OpTCell

Zentrales Thema der Arbeitsgruppe OpTcell ist die Krebsimmuntherapie, in welche sowohl Patienten als auch Wissenschaft große Hoffnungen für die moderne Krebsbehandlung setzen. Im Rahmen von drei Arbeitsschwerpunkten werden besonders relevante Aspekte der Krebsimmuntherapie bearbeitet. Ziel ist die Entwicklung tech­nischer Neuerungen, welche potenziell die Effektivität von Krebsimmuntherapeutika erhöhen und auch die Anwendung zur Behandlung solider Tumore erlauben.

OpTcell – Verfahren zur Optimierung von T-Zell Therapeutika zur Behandlung solider Tumore

Das Immunsystem hält nicht nur Erreger von Infektionserkrankungen in Schach, sondern auch entartete Zellen aus denen Krebserkrankungen hervor gehen können. Entkommen jedoch einzelne dieser entarteten Zellen der Immunkontrolle, entstehen Tumore, die zu schweren Krebserkrankungen führen können. Gefördert durch das Fraunhofer-interne ATTRACT Programm sollen zum einen gentechnische Verfahren zur Herstellung zellulärer Krebsimmuntherapeutika opti­miert, zum anderen Steuermechanismen entwickelt werden, die eine Regulation der therapeutischen Zellen zulassen.

Blocking inhibition of T-cells for anti-tumor therapy (BITCAT)

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Im Rahmen eines Marie Sklodowska-Curie Awards der Europäischen Union und in Kooperation mit dem Fraunhofer Project Center »Biomedical Engineering and Advanced Manufacturing« (BEAM) und der McMaster Universität (Hamilton, Kanada) verfolgt das Projekt BITCAT das Ziel die anti-Tumor Immunität zu erhöhen.

Derzeit sind Immuntherapeutika zumeist protein- (bspw. antikörper-) oder zellbasiert (bspw. Krebsvakkzine).

Vielversprechende Ansätze betreffen insbe­sondere den Mechanismus der Immun-Checkpoint-Kontrolle – ein Mechanismus entscheidend für die Regulation der anti-Tumor T-Zell Antwort. Im Rahmen des BITCAT Projekts soll eine komplett neue Klasse von Immuntherapeutika, basierend auf Nukleinsäuren, entwickelt und im Zusammenspiel mit existierenden Zellthera­pien auf ihre Wirkung hin getestet werden.

Entwicklung immunmodulierender oligonukleotidbasierter Wirkstoffe

Für die Funktionsfähigkeit des Immunsys­tems spielt die Balance zwischen potenziell überaktivierenden aber auch inhibierenden Signalen eine entscheidende Rolle. Immu­nologische Signale gehen zumeist auf die Interaktion zwischen Eiweiß und / oder Peptid-Signalen zurück (bspw. Immunzell-Rezeptoren, Zytokine). Die zelleigene Produktion dieser Signale kann daher auf Protein-, aber auch schon auf genetischer Ebene, mittels moderner nukleinsäure­basierter Technologien beeinflusst werden. Die Entwicklung solcher Wirkstoffe schließt dabei das Design der potenziell bioaktiven Sequenz, die mögliche chemische Modifi­kation des Nukleinsäurewirkstoffs in Hin­blick auf Bioverfügbarkeit und Toxizität sowie die Testung der biologischen Aktivität in vitro und in vivo ein. Erfahrungen be­stehen in der Arbeitsgruppe insbesondere mit Oligonukleotiden (bspw. siRNA, Anti­sense, shRNA) zur Anwendung in humanen und murinen Immunzellen sowie in murinen immunologischen Tiermodellen (bspw. GvHD, graft versus host disease).

Biodistribution nanopartikulärer Gentherapeutika / Oligonukleotide in vivo

Die therapeutische Effizienz nanopartiku­lärer oder gentherapeutischer Wirkstoffe ist häufig insbesondere durch deren effektive Gewebeverteilung entscheidend beein­flusst. Ein therapeutisches Molekül kann nur dann eine Wirkung entfalten, wenn nicht nur das Zielgewebe, sondern auch einzelne Zielzellen erreicht werden. Im Fall nukleinsäurebasierter Wirkstoffe müssen darüber hinaus eine Reihe zusätzlicher Barrieren, wie das Überwinden des Gefäß­endothels, das Eindringen in die Zielzellen und das stabile Freisetzen im Inneren einer Zelle, überwunden werden. Mit Hilfe mo­derner Monitoring-Methoden, basierend auf histologischer und durchflusszytome­trischer Analyse (»FACS«), wird die intra­zelluläre gewebespezifische Verteilung (Biodistribution) verschieden markierter Wirkstoffe erfasst.

Immunphänotypisierung, immunologisches Profil und pharmakologische Toxizität in vivo

Die mögliche immunologische Beein­flussung und Toxizität spielt insbesondere bei der Verträglichkeit und dem poten­ziellen Nebenwirkungsprofil nukleinsäure­basierter Wirkstoffe eine große Rolle. Mit Hilfe verschiedener molekularbiologischer und klinisch-chemischer Methoden können immunologische Parameter (bspw. Zytokin-Produktion, Zellpopulationen) und toxikologische Parameter, welche auch in Hinblick auf einen klinischen Einsatz am Menschen relevant sein können, untersucht werden.

Publikationen

  • Lipka J, Semmler-Behnke M, Wenk A, Burkhardt J, Aigner A, Kreyling W. Biokinetic datasets of PEI F25-LMW complexed and non-complexed 32P-siRNA within different lung compartments. Data in Brief 7 (2016), pp.1175-1178. DOI dx.doi.org/10.1016/j.dib.2016.03.092
  • Ewe A, Przybylski S, Burkhardt J, Janke A, Appelhans D, Aigner A. A novel tyrosine-modified low molecular weight polyethylenimine (P10Y) for efficient siRNA delivery in vitro and in vivo. J Control Release. 2016 May 28;230:13-25. DOI dx.doi.org/10.1016/j.jconrel.2016.03.034. Epub 2016 Apr 7.
  • Lipka J, Semmler-Behnke M, Wenk A, Burkhardt J, Aigner A, Kreyling W. Biokinetic studies of non-complexed siRNA versus nano-sized PEI F25-LMW/siRNA polyplexes following intratracheal instillation into mice. Int J Pharm. 2016 Mar 16;500(1-2):227-35. DOI dx.doi.org/10.1016/j.ijpharm.2016.01.038. Epub 2016 Jan 21.
  • Burkhardt J, Blume M, Petit-Teixeira E, Hugo Teixeira V, Steiner A, Quente E, Wolfram G, Scholz M, Pierlot C, Migliorini P, Bombardieri S, Balsa A, Westhovens R, Barrera P, Radstake TR, Alves H, Bardin T, Prum B, Emmrich F, Cornelis F, Ahnert P, Kirsten H. Cellular Adhesion Gene SELP Is Associated with Rheumatoid Arthritis and Displays Differential Allelic Expression. PLoS One. 2014 Aug 22;9(8):e103872. DOI dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0103872. eCollection 2014.
  • Burkhardt J, Emmrich F, Aigner A. Nanopartikel zur Einschleusung kleiner RNA-Moleküle: Gen-Knockdown als neue Therapiestrategie bei immunologischen Erkrankungen. Deutsche Zeitschrift für Klinische Forschung DZKF, 03/2014
  • Burkhardt J, Kirsten H, Wolfram G, Quente E, Ahnert P. Differential Allelic Expression of Asthma associated IL13 and CSF2 genes. Genet Mol Biol. 2012 Jul;35(3):567-74. DOI dx.doi.org/10.1590/S1415-47572012005000055. Epub 2012 Aug 2.

Patente

  • Burkhardt J, Kirsten H. T-Cell Modulation by Exon Skipping. PCT/EP2013/076518