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B L I T Z L I C H T Abb. 1: links: Positronen-Emissionstomographische (PET)-Untersuchung eines Patienten mit fortschreitenden multiplen Lymphknotenmetastasen eines neuroendokrinen Pankreaskopf- Tumors nach Injektion von 68 Ga-DOTATOC. rechts: Schematische Darstellung der chemischen Struktur des 68 Ga-DOTATOC. Um das Potential des Targetings für die Therapie zu nutzen, kann DOTATOC anstelle von 68 Ga mit cytotoxischen Radionukliden wie 177 Lu oder 90 Y für die Endoradiotherapie eingesetzt werden. Isotopen lassen sich Moleküle herstellen, die der Organismus nicht von ihren nichtradioaktiven Pendants unterscheiden kann oder die natürlichen Stoffen chemisch zumindest ähneln (Abb. 1). Da die Detektoren für die Radiotracer sehr empfindlich sind, erhält der Patient nur eine geringe Strahlenbelastung, welche die Dosiswerte im Vergleich zum CT in der Regel unterschreitet. Natürliche tumoraffine Peptide Eine Weiterentwicklung der tumorspezifischen bildgebenden Darstellung wurde durch Abb. 2: oben: Elektronenmikroskopische Aufnahme eines filamentösen Phagen, wie er für das Peptid-Phagendisplay verwendet wird. Daneben eine schematische Darstellung eines Phagen mit den für die Peptid-Präsentation wichtigen Bestandteilen. unten: Zusammenfassung des in mehreren Zyklen durchlaufenen Selektionsprozesses, bei dem aus einer großen Anzahl verschiedener Peptid-tragender Phagen, jene mit spezifisch bindenden Peptidmotiven angereichert werden. die Erkenntnis möglich, daß sich Tumoren in Abhängigkeit von ihrem Ursprung aufgrund spezifischer Peptidrezeptoren vom restlichen Gewebe unterscheiden. Peptide haben, im Vergleich zu größeren Molekülen wie etwa Antikörpern, entscheidende Vorteile. Da Peptide deutlich kleiner sind, gelangen sie schneller und ohne sterische Behinderungen an ihr Ziel. Sie werden meist schnell wieder ausgeschieden und erlauben so einen guten Kontrast zwischen Tumor und umgebenden Gewebe. Auch verursachen Peptide keine Immunantwort im Körper, wodurch aufwendige Humanisierungsversuche entfallen. Zudem kann die Herstellung relativ schnell und kostengünstig durch chemische Synthese erfolgen. Ein Beispiel für ein natürliches tumorspezifische Peptid und dessen Rezeptor ist das Vasoaktive Intestinale Poly-Peptid (VIP). Die Rezeptoren für VIP werden in neuroendokrinen Tumoren sowie vielen anderen Tumoren (Adenokarzinome, Lymphome, Astrocytome, Glioblastome und Meningiome) überexprimiert 1 . Somatostatin-Rezeptoren (SSTR) stellen eine weitere Gruppe von Rezeptoren dar, die auf der Mehrzahl aller neuroendokrinen Tumoren 2 und Neuroblastomen, einigen medullären Schilddrüsenkarzinomen, Prostatatumoren, Phäochromozytomen und kleinzelligen Lungentumoren exprimiert werden. Um ein Peptid für ein Tumorimaging oder die Tumortherapie verwenden zu können, sind folgende Punkte wichtig: Zunächst muß der Rezeptor, an den das Peptid bindet, im Tumor in sehr viel größerer Anzahl vorhanden sein als im übrigen Körper. Das Peptid sollte stabil sein und nicht oder nur langsam im Blut abgebaut werden. Des weiteren ist eine ausreichende Affinität und die Möglichkeit, das Peptid zu markieren, ohne daß es seine Bindungseigenschaften verliert, notwendig. Tumorimaging mit Octreotid Somatostatin war eines der ersten Peptide, welche auf ihr Potential zur Darstellung rezeptorüberexprimierender Tumoren getestet wurde. Das natürliche Somatostatin wird im Körper rasch enzymatisch abgebaut. Aus diesem Grund wurden modifizierte Derivate des Somatostatins synthetisiert, mit denen in vivo eine deutlich verlängerte physiologische Halbwertszeit erreicht werden kann. Das erfolgreichste ist das bereits seit 1982 bekannte Octreotid (Sandostatin ® ) 3 . Hierzu wurde das 14 Aminosäuren lange, zyklische Somatostatin auf acht Aminosäuren verkürzt und N-terminal mit dem Chelator Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA) zum DTPA-Phe 1 -Octreotid konjugiert, um eine effiziente Markierung mit 111 In zu ermöglichen. 111 In-DTPA-Phe 1 - Octreotid ist mittlerweile ein registriertes Radiopharmakon für die Verlaufskontrolle von Patienten mit neuroendokrinen Tumoren 4 . Die Darstellung mit 111 In-DTPA-Phe 1 -Octreotid ist insbesondere auch bei Patienten mit Brust- 22 | 6. Jahrgang | Nr. 6/2005 LABORWELT
karzinomen und Lymphomen erfolgreich. Aber die Darstellung von Tumoren mit Hilfe von Octreotid ist natürlich nur für die Tumore möglich, die den Somatostatin-Rezeptor exprimieren. Suche nach tumorspezifischen Peptiden Um das Spektrum auch auf andere Tumoren auszuweiten, gibt es Forschungsbemühungen, neue Tumor-spezifische Peptide zu identifizieren. Ein Ansatz für die Suche nach weiteren Tumor-affinen Peptiden ist das Peptid-Phagendisplay. Das Phagen-Display ist eine leistungsfähige Technologie, um neue Polypeptide für die Anwendungen in der Biotechnologie und der Medizin zu identifizieren. Das Prinzip, daß Peptide auf der Oberfläche von filamentösen Bakteriophagen präsentiert werden können, wurde erstmals von Smith in den achtziger Jahren beschrieben 5 . In den Phagenbibliotheken kann eine Vielzahl unterschiedlicher Peptide auf den Phagen exprimiert werden. Die Population der an die Zielstruktur bindenden Klone kann mittels rationaler Selektionstechniken angereichert werden und so Moleküle mit der gewünschten Spezifität für die ausgewählte Zielstruktur identifiziert werden. Der Prozeß des Phagen-Displays beginnt mit der Herstellung einer großen Anzahl von Peptid-tragenden Phagen („Bibliothek“). Der Umfang einer solchen Phagenbibliothek kann im Idealfall bis zu 10 12 verschiedene Motive umfassen. Phagen, die spezifisch bindende Liganden tragen, können durch eine Serie von Selektionszyklen isoliert werden. Der Prozeß beginnt mit der Bindung der Phagen an das Zielmolekül, einem anschließenden Waschschritt, um ungebundene Phagen zu entfernen, und endet mit der Elution der gebundenen Phagen. Als nächster Schritt erfolgt die Reamplifikation der spezifisch gebundenen Phagen in Bakterien. Dieser Selektionsvorgang kann mehrmals wiederholt werden, bis eine Population der „besten Binder“ isoliert wird. Von diesen „Bindern“ wird das Genom isoliert und daraus die Sequenz des affinen Peptides ermittelt. Anschließend kann das Insert als synthetisches Peptid reproduziert werden. Die Selektion der Phagen kann sowohl in vitro, also in der Zellkultur 6 oder mit isolierten Proteinen, als auch in vivo, beispielsweise in Mäusen 7 , erfolgen (Abb. 2). Mittels solcher Selektionsschritte konnte zum Beispiel ein Peptid isoliert werden, welches spezifisch an Prostatatumorzellen bindet 8 . Neben dieser selektiven Bindung und Internalisierung zeigt das Peptid auch eine gute Anreicherung im Tiermodell. Allerdings wird dieses prostataspezifische Peptid im Serum des Menschen schnell abgebaut, weshalb zunächst Anstrengungen unternommen werden müssen, es zu B L I T Z L I C H T stabilisieren, bevor es für einen Einsatz im klinischen Bereich geeignet ist. Neben der diagnostischen Darstellung der Tumoren erlaubt der Einsatz Partikel-emittierender Radioisotope auch eine gezielte Therapie mit tumorspezifischen Peptiden. Die erfolgreiche bildliche Darstellung neuroendokriner Tumoren mit Octreotidderivaten stimulierte die Entwicklung markierter Octreotid-Analoga für therapeutische Anwendungen. Die Erprobung von 90Y-DOTA0- D-Phe1-Tyr3-Octreotid (DOTATOC) wird derzeit in mehreren klinischen Zentren durchgeführt. In einer Studie wurde zunächst eine darstellende Untersuchung mit 111 In-DTPA-Phe1-Octreotid durchgeführt, um individuelle dosimetrische Abschätzungen zu ermöglichen, bevor 90Y-DOTATOC zur Therapie appliziert wurde. Dadurch konnte nach rund 12 Monaten bei 27% der Patienten eine Reduktion des Tumorvolumens und bei 64% ein stabiler Krankheitsverlauf erzielt werden. Bei 13% der Patienten wurde eine Progression beobachtet 9 . Die Berücksichtigung der Tatsache, daß dieses Patientenkollektiv aus bis dahin erfolglos behandelten Patienten besteht, unterstreicht den enormen Wert dieses Vorgehens. Ausblick Im Zuge eines immer besseren Verständnisses der molekularen Mechanismen von Krebs, werden zunehmend krankheitsrelevante Erkenntnisse in die Klinik und die Patientenbehandlung übertragen. Die Verwendung von tumorspezifischen Peptiden zur Darstellung von Tumoren und Metastasen eröffnet ein neues weites Spektrum von Anwendungen im klinischen Bereich. Wie sich am Beispiel der Somatostatin-Peptidderivate zeigt, kann eine gezielte Anreicherung von Peptiden im Tumor zu einer guten Darstellung der Krebserkrankung und in einigen Fällen für eine verbesserte und zielgerichtete Therapie sorgen. Durch die Erforschung der schon vorhandenen Peptide und die Suche nach neuen tumorspezifischen Peptiden bietet sich vielleicht bald die Möglichkeit, Krebserkrankungen frühzeitig zu diagnostizieren, den Patienten nichtinvasiv auf Tumoreigenschaften zu untersuchen und effizientere Therapeutika anzuwenden. Literatur [1] Hessenius, C., Bader, M., Meinhold, H., Bohmig, M., Faiss, S., Reubi, J. C., and Wiedenmann, B. Eur J Nucl Med 27(2000), 1684-1693. [2] Reubi, J. C., Maurer, R., von Werder, K., Torhorst, J., Klijn, J. G., and Lamberts, S. W. Cancer Res, 47 (1987), 551-558. [3] Bauer, W., Briner, U., Doepfner, W., Haller, R., Huguenin, R., Marbach, P., Petcher, T. J., and Pless SM. Life Sci 31 (1982), 1133-1140. [4] Krenning, E. P., Kwekkeboom, D. J., Bakker, W. H., Breeman, W. A., Kooij, P. P., Oei, H. Y., van Hagen, M., Postema, P. T., de Jong, M., Reubi, J. C., and et al. Eur J Nucl Med 20 (1993), 716-731. [5] Smith, G. P. Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface. Science 228 (1985), 1315-1317. [6] Szardenings, M., Tornroth, S., Mutulis, F., Muceniece, R., Keinanen, K., Kuusinen, A., and Wikberg, J. E. J Biol Chem 272 (1997), 27943-27948. [7] Pasqualini, R. and Ruoslahti, E. Nature 380 (1996), 364-366. [8] Zitzmann, S., Mier, W., Schad, A., Kinscherf, R., Askoxylakis, V., Kramer, S., Altmann, A., Eisenhut, M., and Haberkorn, U. Clin Cancer Res 11 (2005), 139-146. [9] Paganelli, G., Zoboli, S., Cremonesi, M., Bodei, L., Ferrari, M., Grana, C., Bartolomei, M., Orsi, F., De Cicco, C., Macke, H. R., Chinol, M., and de Braud, F. Eur J Nucl Med 28 (2001), 426-434. Korrespondenzadresse Dr. Sabine Zitzmann Radiopharmaceuticals Research Schering AG, Berlin Tel.: +49-(0)30-468-11427 Fax: +49-(0)30-468-16609 eMail: sabine.zitzmann@schering.de Miniadd_100205_90x60_4C 14.02.2005 18:19 Uhr Seite 1 Kennziffer 19 LW 06 · Informationen ordern? · www.biocom.de CUSTOMISED monoclonal antibodies with GUARANTEE Berlin • Germany • www.biogenes.de • +49 (0)30-65 76 23 96 LABORWELT 6. Jahrgang | Nr. 6/2005 | 23 �
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Seite 28 und 29: B L I T Z L I C H T Fig. 2: Array m
Seite 30 und 31: A B C N E T Z W E R K Abb. 2: A. Da
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Seite 34 und 35: Wegen der Bedeutung des Nachweises
Seite 36 und 37: Microarrays � ASK-Chip: Gezielte
Seite 38 und 39: RZPD � Neuer Diagnostik-Service:
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Seite 42 und 43: Microarray Solutions SCHOTT Jenaer
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Seite 46 und 47: Kennziffer 27 LW 06 · www.biocom.d
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