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Therapie primärer und sekundärer Lebertumore durch Adressierung toleranzinduzierender M2-Makrophagen mittels immunmodulierender Nanopartikel (SFB1066 Schuppan-Nuhn)

Tolerogene myeloide Zellen, insbesondere Tumor-assoziierte Makrophagen (TAM) und myeloide Suppressorzellen, spielen eine zentrale Rolle im immunologischen Mikromilieu solider Tumore. Anstatt eine Tumor-zytotoxische T-Zellreaktion zu induzieren (M1-typische Reaktion), präsentieren diese Zellen Tumorantigene so, dass zytotoxische T-Zellen supprimiert und immunsuppressive regulatorische T-Zellen (Treg) aktiviert werden (M2-typische Reaktion). Ferner sezernieren TAM pro-angiogenetische Faktoren wie VEGF und Zytokine/Chemokine wie IL10 oder CCL2, die Tumorwachstum, Angiogenese und Metastasierung fördern. Ziel des Projekts ist deshalb die Adressierung tolerogener TAM (und der verwandten myeloiden Zellen) im Tumormilieu mit nanopartikulären Trägersystemen, die mit pharmakologischen Wirkstoffen beladen sind, welche gezielt eine Repolarisierung oder Hemmung des protumoralen zugunsten eines tumorsuppressiven Phänotyps bewirken können (M2- zu M1-typisch).

Wir haben nanopartikuläre Trägersysteme inklusive geeigneter pharmakologischer Substanzen in vitro an naiven und M2-polarisierten murinen und humanen Makrophagen getestet und Repolarisierungsaktivität nachgewiesen. Ferner haben wir das Mikromilieu des in die Leber metastasierten Melanoms und des primären Hepatozellulären Karzinoms (HCC) charakterisiert und damit die zentrale Rolle der TAM besonders in der Leber belegt. Die erhöhte Effektivität unserer M2-repolarisiernden bzw. nanopartikulären Therapien konnten wir in vivo in mehreren Modellen der Leberfibrose zeigen, bei der TAM eine ähnlich prominente Rolle einnehmen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse können nun zur Behandlung hepatischer Tumore sowie distaler Melanome, die jetzt im TP B14N von A. Tüttenberg bearbeitet werden, eingesetzt werden. In diesem TP sollen von L. Nuhn hergestellte bioabbaubare Nanoträgersysteme eingesetzt werden, die soweit optimiert wurden, dass sie sowohl mit Makrophagen-repolarisierenden niedermolekularen Pharmaka (Bisphosphonate) als auch mit small interfering RNA (siRNA) beladbar sind.

In der kommenden Antragsperiode sollen nun mit den zwei am weitesten etablierten Nanoträgern (Nanohydrogele und Squarogele) HCC-tragende Mäuse therapiert werden. Hierfür kommen drei Leber-relevante murine Tumormodelle zum Einsatz: 1.) Mdr2 (Abcb4 Hepatozyten-Phospholipid-Transporter) KO/Diethynitrosamin/Phenobarbital (Mdr2KO/DEN)-Modell des syngenen HCC (FVB und B6 Mäuse); 2.) DT81Hepa1-6-lum syngenes HCC-Modell (periphere und splenische Injektion von HCC-Zellen, von uns mit einem Lumineszenz-Reporter für das in vivo-Imaging transfiziert); 3.) Mdr2 HCC1/2 (aus Mdr2KO/DEN gezüchtete HCC-Linien, die u.a. subkutan in immunkompetente Mäuse implantiert werden können). Die eingesetzten Nanosysteme sollen durch weitere chemische Ansätze ergänzt werden (insbesondere durch Verwendung biologisch abbaubarer Polycarbonat-Blockcopolymere), damit sich auch ein Cotransport unterschiedlicher Wirkstoffe über amphiphile oder kationische Strukturen ermöglichen lässt. Zur Repolarisierung der TAMs sollen so siRNA gegen CSF1R, IL-13Rα1, IL-13Rα2, YM1, HIF-1α, Stat-3, Stat-6 CCL-2/MCP-1, ICER, Fra-1/2 oder c-jun in Kombination mit (oligomerisierten) Bisphosphonaten eingesetzt werden, deren Wirkung zunächst systematisch in vitro untersucht wird. Als weitere „small molecules“ können auch Inhibitoren bzw. Antagonisten von Cathepsin-S, HIF1α, Stat3, mTOR, der Rho-Kinase Rock2 oder des Sphingosin-1-Phosphat Rezeptors zum Einsatz kommen. Zusätzlich soll der auf Makrophagen exprimierte Rezeptor CD206 über Oberflächen-Derivatisierung der Nanopartikel mit CD206-bindenden Kohlenhydraten, Peptiden oder Nanobodies spezifischer angesteuert werden.

Nach in vitro-Testungen an M2-Makrophagen werden die optimierten, Erfolg versprechenden Wirkstoffträger-Kombinationen in vivo in den HCC-Modellen, vorbereitend und unterstützend auch in M2-polarisierten Leberfibrose-Modellen, getestet. Die besten therapeutischen Systeme werden auch den anderen Teilprojekten des SFB zur Verfügung gestellt, z.B. zur Testung, inwieweit damit eine Repolarisierung tolerogener dendritischer Zellen in vivo möglich ist. Wir erwarten insgesamt erste in die Klinik translatierbare Ergebnisse.

Characterization and modulation of innate myeloid cells in hepatocellular carcinoma (CRC1292   Schuppan-Sprinzl)

Primary hepatic tumors, particularly hepatocellular carcinoma (HCC), rank among the five most prevalent cancers worldwide. Liver resection or transplantation, a potentially curative approach, is an option merely for a small minority of patients. The standard drug for HCC (Sorafenib) prolongs survival of selected patients for a disappointing 2-3 months. T cell immunotherapy has been hampered by the genetic heterogeneity of HCC. While a central role of innate immune cells (tumor-associated macrophages, TAM, and myeloid-derived suppressor cells, MDSC) to suppress anti-HCC T cell responses has been shown, their exact role in modulating HCC growth and their potential to harness anti-HCC immune therapy remains largely unexplored.

We propose to investigate HCC-associated innate myeloid cells in mice deficient for the biliary phospholipid flippase Abcb4 (Mdr2-ko). These mice spontaneously develop HCC at 9-12 months of age due to cancer stem cell induction. Notably, HCC is highly accelerated when Mdr2-ko mice receive the hepatic carcinogen diethyl-nitrosamine. These HCC expand within an inflammatory environment that harbors myeloid lineage cells (TAM and MDSC), which will be isolated and characterized at different time points of HCC growth, in combination with tumour specific effector cells. Targeted therapies (antisense oligonucleotides, ASOs and small molecules/blocking antibodies, directed to key regulators of TAM/MDSC) will be assessed for their effect on functional TAM/MDSC polarization in vitro and especially in the HCC model in vivo.

The murine approach will be paralleled by and extended to human myeloid cell cultures (monocyte-derived macrophages) and (HCC-associated) innate myeloid cells ex vivo to explore the same targeted therapies. These assays will also address secondary (innate and adaptive) tumor-directed effector cell activity. Aiming to identify novel therapeutic targets, isolated human TAM and MDSC will be subject to comparative transcriptome and proteome analyses using primary isolates and culture conditions with a defined phenotype and functional polarization.

The final aim is to translate the findings into clinical context and to identify pharmacological modifiers of TAM and MDSC for the development of innovative HCC directed immunotherapies.

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Sprecher:

Univ.-Prof. Dr. med. Peter R. Galle
I. Medizinische Klinik und Poliklinik


Koordinatorin:

Ivonne Dietzel
Mainz Research School of Translational Biomedicine (TransMed)

Das Kolleg wird von der Else Kröner-Fresenius-Stiftung gefördert.

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