onkopipeline

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2009;2:23–9 (Nr. 1), © Urban & Vogel, München

GRAND ROUNDS

KASUISTIK · DIAGNOSTIK · THERAPIE

Herausforderungen in der Diagnose und Behandlung von Rezidivgliomen Neue Substanzen und Möglichkeiten des therapeutischen Einsatzes von Stammzellen Markus Weiler1, 2, Lorna Whyte1, Sibylle Hodecker1, Wolfgang Wick1, 2

ZUSAMMENFASSUNG Trotz ermutigender Daten in der Primärtherapie von Glioblastompatienten mit Methylierung des Promotors der O6-Methylguanyl-Methyltransferase (MGMT) ist neben der weiteren Optimierung dieser Therapie vor allem die Entwicklung von effektiven Rezidivtherapien vordringlich. In Analogie zu präklinischen Ergebnissen wurde vermutet, dass das Verständnis molekularer prognostischer und insbesondere für eine spezifische Therapie prädiktiver Parameter eine verbesserte Patientenselektion vor Therapie- oder Studienbeginn ermögliche und damit den unselektiven Einsatz selektiv wirkender Therapien verhindere. Aktuell verfügbare molekulare Parameter sind allerdings vor allem prognostisch und nicht prädiktiv. Aktuelle multinationale Studienkonzepte bei malignen Gliomen schließen dennoch erstmals Patienten nach vorhergehender molekularer Untersuchung des 1p/19q-Status oder der Methylierung des MGMT-Promotors ein. Eine Herausforderung für neue Studien ist neben der unmittelbaren Verbesserung der Therapie die Etablierung molekularer prädiktiver Signaturen. Aufgrund der drängenden klinischen Situation und der biologischen Spezifika von hirneigenen Tumoren werden aktuell auch neuartige Konzepte wie die Entwicklung zellulärer Vehikel für die Therapie oder die Verwendung von lentiviral tranduziertem, alkylanzienresistentem Knochenmark untersucht. Schlüsselwörter: Hirntumoren · Bevacizumab · Enzastaurin · Temsirolimus onkopipeline 2009;2:23–9. DOI 10.1007/s15035-009-0143-2 ABSTRACT Challenges in Diagnosis and Treatment of Recurrent Glioma. Novel Compounds and Therapeutic Use of Stem Cells Classic chemo- or radiotherapy alone are not going to make significant impact in the future treatment of malignant glioma. A better understanding of molecular prognostic or preferentially predictive molecular markers enables an improved patient selection prior to radio- or chemotherapy and reduces the risk of unselective administration of targeted therapies. Over the past years, loss of heterozygosity on chromosomes 1p/19q in anaplastic oligodendroglial tumors as well as analysis of promoter methylation of the O6-methylgua-

1Klinische 2Abteilung

Kooperationseinheit Neuroonkologie, Deutsches Krebsforschungszentrum, Heidelberg, Neuroonkologie, Universitätsklinikum Heidelberg.

D

ie Standardtherapie für Glioblastome besteht in einer Radiochemotherapie mit begleitendem und nachfolgendem Temozolomid, die zu einem Anstieg der 2-Jahres-Überlebensrate von 10% auf 27% geführt hat [36]. In einer retrospektiven wissenschaftlichen Begleituntersuchung zur EORTC/NCIC-Studie 26981-22981/ CE.3 haben Hegi et al. gezeigt, dass fast ausschließlich Patienten mit einer Hypermethylierung des Promotors des O 6-Methylguanyl-Methyltransferase-(MGMT-)Gens von einer Therapie mit Temozolomid profitieren [15]. Diese Vermutung wird in weiteren Arbeiten, die intensivere Protokolle mit alkylierender Therapie einsetzen, bestätigt [12, 16]. Eine detallierte Betrachtung der Studiendaten zeigt aber auch, dass Patienten mit nichtmethyliertem MGMT-Promotor nach einer makroskopischen Komplettresektion ebenfalls von einer Radiochemotherapie mit Temozolomid profitieren können [26]. Außerdem legen Daten im Rezidiv nahe, dass intensivierte Temozolomidschemata effektiver sind als konventionell an 5 von 28 Tagen dosiertes Temozolomid sowie auch bei Patienten mit nichtmethyliertem MGMT-Promotor wirksam sind [46]. Es bleibt zukünftigen Studien wie z.B. der DIRECTOR-Studie (Abbildung 1) vorbehalten zu zeigen, ob dies auch in randomisierten Untersuchungen und bei mit der o.g. Standardtherapie vorbehandelten Patienten [47] der Fall sein wird. Außerdem ist es wichtig zu untersuchen, ob das angedeutete Konzept, dass eine intensivere Therapie effektiver ist als eine weniger intensive, auch unter dem Gesichtspunkt der Toxizität Bestand hat. Ein aktuelles Konzept entwirft unter der Prämisse, dass vor allem die Knochenmarktoxizität für die Effektivität von Temozolomid limitierend sein könnte, ein Hochdosispro-

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tokoll mit Transplantation lentiviral transduzierter, gegenüber einer MGMT-Inaktivierung resistenter Stammzellen. In der Zeit vor dem Einsatz von Temozolomid in der Primärtherapie besaßen Nitrosoharnstoffe einen klaren Stellenwert im Rezidiv [46]. Auch heute werden diese Substanzen trotz aller Vorbehalte im Einsatz nach Temozolomid als Rezidivtherapie [11, 13] sowohl innerhalb als auch außerhalb klinischer Studien intensiv genutzt. Da die orale Medikation bevorzugt wird, wird vor allem Lomustin (CCNU) auch im Kontrollarm aktueller Studien bei progredienten/rezidivierten Glioblastomen eingesetzt (REGAL-Studie [Studiencode D8480C00055] und EORTC-Studie 26062 [9]). Für die Angiogenese oder Invasivität bedeutsame deregulierte Signaltransduktionswege bei malignen Gliomen werden mit spezifischen inhibitorischen Molekülen zunächst im Rezidiv, zunehmend aber auch in der Primärtherapie adressiert. Eine besondere und aktuell intensiv diskutierte Rolle kommt hierbei dem monoklo-

nine-DNA methyltransferase harbored important prognostic and the latter even predictive information on the sensitivity toward an alkylating chemotherapy. Newly developed multinational studies on malignant glioma for the first time ever include patients according to molecular parameters. Novel molecular signatures as well as targeted therapeutics ask for new studies, preferentially in combination with cytotoxic chemotherapeutics or radiotherapy. Key Words: Brain tumors · Bevacizumab · Enzastaurin · Temsirolimus onkopipeline 2009;2:23–9. DOI 10.1007/s15035-009-0143-2

nalen Antikörper gegen den vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF), Bevacizumab (Avastin®) [7], zu, der ebenso wie Inhibitoren der VEGF-Rezeptoren (VEGFR), wie z. B. Cediranib [2], durch ungewöhnlich hohe Ansprechraten einen weiteren Entwicklungsschritt in der Therapie maligner Gliome einleiten könnte. In der aktuell in Deutschland durchgeführten S039-Studie werden

Dose-Intensified REChallenge with Temozolomide, One Week On One Week Off versus Three Weeks On One Week Off: a Randomized Trial Temozolomid 7/14 Therapieversagen

Reoperation

Progression während/nacha Therapie

XRT/TMZ + TMZ 5/28 ( >– 2 Zyklen)

DIRECTOR

Therapieversagen Temozolomid 21/28

TMZ 120 mg/m2 p.o./Tag von Tag 1–7 und 15–21 alle 28 Tage

ausschließlich Patienten mit nichtmethyliertem MGMT-Promotor mit einer Radiochemotherapie mit dem Proteinkinase-C-(PKC-)β-Inhibitor Enzastaurin behandelt. Diese Strategie, differentiell Studienkonzepte für Patienten mit methyliertem bzw. nichtmethyliertem MGMT-Promotor zu entwickeln, wird jetzt nachfolgend auch in der CENTRIC-Studie (EORTC, Abbildung 2) [9] mit dem ανβ3-Inhibitor Cilengitide sowie der EORTC-26082/ 22083-Studie mit dem Inhibitor des „mammalian target of rapamycin“ (mTOR) Temsirolimus (CCI-779, Torisel®) bei neu diagnostiziertem Glioblastom verfolgt (Abbildung 3) [9]. Die EORTC wird in der Studie 26082 die Effektivität der mTOR-Inhibition mit Temsirolimus in Kombination mit der Strahlentherapie gegenüber der Radiochemotherapie mit Temozolomid bei Patienten mit nichtmethyliertem MGMT-Promotor untersuchen. Diese Studie wird aufgrund ihres randomisierten Designs in der Lage sein, zwischen dem prognostischen und (hinsichtlich einer mTOR-Inhibition) prädiktiven Wert des mutierten oder fehlenden Enzyms „phosphatase and tensin homolog“ (PTEN) im Tumorgewebe zu differenzieren.

TMZ 80 mg/m2 p.o./Tag von Tag 1–21 alle 28 Tage a

> 6 Monate nach der ersten Operation und > 3 Monate nach XR T

Studienstart: 2. Quartal 2009

Abbildung 1. DIRECTOR-Studie. Kurz vor der Initiierung stehende internationale randomisierte Studie, welche die Reexposition gegenüber Temozolomid in zwei intensivierten Schemata nach Progression unter oder nach Temozolomid untersucht (http://www.klinikum. uni-heidelberg.de/neuroonkologie). Teilnehmende Zentren: Berlin, Bochum, Bonn, Frankfurt/Main, Heidelberg (LKP), Homburg, Lausanne, Linz, München, Regensburg, Wien, Zürich (PI).

Molekulare zielgerichtete Therapien

Besonderes Interesse gilt trotz vieler enttäuschender Studienergebnisse den Hemmstoffen der Signaltransduktion über Tyrosinkinaserezeptoren einschließlich der Rezeptoren für den epithelialen Wachstumsfaktor (EGF), den „platelet-derived growth factor“ (PDGF) und den VEGF. Diese häufig

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CENTRIC/EORTC-26071/22072-Studie

-1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Wochen

R

MGMT

Cilengitide-Gruppe

Screening –> 2–6 Wochen

präklinisch oder in kleinen histopathologischen oder klinischen Serien gewonnenen Daten haben wegen einer Übervereinfachung der präklinischen Modelle und unzureichender wissenschaftlicher Begleituntersuchungen bei Studien zu Signaltransduktionsinhibitoren bisher nicht zu einer relevanten Verbesserung der Therapie dieser Erkrankung geführt. Angiogenesenormalisierende Therapien

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Wochen

EORTC-26981-Schema Cilengitide 2 000 mg i.v., 2x/Woche, von Woche –1 bis 34 (max. 18 Monate) Standardbehandlung TMZ75 mg/m2 p.o. tgl. über 6 Wochen während der XRT, gefolgt von 150–200 mg/m2 p.o. Tag 1–5 alle 28 Tage bis 6 Zyklen Fokale XRT5x pro Woche (30 x 1,8–2,0 Gy, Gesamtdosis 60 Gy) in beiden Therapiearmen

Abbildung 2. CENTRIC/EORTC-26071/22072-Studie. Randomisierte Zulassungsstudie, in welcher die Kombination aus dem ανβ3-Integrin-Inhibitor Cilengitide und der Standardtherapie gegenüber einer alleinigen Standardtherapie verglichen wird. In dieser Studie wird die Zulassung für Cilengitide für die Primärtherapie von Glioblastomen mit methyliertem MGMT-Promotor angestrebt.

EORTC-26082/22083 mTOR Inhibition in the Primary Treatment of MGTM-Positive GBM (Unmethylated Promoter)

-1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Wochen

R

MGMT

CCI-779-(Torisel®-) Gruppe Prä Screening –> 2–6 Wochen

Das Glioblastom ist ein Prototyp eines angiogenen Tumors. Die pathologische Gefäßneubildung, bei der aufgrund unzureichend ausgebildeter Zell-Zell-Kontakte die Blut-Hirn-Schrankenfunktion zu Ödembildung [48], aufgehobener Permselektivität sowie erhöhtem interstitiellen Druck führt, gehört zu den definierenden Kriterien seiner Einstufung in der WHO-Klassifikation. Außerdem ist die Oxygenierung schlecht. Antiangiogenese bei Hirntumoren bedeutet Normalisierung der pathologischen Mikrozirkulation durch Reduktion der überschießenden Endothelproliferation, um den Tumor besser für Chemotherapeutika erreichbar zu machen und die Effektivität der Radiotherapie zu verbessern. Zu den wichtigen Zielmolekülen einer antiangiogenen Therapie gehören neben den bereits genannten Kandidaten Mitglieder der Integrin-Superfamilie, die PKC-β sowie mutmaßlich Moleküle des PI3K (Phosphatidylinositol-3-Kinase)/Akt-Signalwegs. Hinweise auf Effektivität gibt es aktuell für das Pentapeptid mit zyklischem RGD-Motiv Cilengitide [35], für Cediranib [2] sowie in der Primärtherapie für PTK787 (Vatalanib), einen VEGFR-1/-2-Tyrosinkinaseinhibitor trotz enttäuschender Ergebnisse in der Rezidivtherapie [8, 31] sowie trotz bisher nur unzureichender Publikation auch für Enzastaurin. Enzastaurin (LY317615) ist ein Hemmstoff der aktivierten PKC-β2. Vorläufige Ergebnisse einer PhaseII-Studie zeigten eine 22%ige Ansprechrate, ohne die progressionsfreie Überlebensrate nach 6 Monaten zu berichten [10]. Eine randomisierte Studie, die Enzastaurin mit CCNU verglich, wurde vorzeitig abgebrochen, weil der primäre Endpunkt nicht er-

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Wochen

Kontrollgruppe CCI-779 25 mg i.v. pro Woche Standardbehandlung TMZ 75 mg/m2 p.o. tgl. über 6 Wochen begleitend zur Radiotherapie, gefolgt von 150–200 mg/m2 p.o. Tag 1–5 alle 28 Tage über max. 12 Zyklen Fokale XRT 5x pro Woche (30 x 1,8–2,0 Gy, Gesamtdosis 60 Gy) in beiden Gruppen

Abbildung 3. EORTC-26082/22083-Studie. Randomisierte Phase-II-Studie, die eine Kombination aus Radiotherapie und dem mTOR-Inhibitor Temsirolimus untersucht. Die Standardtherapie besteht aus der Radiotherapie und begleitendem sowie nachfolgendem Temozolomid. Diese Studie schließt ausschließlich Patienten mit einem Glioblastom mit unmethyliertem MGMT-Promotor ein.

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reichbar war. In dieser Phase-III-Studie war Enzastaurin gegenüber CCNU jedoch nicht unterlegen [11]. Der Maßstab für neue Therapien im Rezidiv ist die längerfristige Verringerung des Risikos einer Krankheitsprogression. Eine Tumorprogression ist immer auch mit einer Verringerung der Lebensqualität, klinisch-neurologischen Defiziten oder Tod verbunden. Leider haben die meisten bisher veröffentlichten Studien beim Glioblastom für die Monotherapie genau dieses Ziel verfehlt [45]. Die besten Resultate liegen für Bevacizumab (Avastin®) vor [7], einen Antikörper gegen VEGF, für den auch präklinisch gute Daten existieren [24]. Bevacizumab zeigt gemäß den Macdonald-Kriterien eine ungewöhnlich hohe Anzahl objektiv ansprechender Tumoren [22]; zudem sind ein deutlicher klinischer Effekt sowie ein bemerkenswertes progressionsfreies Überleben zu sehen, obwohl Bevacizumab noch nicht vergleichend untersucht wurde. Als Wirkmechanismus wird insbesondere die genannte Reduktion pathologischer Gefäße und damit eine vaskuläre Normalisierung postuliert. Es resultieren eine starke Verringerung des peritumoralen, vor allem VEGF-vermittelten Ödems sowie eine Abnahme der Kontrastmittelaffinität durch Verbesserung der Blut-Hirn-Schrankenfunktion. Da in Europa Patienten bisher nur im Rahmen individueller, freier Heilversuche behandelt und die Ergebnisse der US-amerikanischen Studien bislang nur teilweise veröffentlicht wurden, besteht eine Reihe offener Fragen zu Bevacizumab und wirkähnlichen Substanzen. Vordringlich scheint die Bearbeitung der folgenden Themen zu sein: • Der positive Effekt auf das Tumorgefäßbett eröffnet interessante Optionen für eine Kombinationstherapie mit einer zytotoxischen Therapie. Bisher wurde vor allem die Kombination mit dem Topoisomerase-IHemmstoff Irinotecan in zwei monozentrischen Serien sowie randomisiert untersucht [7, 43, 44]. Die randomisierte Studie war nicht dazu vorgesehen, Bevacizumab mit einer Standardtherapie zu vergleichen, sondern die Rolle von Irinotecan bei den positiven Signalen aus den ersten Serien [43, 44] zu definieren. Irino-

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tecan wird bei kolorektalen Tumoren erfolgreich mit Bevacizumab kombiniert [17], hat jedoch nur geringe Monosubstanzaktivität bei Hirntumoren [33]. In dieser randomisierten Studie wurde die prognostizierte Effektivität von Bevacizumab auch multizentrisch bestätigt. Die Ansprechraten lagen bei 35–40%, das progressionsfreie Überleben bei 40% und das Gesamtüberleben bei > 9 Monaten [7]. Auch die Kombination aus Temozolomid und Bevacizumab zeigte in einer unkontrollierten Serie eine gewisse Aktivität [23]. Präklinische Daten legen nahe, dass neben der Kombination auch die Abfolge der Therapien für Toxizität und Effektivität relevant ist [34]. Daher ist es wichtig zu verstehen, ob der Einsatz von Bevacizumab künftig im ersten oder zweiten Rezidiv oder erst in der Palliativphase der Erkrankung wie zurzeit aufgrund der Studien- und Zulassungssituation in Europa erfolgen soll. Außerdem ist bisher trotz der insgesamt vielversprechenden Daten für progressionsfreies und Gesamtüberleben die Zeit zwischen einer Progression nach Bevacizumab bis zum Tod recht kurz. Ob das Postulat, dass eine antiangiogene Therapie bei Unwirksamkeit zu einem starken „Rebound-Phänomen“ durch Induktion der VEGF/ VEGFR-Pfade und nachfolgende Blut-Hirn-Schrankenstörung führt oder einfach eine suboptimale Sequenz der Therapien ursächlich ist, zutrifft, sollte gezeigt werden. Die Furcht vor einem VEGF-Rebound hat zu ungewöhnlichen Konzepten geführt, in welchen Bevacizumab trotz einer Progression unter einer bevacizumabhaltigen Therapie fortgesetzt und lediglich die begleitende zytotoxische/zytostatische Therapie gewechselt wurden. In einer Fallsammlung aus dem Dana Farber Cancer Institute betrug das mediane progressionsfreie Intervall mit der zweiten bevacizumabhaltigen Therapie 40 Tage. Der Anteil nach 6 Monaten progressionsfrei überlebender Patienten lag bei 2% [28]. In einer weiteren Arbeit wurden intensiv vorbehandelte Patienten mit rezidiviertem Glioblastom zunächst mit Bevacizumab 10 mg/kg alle 2 Wochen und bei Progression zusätzlich

mit Irinotecan (340 mg/m2 oder 125 mg/m2 alle 2 Wochen, abhängig von der Komedikation mit enzyminduzierenden Antikonvulsiva) behandelt. Auch in dieser Arbeit war der Anteil objektiv auf die erste Therapie ansprechender Patienten hoch. Das mediane progressionsfreie Überleben lag bei 16 Wochen, die progressionsfreie Überlebensrate nach 6 Monaten betrug 29%. Bei der zweiten Progression wurde kein objektives Ansprechen des Tumors mehr gesehen. Die Zeit bis zur erneuten Progression war mit 30 Tagen sehr kurz [19]. • Es gibt interessante präklinische Hypothesen, nach denen antiangiogene Substanzen möglicherweise die Invasivität von Gliomzellen verstärken [20]. In der klinischen Anwendung bestehen zumindest für Bevacizumab aus einer einarmigen Studie Hinweise auf eine verstärkte Invasivität des Tumors im Rezidiv sowohl bei Patienten, die gemäß den bisher gültigen Macdonald-Kriterien auf die Therapie ansprechen, als auch bei Patienten mit einem Tumorprogress [22]. Diese verstärkte Invasivität wurde als „gliomatoseähnlicher Phänotyp“ vor allem auf FLAIR/ T2-MRT-Sequenzen beschrieben [27]. „Epidermal growth factor receptor“ (EGFR)

Ein wichtiger Signalweg in der Entwicklung maligner Gliome ist der EGF-Rezeptor (EGFR)/PI3K/Proteinkinase B (PKB/Akt)/mTOR-Signaltransduktionsweg. Dieser wird durch den negativen Regulator PTEN, der in 30–40% der Glioblastome mutiert ist, gehemmt. EGFR ist in 40–50% der Glioblastome amplifiziert und in bis zu 60% überexprimiert. EGFR-Mutationen treten bei ca. 50% der EGF-amplifizierten Glioblastome auf. Diese betreffen meist die extrazelluläre Domäne mit einer Deletion der Exone 2–7 (EGFRvIII-Mutation) [25]. Die Variante EGFRvIII ist konstitutiv aktiv, so dass unabhängig von adäquater extrazellulärer Stimulation eine kontinuierliche Aktivität des Signalwegs besteht. Aus obigen Ausführungen ergab sich der EGFR als logisches Ziel für klinische Studien. Die Mehrheit dieser Studien setzte kompetitive Ant-

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agonisten der intrazellulären EGFRDomäne ein. Die Effektivität verschiedener, in der Monotherapie getesteter Substanzen, z.B. Erlotinib und Gefinitib, war gering [30, 32]. In einer randomisierten, kürzlich publizierten EORTC-Studie (26034) wurde das Postulat eines für die Wirkung von EGFR-Inhibitoren prädiktiven molekularen Profils nicht bestätigt [42]. Fazit

Erst die Bestätigung präklinischer Hypothesen in kontrollierten Studien erlaubt es, weitere molekulare Parameter für die Stratifizierung bzw. als Einschlusskriterium für klinische Studien zu verwenden. Zukünftige Studien müssen nach der Etablierung solcher Parameter jedoch die Studienpopulation entsprechend den eingesetzten Signalweginhibitoren selektionieren bzw. Kombinationen mehrerer Signalweginhibitoren oder Signalweginhibitoren mit etablierten zytotoxischen Prinzipien evaluieren. Eine besondere Herausforderung stellt schließlich die Entwicklung von Effektivitätskriterien dar, die biologische bzw. molekulare Parameter ebenso wie unmittelbar patientenbezogene Kriterien einschließen. Chemoresistenzgenmodifizierte autologe periphere hämatopoetische Stammzellen

Trotz der relevanten klinischen Effekte von Alkylanzien wie Temozolomid oder Nitrosoharnstoffen bei der Behandlung von Patienten mit Hirntumoren sind diese Effekte durch eine primäre oder erworbene Resistenz und vor allem die Myelotoxizität limitiert. Ein wichtiger Resistenzmechanismus gegenüber Alkylanzien ist die MGMT, welche im Fall von Temozolomid die präferentiell an der O6-Position des Guanins vorhandenen Addukte entfernt und die Gliomzellen so gegenüber der Wirkung von Temozolomid schützt. Neben den bereits genannten intensivierten Schemata der Temozolomid- oder Nitrosoharnstoffanwendung wird durch O6-Benzylguanin (BG) eine effektive Inaktivierung der MGMT und damit Zytotoxizität von Temozolomid oder Nitrosoharnstoffen wie Nimustin (ACNU), Carmustin

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(BCNU) oder Lomustin (CCNU) sowohl in vitro als auch in vivo erreicht. Die Kombination von BG und Temozolomid ist daher mit erheblicher Myelotoxizität assoziiert [29]. Die gentechnisch generierte P140KMutante von MGMT (MGMTP140K) ist BG-resistent. Der Gentransfer von MGMT P140K in hämatopoetische Stammzellen schützt die Hämatopoese vor alkylanzienvermittelter Toxizität in präklinischen Tiermodellen. Es erscheint daher attraktiv, Patienten mit Glioblastomen nach einer Induktionstherapie mit lentiviral mit MGMTP140K transduzierten hämatopoetischen Stammzellen zu behandeln, um anschließend die BG- und Temozolomidtherapie auszureizen, wenn die Chemoprotektion der Hämatopoese funktioniert und keine neuen, dosislimitierenden, nichthämatologischen Toxizitäten auftreten. Eine erste Studie zur klinischen Anwendung wird aktuell im Fred Hutchinson Cancer Research Center mit Unterstützung aus Heidelberg durchgeführt (NCT00669669).

zaeus-Merzbacher-Erkrankung [5], oder bei malignen Hirntumoren nach Beladung mit Interleukin-4 [3] oder bei einem Rattenmodell des idiopathischen Parkinson-Syndroms durch Transplantation muriner embryonaler Stammzellen, die zu dopaminergen Neuronen differenzieren, untersucht [4]. Kürzlich wurde außerdem gezeigt, dass sich hämatopoetische Stamm- und Progenitorzellen nach Applikation sowohl direkt in ein experimentelles Gliom als auch indirekt in die Schwanzvene oder in einen nicht tumortragenden gesunden Hirnabschnitt innerhalb von 3 Tagen über den gesamten Tumorquerschnitt verteilen [38]. Im Gegensatz zu Fibroblasten [1], die im Zentrum des Tumors verharrten, fan-

SCF/sKitL

Gliom Stress

MMP-9

Hämatopoetische Progenitorzellen als Vehikel für die Gliomtherapie

Obwohl Gliome mit wenigen Ausnahmen keine Metastasierung zeigen, limitiert das infiltrative Wachstum den Erfolg chirurgischer und lokoregionaler Behandlungsmodalitäten. Die aktuellen Grenzen der klassischen oder auch zielgerichteten Tumortherapien sind bekannt. Auch die Gentherapie war vermutlich aufgrund der geringen Transduktion infiltrierender Zellen durch die verfügbaren viralen Vektoren und Applikationsstrategien bisher ineffektiv [6]. Ein autologer zellulärer Vektor, der nach lokaler oder systemischer Applikation das Gehirngewebe durchwandert und einen Tropismus zu Tumorzellen aufweist, wäre ideal, um therapeutisch wirksame Transgene unmittelbar in der Invasionsfront der Gliome zu exprimieren. Eine Schlüsseleigenschaft von Stammzellen besteht in deren ausgeprägter Migrationsneigung [14, 37]. Aufgrund dieses Charakteristikums werden diese Zellen präklinisch als therapeutische Vehikel in Tiermodellen neurodegenerativer Erkrankungen, z.B. der demyelinisierenden Peli-

TGF-B

HIF1-A SCF/sKitL CD 117 PC

CXCL12 VEGF

CXCR4 CD62E VEGF-R2 NF-KB

Abbildung 4. Gliomtropismus hämatopoetischer Stamm- und Progenitorzellen (PC). Gliomzellen produzieren stressverstärkt TGF-β und außerdem Matrixmetalloproteinase 9 (MMP-9) und den „stem cell factor“/ löslichen Kit-Liganden (SCF/sKitL). Sowohl Radiotherapie als auch Hypoxie führen TGF-β-abhängig zu einer Induktion von „hypoxia-inducible factor“ (HIF1-α) und konsekutiv VEGF. VEGF führt in der Endothelzelle „nuclear factor“-(NF-)κB-abhängig zur Expression von CD62E (E-Selectin). E-Selectin wird in normalen Hirngewebsgefäßen gar nicht oder kaum und im Tumor mit Korrelation zum WHO-Grad exprimiert. Nach Adhäsion der PC über E-Selectin in den Hirntumorgefäßen kommt es zu einer SCF/sKitL- und Chemokin-(CXCL12/ CXCR4-)abhängigen Chemokinese der PC in Richtung der Gliomzellen.

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Zytokinsynthese ↓ MHC-Klasse II ↓ H2O2- und NO-Bildung ↓ Chemotaxis ↑ Dendritenzellreifung ↓ Antigenpräsentation ↓

Mikroglia Makrophagen

NK-Zellen T-Zellen Autokrine Effekte Proliferation ↓ Aktivität ↓ Apoptose ↑ TGF-β-Synthese ↑

Proliferation ↑↓ MHC-Klasse II ↓ MMP-Synthese ↑ Invasion / Migration ↑

Glioblastom

Adhäsion ↓ Endothelzellen

Abbildung 5. Pleiotrope Effekte von TGF-β bei malignen Gliomen.

den sich diese Zellen insbesondere in der Infiltrationszone der Gliome und in der Nachbarschaft einzeln das zentrale Nervensystem infiltrierender Zellen wieder [38, 39]. Andere Arbeiten untersuchen das Migrationspotential und den Tumortropismus neuronal differenzierter Knochenmarkstammzellen erwachsener Spender in Sphäroidkulturen in vitro [21] oder den Tropismus mesenchymaler Stammzellen [18]. In den Arbeiten zu neuronal differenzierten Knochenmarkstammzellen wurden der Gliomtropismus adulter Knochenmarkzellen in vitro und in vivo (U87MGXenograft-Nacktmausmodell) und die zelluläre Therapie mittels mit „tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand“ (TRAIL) oder Plättchenfaktor 4 adenoviral transduzierter neuronal differenzierter Knochenmarkzel-

len gezeigt. Die Applikation dieser Zellen erfolgte allerdings ausschließlich intrazerebral. Es gibt aber keinen Grund zu der Annahme, dass der Läsionstropismus oder die Motilität von Knochenmarkstammzellen mit neuronaler Differenzierung zunimmt; zudem steht die Überprüfung des Konzepts bei systemischer Applikation aus. Bei dieser sind neben den Migrationseigenschaften auch das Verhalten auf chemotaktische Reize und Adhäsionseigenschaften am Tumorgefäßbett relevant. Die adenovirale Transduktionseffizienz dieser Zellen ist nur mäßig [21]. Eigene Daten legen nahe, dass nicht manipulierte, aus dem murinen Knochenmark isolierte Sca1+/lin– bzw. humane peripher mobilisierte CD34+ hämatopoetische Stammzellen sehr motil sind und einen deutlichen Gliomtropismus aufweisen [38]. Der er-

Stress CD62E

TGF-β HIF1-α CXCL12

HPC

Rezidivgliom

? Resektion

CXCR4

Gliomtropismus

Abbildung 6. Übersicht über eine mögliche Therapie mit syngenen hämatopoetischen Stammund Progenitorzellen (PC). Nach weitgehender Resektion eines Rezidivglioms könnte eine lokale Applikation lentiviral transduzierter PC in die Tumorhöhle erfolgen. Aufgrund des Tropismus wird eine Migration auch in die Invasionszone des Tumors postuliert.

folgreiche Einsatz von Stammzellen als therapeutische Vehikel setzt in Analogie zum Gleichgewicht zwischen „homing“ von Stammzellen in das Knochenmark und Mobilisierung in die Zirkulation eine genaue Kenntnis der zugrundeliegenden molekularen Regulationsmechanismen voraus. Es wurde gezeigt, dass „transforming growth factor“-(TGF-)β-neutralisierende Strategien den Tropismus verhindern. Demgegenüber sind Therapien, die zu Tumorhypoxie führen, wie etwa Bestrahlung, sehr gut geeignet, den Tropismus der Stammzellen zum Tumor zu verbessern [39]. Neben löslichen, chemotaktischen Faktoren wie Chemokinen und Metalloproteinasen trägt eine Beeinflussung des Tumorgefäßbetts durch die Tumorzellen zur differentiellen Anreicherung von Stammzellen im Tumor gegenüber dem Normalgewebe und damit zum Tumortropismus bei [40] (Abbildung 4). Diese undifferenzierten Stammzellen sind allerdings nicht adenoviral zu transduzieren, so dass, wie bereits geschildert, eine lentivirale Expression therapeutischer Transgene erforderlich ist. Neben der ausgeprägten Neigung zur Infiltration gesunden Hirngewebes, die die Möglichkeiten der Chirurgie deutlich einschränkt, sind Glioblastome durch die assoziierte Immunsuppression, die vermutlich für das Scheitern aller bisherigen Versuche der aktiven Immuntherapie bei diesen Tumoren verantwortlich ist, charakterisiert. Zentrales Molekül in der Genese dieses malignen Phänotyps des Glioblastoms ist vermutlich das Zytokin TGF-β. Autokrine oder parakrine Wirkungen von TGF-β fördern Migration und Invasion der Tumorzellen und reduzieren deren Immunogenität durch Unterdrückung der MHC-(„major histocompatibility complex“-)Klasse-Iund MICA/B-(„MHC class I chain-related gene A/B“-)Expression. Des Weiteren schafft TGF-β durch die Modulation des biologischen Verhaltens von Mikrogliazellen und Makrophagen, T-Zellen und natürlichen Killer-(NK-)Zellen sowie der Endothelzellen der Blut-Hirn-Schranke ein Mikromilieu, das Tumorwachstum begünstigt und Immunantworten supprimiert (Abbildung 5) [49]. Systemische TGF-β-Neutralisierung ist in der Be-

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handlung von experimentellen Gliomen erfolgreich [41], beim Menschen bisher aus Toxizitätsgründen aber nicht etabliert. Aus diesem Grund könnte die TGF-β-Neutralisierung eine der ersten Anwendungen für eine zelluläre, stammzellbasierte Therapie sein (Abbildung 6).

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Literatur 1. Aboody KS, Brown A, Rainov NG, et al. Neural stem cells display extensive tropism for pathology in adult brain: evidence from intracranial gliomas. Proc Natl Acad Sci U S A 2000;97:12846–51. 2. Batchelor TT, Sorensen AG, di Tomaso E, et al. ZD2171, a pan-VEGF receptor tyrosine kinase inhibitor, normalizes tumor vasculature and alleviates edema in glioblastoma patients. Cancer Cell 2007; 11:83–95. 3. Benedetti S, Pirola B, Pollo B, et al. Gene therapy of experimental brain tumors using neural progenitor cells. Nat Med 2000;6:447–50. 4. Björklund LM, Sánchez-Pernaute R, Chung S, et al. Embryonic stem cells develop into functional dopaminergic neurons after transplantation in a Parkinson rat model. Proc Natl Acad Sci U S A 2002;99: 2344–9. 5. Brüstle O, Jones KN, Learish RD, et al. Embryonic stem cell-derived glial precursors: a source of myelinating transplants. Science 1999;285:754–6. 6. Cavaliere R, Wen PY, Schiff D. Novel therapies for malignant gliomas. Neurol Clin 2007;25: 1141–71. 7. Cloughesy TF, Prados MD, Mikkelsen T, et al. A phase II, randomized, non-comparative clinical trial of the effect of bevacizumab (BV) alone or in combination with irinotecan (CPT) on 6-month progression free survival (PFS6) in recurrent, treatment-refractory glioblastoma (GBM). J Clin Oncol 2008;26:Suppl 15:2010b. 8. Conrad C, Friedman H, Yung WKA, et al. Phase I/II trial of single-agent PTK787/ZK222584 (PTK/ ZK), a novel, oral angiogenesis inhibitor, in patients with recurrent glioblastoma multiforme (GBM). J Clin Oncol 2004;22:Suppl 14:1512. 9. European Organisation for Research and Treatment of Cancer: Brain tumour group: ongoing trials (http://groups.eortc.be/brain/html/trials.html, accessed February 5, 2009). 10. Fine HA, Kim L, Royce C, et al. Results from phase II trial of enzastaurin (LY317615) in patients with recurrent high grade gliomas. J Clin Oncol 2005;23: Suppl 16:1504. 11. Fine HA, Puduvalli VK, Chamberlain MC, et al. Enzastaurin (ENZ) versus lomustine (CCNU) in the treatment of recurrent, intracranial glioblastoma multiforme (GBM): a phase III study. J Clin Oncol 2008;26:Suppl 15:2005. 12. Glas M, Happold C, Rieger J, et al. Long-term survival of patients with glioblastoma treated with radiotherapy and lomustine plus temozolomide. J Clin Oncol 2009:in press (Epub 2009 Feb 02). 13. Happold C, Roth P, Wick W, et al. ACNU-based chemotherapy for recurrent glioma in the temozolomide era. J Neurooncol 2009;92:45–8. 14. Hatten ME. The role of migration in central nervous system neuronal development. Curr Opin Neurobiol 1993;3:38–44. 15. Hegi ME, Diserens A-C, Gorlia T, et al. MGMT gene silencing and benefit from temozolomide in glioblastoma. N Engl J Med 2005;352:997–1003. 16. Herrlinger U, Rieger J, Koch D, et al. UKT-03 phase II trial of CCNU plus temozolomide chemotherapy in addition to radiotherapy in newly diagnosed glioblastoma. J Clin Oncol 2006;24: 4412–7. 17. Kabbinavar F, Irl C, Zurlo A, et al. Bevacizumab improves the overall and progression-free survival of patients with metastatic colorectal cancer treated

29

21.

22. 23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32. 33.

34.

35.

with 5-fluorouracil-based regimens irrespective of baseline risk. Oncology 2008;75:215–23. Kim SM, Lim JY, Park SI, et al. Gene therapy using TRAIL-secreting human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells against intracranial glioma. Cancer Res 2008;68:9614–23. Kreisl TN, Kim L, Moore K, et al. Phase II trial of single-agent bevacizumab followed by bevacizumab plus irinotecan at tumor progression in recurrent glioblastoma. J Clin Oncol 2009;27:740–5. Kunkel P, Ulbricht U, Bohlen P, et al. Inhibition of glioma angiogenesis and growth in vivo by systemic treatment with a monoclonal antibody against vascular endothelial growth factor receptor-2. Cancer Res 2001;61:6624–8. Lee J, Elkahloun AG, Messina SA, et al. Cellular and genetic characterization of human adult bone marrow-derived neural stem-like cells: a potential antiglioma cellular vector. Cancer Res 2003;63: 8877–89. Macdonald DR, Cascino TL, Schold SC, et al. Response criteria for phase II studies of supratentorial malignant glioma. J Clin Oncol 1990;8:1277–80. Maron R, Vredenburgh JJ, Desjardins A, et al. Bevacizumab and daily temozolomide for recurrent glioblastoma multiforme (GBM). J Clin Oncol 2008; 26:Suppl 15:abstract 2074. Mathieu V, De Nève N, Le Mercier M, et al. Combining bevacizumab with temozolomide increases the antitumor efficacy of temozolomide in a human glioblastoma orthotopic xenograft model. Neoplasia 2008;10:1383–92. Mellinghoff IK, Wang MY, Vivanco I, et al. Molecular determinants of the response of glioblastomas to EGFR kinase inhibitors. N Engl J Med 2005; 353:2012–24. Mirimanoff RO, Gorlia T, Mason W, et al. Radiotherapy and temozolomide for newly diagnosed glioblastoma: recursive partitioning analysis of the EORTC 26981/22981-NCIC CE3 phase III randomized trial. J Clin Oncol 2006;24:2563–9. Norden AD, Young GS, Setayesh K, et al. Bevacizumab for recurrent malignant gliomas: efficacy, toxicity, and patterns of recurrence. Neurology 2008;70:779–87. Quant E, Norden AD, Drappatz J, et al. Role of a second chemotherapy in recurrent malignant glioma patients who progress on a bevacizumab-containing regimen. J Clin Oncol 2008; 26:Suppl 15:abstract 2008. Quinn JA, Desjardins A, Weingart J, et al. Phase I trial of temozolomide plus O6-benzylguanine for patients with recurrent or progressive malignant glioma. J Clin Oncol 2005;23:7178–87. Raizer JJ, Abrey LE, Wen P, et al. A phase II trial of erlotinib (OSI-774) in patients (pts) with recurrent malignant gliomas (MG) not on EIAEDs. J Clin Oncol 2004;22:Suppl 14:1502. Reardon D, Friedman H, Yung WKA, et al. A phase I/II trial of PTK787/ZK222584 (PTK/ZK), a novel, oral angiogenesis inhibitor, in combination with either temozolomide or lomustine for patients with recurrent glioblastoma multiforme (GBM). J Clin Oncol 2004;22:Suppl 14:1513. Rich JN, Reardon DA, Peery T, et al. Phase II trial of gefitinib in recurrent glioblastoma. J Clin Oncol 2004;22:133–42. Santisteban M, Buckner JC, Reid JM, et al. Phase II trial of two different irinotecan schedules with pharmacokinetic analysis in patients with recurrent glioma: North Central Cancer Treatment Group results. J Neurooncol 2009:in press (Epub 2008 Dec 10). Shaked Y, Henke E, Roodhart JM, et al. Rapid chemotherapy-induced acute endothelial progenitor cell mobilization: implications for antiangiogenic drugs as chemosensitizing agents. Cancer Cell 2008;14:263–73. Stupp R, Goldbrunner R, Neyns B, et al. Phase I/IIa trial of cilengitide (EMD121974) and temozolomide with concomitant radiotherapy, followed by temozolomide and cilengitide maintenance therapy in patients with newly diagnosed glioblastoma. J Clin Oncol 2007;25:Suppl 18:2000.

36. Stupp R, Mason WP, van den Bent MJ, et al. Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma. N Engl J Med 2005;352: 987–96. 37. Sugimoto Y, Taniguchi M, Yagi T, et al. Guidance of glial precursor cell migration by secreted cues in the developing optic nerve. Development 2001;128: 3321–30. 38. Tabatabai G, Bähr O, Möhle R, et al. Lessons from the bone marrow: how malignant glioma cells attract adult hematopoietic stem cells. Brain 2005; 128:2200–11. 39. Tabatabai G, Frank B, Möhle R, et al. Irradiation and hypoxia promote homing of hematopoietic progenitor cells towards gliomas by TGF-β-dependent HIF-1α-mediated induction of CXCL12. Brain 2006;129:2426–35. 40. Tabatabai G, Herrmann C, Frank B, et al. Glioma cell-mediated upregulation of CD62E on endothelial cells contributes to glioma tropism of adult hematopoietic progenitor cells. Brain 2008;131: 2579–95. 41. Uhl M, Aulwurm S, Wischhusen J, et al. SD-208, a novel TGF-β receptor I kinase inhibitor, inhibits growth and invasiveness and enhances immunogenicity of murine and human glioma cells in vitro and in vivo. Cancer Res 2004;64:7954–61. 42. Van den Bent MJ, Brandes A, Rampling R, et al. Randomized phase II trial of erlotinib (E) versus temozolomide (TMZ) or BCNU in recurrent glioblastoma multiforme (GBM). J Clin Oncol 2007;25: Suppl 18:2005. 43. Vredenburgh JJ, Desjardins A, Herndon JE 2nd, et al. Phase II trial of bevacizumab and irinotecan in recurrent malignant glioma. Clin Cancer Res 2007; 13:1253–9. 44. Vredenburgh JJ, Desjardins A, Herndon JE 2nd, et al. Bevacizumab plus irinotecan in recurrent glioblastoma multiforme. J Clin Oncol 2007;25: 4722–9. 45. Wen PY, Kesari S. Malignant gliomas in adults. N Engl J Med 2008;359:492–507. 46. Wick A, Felsberg J, Steinbach JP, et al. Efficacy and tolerability of temozolomide in an alternating weekly regimen in patients with recurrent glioma. J Clin Oncol 2007;25:3357–61. 47. Wick A, Pascher C, Wick W, et al. Rechallenge with temozolomide in recurrent gliomas. J Neurol 2009:in press. 48. Wick W, Küker W. Brain edema in neurooncology: radiological assessment and management. Onkologie 2004;27:261–6. 49. Wick W, Naumann U, Weller M. Transforming growth factor-β: a molecular target for the future therapy of glioblastoma. Curr Pharm Des 2006; 12:341–9.

Korrespondenzanschrift Prof. Dr. Wolfgang Wick Abteilung Neuroonkologie Universitätsklinikum Heidelberg Im Neuenheimer Feld 400 69120 Heidelberg Telefon (+49/6221) 56-7075 Fax -7554 E-Mail: wolfgang.wick@ med.uni-heidelberg.de