Nicht-invasives Monitoring molekularer Therapien in der Onkologie: Bench-to-Bedside Etablierung von Biomarkern in der Therapieresponse (PM7)

Nicht-invasives Monitoring molekularer Therapien in der
  Onkologie: Bench-to-Bedside Etablierung von Biomarkern in
                 der Therapieresponse (PM7)

                    Dr. biol. hum. Heidrun Hirner
                    Institut für Klinische Radiologie
             Klinikum der Universität München, Großhadern

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Hintergrund

   ► Zunehmende Bedeutung molekularer Therapien (Personalized Medicine) in der
    Onkologie
   ► Etablierte, morphologische Verfahren des Therapiemonitorings (RECIST) nicht
    ausreichend sensitiv
   ► Quantitative, funktionelle Bildgebung mit Perfusions-MRT, CT und Ultraschall
    als neue Perspektive

                           Molekulare
                           Bildgebung

                         Funktionelle
                          Bildgebung

                  Morphologische Bildgebung

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Ziele des Projektes

Gesamtziel: Evaluierung und Etablierung von Imaging Biomarkern mit MRT und CT an
            verschiedenen experimentellen Tumor-Therapie-Modellen an der Ratte, mit der
            Möglichkeit und dem Ziel der Translation in den humanen Einsatz

► Identifizierung und Evaluierung von am Menschen zugelassene Kontrastmittelklassen
zum nicht-invasiven Therapiemonitoring anti-angiogentischer Therapien

► Evaluierung und Optimierung neuer innovativer Kontrastmittelklassen als nicht invasive
Biomarker in CT und MRT, die für den Einsatz am Menschen geeignet sind (z.B. Reduktion
der Strahlenexposition der Patienten im CT)

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Aktueller Status des Projektes

          Projektjahr (Gesamtlaufzeit: 57 Monate)
          2010             2011                2012                             2013                      2014                2015
      7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3

AP1
AP2
AP3
AP4
AP5
AP6
AP7
AP8

      Basis/Tierexperimentelle Arbeitspakete
      Translationale Arbeitspakete

      Gemischte Arbeitspakete

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Perfusions-MRT im Therapiemonitoring der Effekte von Sorafenib auf
                         experimentelle Prostatakarzinome

● Cyran CC, von Einem JC, Paprottka PM, Schwarz B, Ingrisch M, Dietrich O, Hinkel R, Bruns CJ, Clevert DA, Eschbach R,
Reiser MF, Wintersperger BJ, Nikolaou K. 2011 Dynamic Contrast-Enhanced Computed Tomography Imaging Biomarkers
Correlated With Immunohistochemistry for Monitoring the Effects of Sorafenib on Experimental Prostate Carcinomas. Invest
Radiol.Invest Radiol. 47(1):49-57.

● Cyran CC, Paprottka PM, Schwarz B, Sourbron S, Ingrisch M, von Einem J, Eschbach R, Koelln A, Pietsch H, Dietrich O,
Hinkel R, Bruns CJ, Reiser MF, Wintersperger BJ, Nikolaou K. Perfusion MRI for Monitoring Sorafenib Effect on Experimental
Prostate Carcinomas: A Validation Study. Am J Roentgenol AJR, in press

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Material und Methoden

Tumormodell
Männliche Copenhagen Ratten (7-8 Wochen, Harlan Inc.);
Prostatakarzinomzellen MLLB-2 (Mat-Ly-Lu B2), subkutane Implantation
über der linken Flanke

MRT (Base-line und Follow-up Messungen)
► Klinisches 3.0 T Scanner (Magnetom Verio®) mit klinischer Handgelenkspule

► Quantitative Zielparameter:        Tumorperfusion
                                     Endotheliale Permeabilität
                                     Tumorvaskularität

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Material und Methoden

Kontrastmittel:

   Gadobutrol (Gadovist®)                    Albumin-(Gd-DTPA)35

● Niedermolekulares Kontrastmittel:    ● Makromolekularer Kontrastmittelprototyp:
   MW 0,6 kDa                            MW 92 kDa

● klinisch verfügbar                   ● nicht für humane Anwendung geeignet

● Tumor- und Normalgewebe: Übertritt   ● Normalgewebe: intravaskulär
in extravaskulärers Kompartiment
                                       ● Tumor: Übertritt in extravaskuläres
                                       Kompartiment

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Material und Methoden

Versuchsaufbau

Tag 0        Base-line MRT
Tag 1-6      Tägliche Sorafenibtherapie
             (Nexavar®; Multi-Tyrosinkinase
             Inhibitor; 10 mg/kg BW) bzw.
             Placebotherpie
Tag 7        Follow-up MRT, Tumorentnahme für
             die immunhistochemische
             Aufarbeitung

Immunhistochemische Analysen
► Tumorvaskularität (RECA-1)
► Tumorzellproliferation (Ki-67)
► Apoptose (TUNEL)

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Ergebnisse MRT

Vergleich MR-Parameter Base-Line und Follow-Up in der Therapiegruppe:

      Gadobutrol (Gadovist®)                    Albumin-(Gd-DTPA)35

    ► signifikante Abnahme der Tumor-          ► signifikante Abnahme der
    perfusion und der Tumorvaskularität        endothelialen Permeabilität und der
                                               Tumorvaskularität

    ► endotheliale Permeabilität war
    nicht signifikant verändert; heterogener
    Entwicklung der Einzelwerte

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Ergebnisse IHC
            Therapie      Kontrolle
Ki-67

                                      Anti-proliferativ
                                      (Ki-67)
RECA-1

                                      Anti-angiogenetisch
                                      (RECA-1)
TUNEL

                                      Pro-apoptotisch
                                      (TUNEL)

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Ergebnisse: Korrelation MRT mit IHC

► Biologische Relevanz der nicht-invasiven MR Parameter nicht vollständig verstanden

► Validierung der nicht-invasiven MR Parameter z. B. durch immunhistochemische
Korrelation essentiell

                       Endotheliale
                      Endotheliale      Tumor
     Albumin-         Permeabilität
                      Permeabilität
    Gadobutrol                        Vaskularität   Tumorperfusion
    (Gd-DTPA)

       RECA-1
       RECA-1             0.72           0.87             0.56
    (Angiogenese)
                          0.24           -0.24
    (Angiogenese)        p

Fazit

► Dynamische, kontrastverstärkte MRT zum Monitoring der Effekte von Sorafenib auf
   subkutane Prostatakarzinome einsetzbar

► Validität der funktionellen Perfusionsparameter jedoch abhängig von Kontrastmittel,
   MR-Sequenzen und kinetischem Modell

► Korrespondierende anti-angiogenetische, anti-proliferative und pro-apoptotische
   Effekte von Sorafenib auf die Tumorallografts

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Ausblick

 Biologische Interpretation der mit Perfusions-MRT erhobenen Parameter
 weiterhin unklar

 ► weitere Studien notwendig hinsichtlich der Bedeutung für den
 Tumormetabolismus

 ► Funktionelle Bildgebung:
            ► Perfusions-CT
            ► Dual-Energy CT

 ► Molekulare Bildgebung:
            ► Mirco-PET (Positronen-Emissons-Tomographie)
            ► in vivo Optical Imaging

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Team

  Institut für Klinische Radiologie - Experimentelle Radiologie:
  Prof. Dr. med. Konstantin Nikolaou
  Dr. med. Clemens Cyran
  Dr. med. Philipp Paprottka
  Jobst von Einem
  Elisabeth Baloch
  Matthias Moser
  Michael Ingrisch (Josef-Lissner-Laboratory for Biomedical Imaging)
  Dr. Olaf Dietrich (Josef-Lissner-Laboratory for Biomedical Imaging)
  Dr. med. vet. Rabea Hinkel (Medizinische Klinik I)
  Prof. Dr. med. Dr. h.c. Maximilian Reiser

   Kooperationspartner:
   Chirurgische Klinik und Poliklinik – Großhadern
   Prof. Dr. med. Christiane Bruns
   Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin
   Prof. Dr. med. Peter Bartenstein

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