NFP37 SOMATIC GENE THERAPY Texts for Laypersons

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Dr. Christoph Rochlitz;	Kantosspital; Abteilung f. Onkologie; Dept Innere Medizin; 4031 Basel; CH; Tel 061 265 2525; Fax 061 265 5316; e-mail:
Title:	Clinical and preclinical studies on the use of cytokine-transfected xenogenic cells in the treatment of metastatic cancer.
Co-applicants:	Dr. Med. PY Dietrich (Genève); Prof. Dr. R. Herrmann (Basel)
Collaborators:
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ABSTRACT FOR LAYPERSONS 1997:

Versuche die Antigenitat und Immunogenitat von Tumoren zu erhohen werden seit mehr als 20 Jahren unternommen. Solche Modifikationen konnen durch Einfuhrung allogener MHCMolekule, von Zytokin-Genen, von Viren, oder kostimulierenden Molekulen (wie B7.1 oder B7.2) in die Tumorzellen erreicht werden. Eine Vielzahl von Studien in unterschiedlichen Tumor- und Mausmodellen hat gezeigt, dass die Transfektion von Tumorzellen mit ZytokinGenen, wie IL-2, -4, -7, -10, -12, GM-CSF oder IFN-gamma, einen nachhaltigen Schutz gegen die Inokulation mit solchen modifizierten Tumorzellen bewirken kann. In einigen Fallen wurde sogar ein Schutz gegen eine spatere Inokulation mit nicht-modifizierten Tumorzellen erreicht. Die hierfur verantwortlichen Mechanismen (hohere Antigenexpression, Anlockung von Antigenprasentierenden Zellen, Aktivierung von Killerzellen) und die involvierten Effektorzellen (NK, LAK, CTL) konnen dabei von Tumormodell zu Tumormodell sehr unterschiedlich sein.

Interleukin-2 (IL-2) spielt hierbei eine wichtige Rolle, da es sowohl aktivierend auf NKund LAK-Zellen wirken kann, als auch, als T-Zellwachstumsfaktor, bei der Aktivierung wie bei der Reaktivierung von zytotoxischen T-Zellen fungieren kann (s.Abb). Darüberhinaus konnte gezeigt werden, daß die systemische Administration von IL-2 Tumorregressionen z.B. beim kleinzelligen Nierenkarzinom bewirken kann.

Kürzlich konnten wir zeigen, daß die Injektion von xenogenen, humanes IL-2 produzierenden Affenfibroblasten (Vero-IL-2 Zellen) in spontan entstandene Fibrosarkome oder Melanome bei mehr als 60 Hunden und Katzen zu einer deutlich verlangsamten Rezidiventstehung und einer erhöhten Uberlebensrate führte.

Ausgehend von diesen Daten initiierten wir eine Phase I klinische Studie zur Injektion von VeroIL-2 Zellen in Patienten mit fortgeschrittenen metastasierten Tumoren. Das Hauptziel unserer Untersuchungen war es, die Durchführbarkeit und Sicherheit dieser Behandlung zu überprüfen und deren biologische und klinische Effekte festzustellen. Neun Patienten, die strengen Ein- und Ausschlußkriterien unterlagen, erhielten je drei Injektionen von 5X10exp5 (Dosis level 1), 5X10exp6 (Dosis level 2), or 5x10exp7 (Dosis level 3) Vero-IL-2 Zellen an den Tagen 1, 3, and 5 der Behandlungswoche. Histopathologische, immunologische und molekulare Analysen wurden an Biopsien der Tumoren und Blutproben der Patienten vor, während und nach Therapie durchgeführt.

Zwei von neun Patienten entwickelten eine geringe, klinisch nicht relevante Antikörperantwort gegen die applizierten Zellen. Die Analyse der Tumorbiopsien zeigte einen Anstieg von CD3 rnRNA und eine verstärkte Infiltration mit verschiedenen Lymphozytenpopulationen. Darüberhinaus wurden monoklonale Veränderungen des TZellrezeptor Repertoires in Blut- und Tumorproben beobachtet. Im Serum der Patienten konnte ein leichter aber statistisch signifikanter Anstieg des IL-2 am 5. Behandlungstag festgestellt werden. Andere Parameter (Zytotoxiziztät, Lymphozyten-Subpopulationen, andere Zytokine) waren hingegen durch die Therapie wenig oder nicht beeinflußt.

Die Behandlung wurde gut vertragen und als Nebenwirkungen traten nur kurzzeitiges Fieber ( 1 Patient) sowie eine milde Hautrötung (2 Patienten) auf. Ein Patient mit einem Sarkom zeigte eine mehr als 90%ige bzw. 50%ige Reduktion von zwei Fernmetastasen mit einer Dauer von 22+ Monaten. Vier andere Patienten zeigten eine Stabilisierung ihrer vorher progredienten Erkrankung über drei bis neun Monate.

Zusammengefasst lässt sich schlussfolgern, daß die wiederholte Injektion von bis zu 5x10exp7 Vero-IL-2 Zellen im wesentlichen untoxisch und sicher war, und biologische und klinische Aktivität in schwer vorbehandelten Patienten mit fortgeschrittenen Tumoren zeigte. Eine weitere Evaluation des Behandlungsprinzips der intratumoralen Applikation von Vero-IL2 Zellen scheint gerechtfertigt.

Versuche die Antigenitaet und Immunogenitaet von Tumoren zu erhoehen werden seit mehr als 20 Jahren unternommen. Solche Modifikationen koennen durch Einfuehrung allogener MHC-Molekuele, von Zytokin-Genen, von Viren, oder kostimulierenden Molekuelen (wie B7. 1 oder B7.2) in die Tumorzellen erreicht werden. Eine Vielzahl von Studien in unterschiedlichen Tumor- und Mausmodellen hat gezeigt, daß die Transfektion von Tumorzellen mit Zytokin-Genen, wie IL-2, -4, -7, -10, -12, GM-CSF oder IFNgamma, einen nachhaltigen Schutz gegen die Inokulation mit solchen modifizierten Tumorzellen bewirken kann. In einigen Faellen wurde sogar ein Schutz gegen eine spaetere Inokulation mit nicht-modifizierten Tumorzellen erreicht. Die hierfuer verantwortlichen Mechanismen (hoehere Antigenexpression, Anlockung von Antigen-praesentierenden Zellen, Aktivierung von Killerzellen) und die involvierten Effektorzellen (NK, LAK, CTL) koennen dabei von Tumormodell zu Tumormodell sehr unterschiedlich sein. Interleukin-2 (IL-2) spielt hierbei eine wichtige Rolle, da es sowohl aktivierend auf NK- und LAK-Zellen wirken kann, als auch, als T-Zellwachstumsfaktor, bei der Aktivierung wie bei der Reaktivierung von zytotoxischen TZellen fungieren kann. Darueberhinaus konnte gezeigt werden, daß die systemische Administration von IL-2 Tumorregressionen z.B. beim kleinzelligen Nierenkarzinom bewirken kann. Kuerzlich konnten wir zeigen, daß die Injektion von xenogenen, humanes IL-2 produzierenden Affenfibroblasten (Vero-IL-2 Zellen) in spontan entstandene Fibrosarkome oder Melanome bei mehr als 60 Hunden und Katzen zu einer deutlich verlangsamten Rezidiventstehung und einer erhoehten Uberlebensrate fuehrte. Ausgehend von diesen Daten initiierten wir eine Phase I klinische Studie zur Injektion von Vero-IL-2 Zellen in Patienten mit fortgeschrittenen metastasierten Tumoren. Das Hauptziel unserer Untersuchungen war es, die Durchfuehrbarkeit und Sicherheit dieser Behandlung zu ueberpruefen und deren biologische und klinische Effekte festzustellen. Die Patienten, die strengen Ein- und Ausschlußkriterien unterlagen, erhielten je drei Injektionen von 5x10(exp+5) (Dosis level 1), 5x1O (exp +6) (Dosis level 2), oder 5x10(exp +7) (Dosis level 3) Vero-IL-2 Zellen an den Tagen 1, 3, and 5 der Behandlungswoche. Histopathologische, immunologische und molekulare Analysen wurden an Biopsien der Tumoren und Blutproben der Patienten vor, waehrend und nach Therapie durchgefuehrt. Wir haben die klinischen und experimentellen Untersuchungen des Phase I Klinischen Trials nach 14 Behandlungen [total 11 Patienten incl. 3 Nachbehandlungen (je ein- bzw. zweimal) von zwei Patienten (Patient 4: Melanom und Patient l:Leiomyosarkom)] beendet. Die Behandlung wurde gut vertragen und als Nebenwirkungen traten nur kurzzeitiges Fieber (1 Patient) sowie eine milde Hautroetung (2 Patienten) auf. Zwei von 14 Patienten entwickelten eine geringe, klinisch nicht relevante Antikoerperantwort gegen die applizierten Zellen. Die Analyse der Tumorbiopsien zeigte einen Anstieg von CD3 mRNA und eine verstaerkte Infiltration mit verschiedenen Lymphozytenpopulationen. Darueberhinaus wurden monoklonale Veraenderungen des T-Zellrezeptor Repertoires in Blut- und Tumorproben sowie eine kurzzeitige Erhoehung des Serum-IL-2 levels beobachtet. Auffallend war ein sehr rasches Verschwinden des Transgenes / der transgen-tragenden Zellen an der Applikationsstelle. Eine genauere Untersuchung zeigte, daß NK-aehnliche Zellen Vero-IL2 Zellen zerstören und damit wahrscheinlich für die rasche Elirnination der Transgen-tragenden Zellen verantwortlich sind. Ein Patient mit einem Sarkom zeigte eine mehr als 90%ige bzw. 50%ige Reduktion von zwei Fernmetastasen mit einer Dauer von 34+ Monaten. Eine Patientin mit Melanom entwickelte eine auffaellige Vitiligo. Vier andere Patienten zeigten eine Stabilisierung ihrer vorher progredienten Erkrankung ueber drei bis neun Monate.
Unsere Ergebnisse zeigen, daß die wiederholte Injektion von bis zu 5x10(exp+7) Vero-IL-2 Zellen im wesentlichen untoxisch und sicher ist, und biologische und klinische Aktivitaet in schwer vorbehandelten Patienten mit fortgeschrittenen Tumoren aufweist. Deshalb wurde eine multizentrische, Phase II klinische Untersuchung des Behandlungsprinzips der intratumoralen Applikation von Vero-IL-2 Zellen in Patienten mit malignem Melanom initiert. Die Behandlung der ersten 12 Patienten in Zuerich und Basel ist erfolgt.

text (font Courier, corps 3)

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