Etablierung und Evaluierung einer kombinierten Immuntherapie im murinen RIP1-Tag2 Inselzellkarzinommodell und deren Einfluss auf den in vivo Glukosemetabolismus der Milz

Abstract

Eine Untersuchung und Evaluierung neuer, gegen Krebs gerichteter Kombinationstherapien in murinen Modellorganismen trägt dazu bei, die Effizient einzelner Therapiekomponenten zu ermitteln, deren Wirkungsweise aufzudecken und so letztendlich die klinische Translation neuer Therapieformen zu unterstützen. In dieser Arbeit wurden eine T-Zell- und Immuncheckpoint-basierte kombinierte Immuntherapie im fortgeschrittenen endogenen murinen RIP1-Tag2 (RT2) Inselzellkarzinommodell evaluiert sowie die einem Therapieerfolg zugrundeliegenden zellulären und molekularen Wirkmechanismen untersucht. Da heutzutage nach wie vor ein Mangel an schnellen und zuverlässigen Methoden herrscht, einen Therapieerfolg während einer laufenden Behandlung nicht invasiv zu bewerten, wurde zudem der Glukosemetabolismus der Milz zur Beurteilung des systemischen Ansprechens auf Immun-checkpoint-basierte Therapieformen mittels molekularer Bildgebungsmethoden wie der PET analysiert. Zunächst wurde der Therapieerfolg in vivo anhand der Wirkung auf den Blutglukosespiegel der RT2-Mäuse mit fortgeschrittenen Inselzellkarzinomen und deren Überlebensraten untersucht. Es wurde festgestellt, dass ein wiederholter adoptiver Transfer von IFN-γ produzierenden CD4+ T-Zellen (TH1-Zellen), welcher als protektive Behandlung jüngerer, prä-symptomatischer RT2-Mäuse bereits gut etabliert und eingehend untersucht ist, auch in älteren, symptomatischen RT2-Mäusen mit fortgeschrittenen Inselzellkarzinomen sehr gut wirksam ist. Dies wurde vor allem anhand einer Verdoppelung der Behandlungsdauer der älteren RT2-Mäuse mit fortgeschrittenen Tumoren und somit einer Verbesserung des Überlebens deutlich. Die Antikörper-vermittelte Blockade der Immuncheckpoints (IC) PD-L1 und LAG-3 als additive, neuartige Therapiekomponente hatte zudem einen positiven Effekt auf den Blutglukosespiegel und konnte das Überleben der Tiere mit fortgeschrittenen Tumoren nochmals signifikant steigern. MRT-Aufnahmen, sowie histologische Untersuchungen, konnten die Therapie-bedingte Verringerung des Tumorwachstums bestätigen. Eine ex vivo Charakterisierung des Tumorgewebes zeigte einen durch die TH1-Zellen induzierten, IFN-γ vermittelten Wachstumsarrest, der sich durch die IC-Blockade nochmals steigern ließ. Die Ergebnisse wurden durch eine Behandlung von RT2-Mäusen mit unterbrochenem IFN-γ Signalweg (RT2xStat1-knockout Mäuse), in welchen weder ein Therapieansprechen noch die Induktion eines Wachstumsarrests der Inselzellkarzinome festgestellt wurde, bekräftigt. Die therapeutische Wirkung auf die lokale und systemische T-Zellantwort der RT2-Mäuse wurde weiter mittels Durchflusszytometrie untersucht. Dabei wurden im TME der Inselzellkarzinome überaschenderweise hauptsächlich endogene CD4+ T-Zellen und weniger die adoptiv transferierten TH1-Zellen detektiert; diese siedelten sich bevorzugt im drainierenden Lymphknoten (LK) an. Zudem wurde als additiver Effekt der kombinierten Behandlung (TH1-Zellen+IC-Blockade) ein starkes Infiltrat von CD8+ T-Zellen beobachtet, welches wiederum eine hohe PD-1 und TIM-3 Expression zeigte und zudem mit einer Expression von Zelloberflächenmarkern für Effektorfunktionen verknüpft war; eine Ausbildung von T-Zell-Gedächtnisfunktionen konnte wiederum auf die Behandlung mit TH1-Zellen zurückgeführt werden. In Folge der IC-Blockade offenbarte sich eine vermehrte Einwanderung von dendritischen Zellen in den drainierenden LK, was vermutlich zu einer erleichterten Rekrutierung von CD8+ T-Effektorzellen in das TME der Inselzellkarzinome führte. Therapeutische TH1-Zellen sowie endogene CD4+ T-Zellen zeigten sowohl im drainierenden LK als auch in der Milz eine erhöhte Expression von CD44, ein zellulärer Marker für Antigen-Erfahrung. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der Einfluss IC-basierter Therapieformen in fortgeschrittenen RT2-Mäusen auf den Glukosemetabolismus der Milz mittels 18F-FDG-PET und MRT untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass während einer erfolgreichen Immuntherapie ein erhöhtes 18F-FDG-Signal in der Milz detektiert werden kann. Dies konnte sowohl nach der Kombinationstherapie, als auch nach exklusiver Behandlung mit den IC-blockierenden Antikörpern PD-L1/LAG-3 beobachtet werden. Ex vivo Gewebsanalysen der Milz zeigten eine erhöhte Neutrophilen-Einwanderung, welche mit einer erhöhten Aufnahme von 18F-FDG verknüpft sein können. Die Ergebnisse dieser Arbeit im klinisch relevanten RT2-Inselzellkarzinommodell mit fortgeschrittenen Tumoren demonstrieren die Effizienz eines adoptiven Zelltransfers von CD4+ T-Zellen und untermauern die jüngsten Erkenntnisse zur TH1-vermittelten Seneszenz-Induktion maligner Zellen als alternativen Mechanismus zur Tumorkontrolle. Die Aussagekraft der vorliegenden Ergebnisse bietet einen umfassenden Eindruck und soll die Grundlage für weiterführende Studien zellulärer Wirkmechanismen der kombinierten Immuntherapie darstellen.