Lokale Kombinations-Gentherapie der Rheumatoiden Arthritis mittels IL-12-Blockade, TNFa-Blockade und Galectin-1-Applikatin

• Antragsteller: Dr. Ingo Helmut Tarner
• Fachliche Zuordnung: Rheumatologie
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5401141

• Erstellungsjahr: 2008

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das geförderte Projekt hat die Anwendbarkeit und Wirksamkeit einer adoptiven zellulären Kombinations-Gentherapie in einem Tiermodell der rheumatoiden Arthritis untersucht. Die Rationale bestand darin, durch genetisch modifizierte dendritische Zellen (DC) antientzündlich wirksame Moleküle gezielt in entzündete Gelenke zu bringen, um eine lokale Wirkung bei möglichst geringer systemischer Nebenwirkung zu erzielen. Da Pilotexperimente gezeigt hatten, dass mit einem einzelnen antientzündlichen Wirkstoff keine hinreichende Wirkung erreicht werden kann, wurden verschiedene Kombinationen der antientzündlichen Moleküle IL-12p40, anti-TNF Antikörperfragmente (scFv) und Galectin-1 angewendet. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass DC erfolgreich lentiviral transduziert werden können und die transferierten Gene exprimieren. Ein adoptiver Transfer dieser Zellen durch intravenöse Injektion in Mäuse mit experimenteller, Kollagen Typ II induzierter Arthritis führt vor allem zu einer Anreicherung der Zellen in entzündeten Pfoten und in der Milz. Unter den möglichen Kombinationen der verwendeten antientzündlichen Molekülen zeigte nur die Kombination aus Galectin-1 und IL-12p40 eine therapeutische Wirksamkeit. Klinisch wurde durch diese Therapie keine Remission erzielt, sondern lediglich ein geringeres Fortschreiten des Schweregrades der Arthritis im Vergleich zur Plazebogruppe, die mit physiologischer Kochsalzlösung behandelt wurde. Diese Wirkung erreichte in der statistischen Auswertung keine Signifikanz. Bei funktioneilen Analysen zeigte sich unter der Behandlung mit Galectin-1 und IL-12p40 jedoch eine verminderte Expression proentzündlicher und vermehrte Expression antientzündlicher Zytokine in den entzündeten Gelenken und in der Milz. Darüberhinaus wurde histologisch eine verminderte Pannusbildung und geringe knöcherne Erosion festgestellt. Diese Befunde wurden von der statistischen Untersuchung gestützt (p < 0,05). Interessanterweise erbrachte die Dreifachkombination aus IL-12p40, Galectin-1 und anti-TNF scFv keine bessere Wirksamkeit als die Zweifachkombination. Insgesamt ist die Wirksamkeit der Kombinations-Gentherapie hinter den ursprünglichen Erwartungen zurückgeblieben. Zudem gestaltet sich der ex vivo Gentransfer in DC aus dem Knochenmark von Spendertieren aufwendig und erbringt relativ heterogene Transduktionserfolge. Dementsprechend läßt sich die effektive Dosis der transferierten Genprodukte nur unzureichend kontrollieren. Desweiteren führt der lentivirale Gentransfer zu einer beschleunigten Ausreifung der DC. Dieses könnte der erwünschten therapeutischen Wirkung abträglich sein, da durch vermehrte Expression von MHC II und kostimulatorischen Molekülen eine Aktivierung von T-Zellen hervorgerufen werden könnte und eine vermehrte Expression von TNFa eine Förderung der Entzündung und der Knochenzerstörung bewirken könnte. Das geförderte Projekt läßt die folgenden Schlußfolgerungen zu, die in dem derzeit in Bearbeitung befindlichen Manuskript für die Originalpublikation zusammengefaßt werden: • Adoptive zelluläre Gentherapie mit ex vivo lentiviral transduzierten dendritischen Zellen (DC) erlaubt einen lokalen Transfer therapeutischer Genprodukte in entzündete Gelenke und in die Milz im Tiermodell der rheumatoiden Arthritis. • Die klinische Wirksamkeit verschiedener Kombinationen antientzündlicher Genprodukte ist begrenzt. Eine klinische Remission wird nicht erzielt. • Ausschließlich die Kombination aus dem T-Zell Modulator Galectin-1 und dem IL-12 Rezeptorantagonisten IL-12p40 bewirkt eine klinische Linderung. • Im Gegensatz zur relativ geringen klinischen Wirkung zeigt diese Behandlungskombination eine deutliche antientzündliche Modulation des lokalen Zytokinprofils in den Gelenken und wirkt bemerkenswert osteoprotektiv. • Die lentivirale Transduktion bietet eine hohe aber variable Gentransfereffizienz und bewirkt eine phänotypische Ausreifung der DC. • Der dadurch bedingte Reifegrad der DC beeinflußt möglicherweise die Wirksamkeit der Therapie. • Der variable Transduktionsgrad der einzelnen Zellen erschwert eine zuverlässige Dosierung der therapeutischen Genprodukte. • Der technische Aufwand der Methode ist erheblich und erschwert eine routinemäßige Anwendung sowie die Translation zur humanen Anwendung. Zusammenfassend besitzt die adoptive zelluläre Kombinations-Gentherapie eine relativ geringe therapeutische Wirksamkeit im Tiermodell der rheumatoiden Arthritis und ist daher sowie aufgrund methodologischer Einschränkungen anderen Therapieverfahren nicht überlegen. Eine weitere Verfolgung dieses Therapiekonzepts wird durch die Befunde des geförderten Projekts nicht unterstützt. Das Projekt bildet jedoch den Ausgangspunkt für weitergehende Untersuchungen zur anatomischen und funktionellen Bildgebung.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Adipocytokines in synovial fluid. JAMA. 2003;290:1709-10
  Schäffler A, Ehling A, Neumann E, Herfarth H, Tarner l, Schölmerich J, Müller-Ladner U, Gay S
  
• Genomic organization, promoter, amino acid sequence, chromosomal localization, and expression of the human gene for CORS-26 (collagenous repeat-containing sequence of 26-kDa protein). Biochim Biophys Acta, 2003;1630:123-9
  Schäffler A, Ehling A, Neumann E, Herfarth H, Paul G, Tarner I, Gay S, Schölmerich J, Müller-Ladner U
  
• Treatment of autoimmune disease by adoptive cellular gene therapy. Ann N Y Acad Sci. 2003:998:512-9
  Tarner IH, Slavin AJ, McBride J, Levicnik A, Smith R, Nolan GP, Contag CH, Fathman CG
  
• Role of specificity protein-1, PPARgamma, and pituitary protein transcription factor-1 in transcriptional regulation of the murine CORS-26 promoter. Biochim Biophys Acta. 2004; 1678:150-6
  Schäffler A, Ehling A, Neumann E, Herfarth H, Paul G, Tarner I, Gay S, Buechler C, Schölmerich J, Müller-Ladner U
  
• Targeted gene therapy: frontiers in the development of 'smart drugs'. Trends Biotechnol. 2004;22:304-10
  Tarner IH, Müller-Ladner U, Fathman CG
  
• Ex vivo expanded dendritic cells home to T-cell zones of lymphoid organs and survive in vivo after allogeneic bone marrow transplantation. Am J Pathol, 2005;167:1321-31
  Schimmelpfennig CH, Schulz S, Arber C, Baker J, Tarner I, McBride J, Contag CH, Negrin RS
  
• CD72 down-modulates BCR-induced signal transduction and diminishes survival in primary mature B lymphocytes. J Immunol. 2006;176:5321-8
  Li DH, Tung JW, Tarner IH, Snow AL, Yukinari T, Ngemmaneepothong R, Martinez OM, Parnes JR
  
• Developing the concept of adoptive cellular gene therapy of rheumatoid arthritis. Autoimmun Rev. 2006:5:148-52
  Tarner IH, Neumann E, Gay S, Fathman CG, Müller-Ladner U
  
• Does our current understanding of the molecular basis of immune tolerance predict new therapies for autoimmune disease? Nat Clin Pract Rheumatol. 2006;2:491-9
  Tarner IH, Fathman CG
  
• Immature dendritic cells as vehicles for application in adoptive cellular gene therapy [Abstract]. Clin Immunol. 2006; 119:334
  Purath U, Neumann E, Creusot R, Yaghoubi S, Härle P, Straub R, Fathman CG, Müller-Ladner U, Tarner I
  
• Restoration of immune mediated hearing loss by adoptive immunotherapy [abstract]. Clin Immunol. 2006; 119:881
  Zhou B, Kermany M, Cai C, Cai Q, Tarner l, Fathman CG, Yoo TJ
  
• The potential of adiponectin in driving arthritis. J Immunol. 2006; 176:4468-78
  Ehling A, Schäffler A, Herfarth H, Tarner IH, Anders S, Distler O, Paul G, Distler J, Gay S, Schölmerich J, Neumann E, Müller-Ladner U
  
• Analysis of gene expression patterns in systemic sclerosis fibroblasts using RNA arbitrarily primed-polymerase chain reaction for differential display. J Rheumatol. 2007:34:747-53
  Meyringer R, Neumann E, Judex M, Landthaler M, Kullmann F, Scholmerich J, Gay S, Tarner IH, Distler O, Müller-Ladner U
  
• Analysis of vascular gene expression in arthritic synovium by laser-mediated microdissection. Arthritis Rheum. 2007;56:1094-105
  Hashimoto A, Tarner IH, Bohle RM, Gaumann A, Manetti M, Distler O, Steinmeyer J, Ulfgren AK, Schulz A, Gay S, Müller-Ladner U, Neumann E
  
• Emerging targets of biologic therapies for rheumatoid arthritis. Nat Clin Pract Rheumatol. 2007;3:336-45
  Tarner IH, Müller-Ladner U, Gay S
  
• Natural killer cells trigger differentiation of monocytes into dendritic cells. Blood. 2007; 110:2484-93
  Zhang AL, Colmenero P, Purath U, Teixeira de Matos C, Hueber W, Klareskog L, Tarner IH, Engleman EG, Söderström K
  
• Severe fibrosis and increased expression of fibrogenic cytokines in the gastric wall of systemic sclerosis patients. Arthritis Rheum. 2007:56:3442-7
  Manetti M, Neumann E, Milia AF, Tarner IH, Bechi P, Matucci-Cerinic M, Ibba-Manneschi L, Müller-Ladner U