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Muders, Michael H. (2003): Immunisierung gegen das Tumorantigen CEA: Vergleichende Untersuchung an Wildtyp- und CEA transgenen Mäusen. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Immunization protocols in animal models have shown that the tumor-associated antigen CEA could be a target for active immunization. Since human CEA which does not exist in the rodent genome has been used in these models it is hard to decide whether part of the immune response is directed only to the foreign antigen (anti-allo). We established an animal model on H2d background using CEA transfected tumor cells and CEA transgenic mice. Transplanting CEA transfected cells s.c. in wild type mice clearly shows, that the animals build up an immune response with high antibody titers in serum. Accordingly, only 55% of the animals developed solid tumors after tumor challenge. A cellular immune response could not be detected. In contrast, CEA transgenic mice did not develop any immune response and accepted the tumor in 90 % thus demonstrating the role of the foreign antigen. Active immunization using tumor lysates or lymphocytes loaded with human CEA was able to induce a CTL response as well as tumor-rejection in up to 76% of wild type mice. The immune response after intraperitoneal tumor lysate vaccination was not CEA specific and was able to lyse non-transfected CEA negative wild type tumor cells as well. CEA-transgenic mice could be induced to build up a CTL response in vitro with both vaccination protocols. In vivo CEA-transgenic mice rejected CEA-positive tumors in about 60% after immunization with the tumor lysate but not after intravenous vaccination with the CEA-loaded autologous lymphocytes. As there was a big difference in the reaction of the immune response to CEA between wild-type and transgenic rodents, the experiments clearly show the importance of transgenic models when testing the effects of immunization towards human tumor associated antigens. The induction of cross-priming with antigens other than CEA or the use of (co)stimulatory molecules must be taken into account when using CEA in vector systems for immunization.

Abstract

Die Immunisierung gegen ein Tumorantigen stellt eine Option in der Therapie von Tumoren, bzw. deren Metastasen dar. Während in Tiermodellen dabei über gute Erfolge berichtet wird, sind die klinischen Erfolge bis auf Einzelfälle eher entmutigend. Ein Grund für diese Diskrepanz könnte in der Verwendung ungeeigneter Modelle im Tierversuch liegen. So könnte die experimentelle Verwendung humaner Tumorantigene wie CEA in Nagern, in denen es kein identisches Gen gibt, zu einer immunologischen Reaktion des Tierorganismus führen. Um diese Frage zu überprüfen, wurde eine Tumorzelllinie mit dem häufigen Tumorantigen CEA transfiziert und das Wachstum dieser Zelllinie in Wildtypmäusen und einem CEA transgenen Tiermodell untersucht. An diesem Modell wurden dann unterschiedliche Methoden der Immunisierung getestet. Nach subkutaner Injektion einer Wildtypleukämiezelllinie und einer CEA transfizierten Leukämiezelllinie bei Wildtypmäusen des Stammes DBA/2N zeigte sich, dass 91% der nicht transfizierten Tumorzellen anwuchsen, während nur 55% der CEA transfizierten Tumorzellen eine Geschwulst bildeten. Eine Ursache für die niedrigere Anwachsrate der transfizierten Zellen liegt in der Erkennung des CEA durch das Immunsystem. So wurden Antikörper gegen CEA gebildet. Zytotoxische T-Lymphozyten konnten spontan nicht induziert werden. Wurden nun die Tumorzellen den CEA transgenen Mäusen injiziert, zeigte sich kein Unterschied in der Anwachsrate der Tumoren (90% Anwachsrate der transfizierten Zellen versus 90% Anwachsrate der Wildtypzellen). Folgerichtig konnten weder Antikörpertiter, noch zytotoxische T-Zellen gegen CEA nachgewiesen werden. An diesem Modell wurde dann eine Immunisierung mit Tumorzelllysat bestehend aus CEA transfizierten Zellen in kompletten Freundschen Adjuvans getestet. Damit konnte sowohl in den Wildtypmäusen, als auch in den transgenen Nagern eine in vitro und in vivo messbare zytotoxische Antwort gegen CEA exprimierende Zellen induziert werden. Allerdings war diese Antwort nicht CEA spezifisch, es wurde auch die Wildtypzelllinie abgestoßen. Damit ist gezeigt, dass die Immunantwort nach Vakzinierung mit Tumorzelllysat nicht nur CEA, sondern auch andere Antigene erkennt. Eine Möglichkeit, die CEA-Spezifität der Immunantwort weiter zu überprüfen, besteht in der intravenösen Immunisierung mit autologen Milzlymphozyten, die mit CEA beladen wurden. So konnte bei den syngenen Tieren eine Zytotoxizität gegen CEA exprimierende Zellen in vitro von bis zu 40% der Zielzellen festgestellt werden (E/T=50). Auch die transgenen Mäuse zeigten eine in vitro messbare Zytotoxizität von bis zu 20% der Zielzellen (E/T=10). In vivo konnte die Tumoranwachsrate der CEA positiven Tumorzellen in den Wildtyptieren von 55% auf 36% reduziert werden, während in den transgenen Tieren keine Reduktion nachgewiesen wurde. Gegen die CEA negative Mutterzelllinie zeigte sich keine immunologische Reaktion. Das Modell demonstrierte Unterschiede im immunologischen Verhalten der Wildtypmäuse und der transgenen Mäuse nach Implantation CEA exprimierender Tumorzellen. Im transgenen Modell, das der Situation im Menschen sehr nahe kommt, war im Gegensatz zum syngenen Modell keine spontane Immunantwort gegen CEA vorhanden. Die Vakzinierung mit einem Tumorzelllysat konnte in beiden Mäusestämmen eine effektive Immunantwort induzieren, die aber nicht nur gegen CEA, sondern auch gegen andere Antigene gerichtet ist. Eine spezifisch gegen CEA gerichtete Immunisierung mit beladenen Lymphozyten zeigte nur in den Wildtypmäusen einen in vivo messbaren Erfolg. Diese Beobachtungen zeigen die Bedeutung transgener Modelle bei der Durchführung von Vakzinierungsstudien gegen CEA und begründen teilweise die große Diskrepanz zwischen erfolgreichen Tierversuchen und den erfolglosen klinischen Studien, die bisher nur in einzelnen Patienten von einer in vivo wirksamen Immunisierung berichten. Sie demonstrieren auch, dass es mit entsprechenden Methoden, die mehrere Antigene bei der Vakzinierung benutzen, durchaus gelingen kann, die Toleranz gegen Tumorzellen zu durchbrechen und eine wirksame Immunantwort aufzubauen.