciences
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: Natürlich Killerzelle, Immuntherapie
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