Induktion von DNA Doppelstrangbrüchen durch 90Y-DTPA-Cetuximab in humanen Plattenepithelkarzinomzelllinien des Kopf- / Halsbereiches zur Etablierung von EGFR gerichteten Radioimmuntherapien zur Tumorinaktivierung

Abstract

Die Radioimmuntherapie ist ein neuer Ansatz zur gezielten Behandlung von Tumorzellen und Metastasen bei gleichzeitiger Schonung des Normalgewebes. Sie ermöglicht durch an Antikörper gekoppelte, radioaktive Isotope die Anreicherung von Radioaktivität an spezifischen Oberflächenproteinen. Aufgrund seiner Überexpression in einer Vielzahl von Tumoren ist der epidermale Wachstumsfaktor Rezeptor (EGFR) eine geeignete Zielstruktur für solche Strategien. Um das Potenzial einer EGFR gerichteten Radioimmuntherapie unter der Verwendung des Antikörpers 90Yttrium-DTPA-Cetuximab zu untersuchen, wurden Plattenepithelkarzinomzelllinien des Hopf- / Halsbereiches hinsichtlich ihrer EGFR Expression charakterisiert und mit 90Y-DTPA-Cetuximab behandelt. Bei der Charakterisierung der zellulären EGFR Expression konnte sowohl auf Ebene der Gesamtproteinexpression als auch bei der intrazellulären Verteilung des Rezeptors (Membran / Cytoplasma / Kern) eine starke Heterogenität zwischen den untersuchten Zelllinien beobachtet werden. Weiterführende Untersuchungen zeigten, dass ausschließlich die EGFR Oberflächenexpression der Zellen die Cetuximabbindekapazität und damit die durch 90Y-DTPA-Cetuximab applizierte Dosis bestimmt. So konnten in stark EGFR überexprimierenden Zellen Dosen von 135 mGy / h realisiert werden. Zellen mit geringer EGFR Expression erhielten hingegen deutlich geringere Dosen von nur 6,6 mGy / h. In allen mit 90Y-DTPA-Cetuximab behandelten Zellen konnten DNADoppelstrangbrüche (DSB) induziert werden. Die Anzahl der induzierten Brüche hing dabei von zwei Faktoren ab: 1. der Inkubationszeit und damit der Dosisakkumulation und 2. der EGFR Oberflächenexpression und damit der Cetuximabbindekapazität. Der Zusammenhang zwischen Inkubationszeit und der Anzahl durch 90Y-DTPA-Cetuximab erzeugten DNA-DSB ist hoch signifikant (r² = 0,968; p = 0,016). Die Zahl der induzierten Brüche nahm dabei bis zur längsten untersuchten Inkubationszeit von 3 h linear mit der Zeit zu. Für die Zahl der DSB zu verschiedenen Zeiten nach Beginn der Exposition mit 90Y-DTPA-Cetuximab, zeigt sich jeweils eine strenge lineare Abhängigkeit von der zellulären EGFR Expression. Dies gilt sowohl für kurze Inkubationszeiten von 3 h (r² = 0,820, p = 0,013), als auch für eine Exposition von 24 h (r² = 0,863; p = 0,007) oder 48 h (r² = 0,905; p = 0,003). Da während der Exposition auchDNA-Reparaturprozesse ablaufen können, bedeutet dies, dass unabhängig von der EGFR-Expression in allen Zellen auch eine effektive Reparatur stattfindet. In Zellen mit geringer EGFR-Expression werden aber die wenigen erzeugten DSB nahezu vollständig repariert. In Zellen mit starker EGFR Expression verbleiben aufgrund der großen Anzahl an erzeugten Schäden auch nach längerer Inkubation noch DSB. Die Behandlung der Zellinien mit 90Y-DTPA-Cetuximab führte darüber hinaus zu einer Zellinaktivierung. Deren Ausmaß hing ebenfalls von der zellulären EGFR Expression ab (r² = 0,927; p = 0,002). Zellen mit starker EGFR Oberflächenexpression zeigten dabei eine deutliche Reduktion der Zellüberlebensrate von bis zu 90 %, während für Zellen mit geringer EGFR Expression die Überlebensrate nur wenig oder sogar gar nicht beeinträchtigt wurde. Ein Vergleich mit der Anzahl verbleibender DNA-DSB zeigt, dass dieser Parameter im wesentlichen das Überleben der Zellen nach einer Behandlung mit 90Y-DTPA-Cetuximab bestimmt. Die Ergebnisse dieser Arbeit demonstrieren, dass eine Strahlentherapie mit 90Y-DTPA-Cetuximab, allein oder in Kombination mit externer Bestrahlung, aus zwei Gründen das Potenzial aufweist die Tumorkontrolle zu verbessern und gleichzeitig die durch die Therapie verursachten Normalgewebsschäden zu verringern: Erstens zeigen die Experimente, dass in Zellen mit niedriger EGFR Expression nur wenige DNA-DSB induziert werden und damit diese Zellen nicht inaktiviert werden. Zweitens können in Zellen mit starker EGFR Expression klinisch relevante Dosen von bis zu 10 Gy appliziert und dadurch eine signifikante Anzahl von Schäden akkumuliert werden. Diese könnten in einer klinischen Anwendung eine Reduktion der extern applizierten Dosis bzw. eine Behandlung von EGFR überexprimierenden Metastasen ermöglichen. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass die hier vorgestellte Arbeit nicht nur ein Beleg dafür ist, dass sich durch 90Y-DTPA-Cetuximab DNA-DSB induzieren lassen und diese eine entsprechende Zellinaktivierung zur Folge haben. Sie zeigt auch, dass radioimmunologische Therapieansätze das Potenzial haben den Therapieerfolg von soliden Tumoren und Metastasen zu steigern.