Das maligne Melanom ist eine Tumorerkrankung mit steigender Inzidenz, von der vor allem jüngere Patienten betroffen sind. Patienten mit Metastasen der Haut, der Subkutis oder der Lymphknoten haben eine mittlere Überlebenszeit von 12 Monaten, bei Patienten mit viszeralen Metastasen beträgt diese nur etwa 5 Monate. Zur Zeit steht bei fortgeschrittener Erkrankung mit Fernmetastasen keine kurative Therapie zur Verfügung. Interleukin-12 (IL-12) ist ein Schlüsselmediator sowohl der angeborenen als auch der zellulären Immunität und verbessert die Tumorerkennung durch Induktion von HLA- Klasse-I- und -II- Molekülen sowie des Zelladhäsionsmoleküls Intercellular Adhesion Molecule-I (ICAM-I) auf Melanomzellen. Ausserdem wird die Tumorabwehr durch Differenzierung naiver CD4+ T-Zellen zu T-Helfer 1-Zellen, durch Aktivierung zytotoxischer T-Lymphozyten und natürlicher Killer (NK)-Zellen, sowie einer anti-angiogenetischen Wirkung gefördert. Diese Eigenschaften haben IL-12 zu einem potentiell vielversprechenden Krebs-Therapeutikum gemacht. Klinische Phase I/II Studien mit rekombinantem IL-12 mussten jedoch aufgrund der schwerwiegenden Toxizität mit zwei Todesfällen abgebrochen werden. In den hier vorgestellten Studien wird die Applikation von IL-12 kodierender Plasmid DNA zunächst bei der Maus, dann beim Schimmel und schliesslich beim Menschen untersucht. Intramuskuläre Applikation von IL-12 kodierender Plasmid DNA bei B16 Melanomen in der BL/6 Maus war protektiv gegen Metastasenbildung, zeigte jedoch keine Effekte auf bereits etablierte subkutane Tumoren. Demgegenüber induzierte die intratumorale Injektion von IL-12 kodierender DNA Tumorregression von etablierten Melanommetastasen sowie eine systemische Immunantwort mit Induktion von IFN-. Es zeigte sich sowohl eine Antitumorwirkung bei etablierten B16 Melanomen in der BL/6 Maus als auch bei etablierten humanen Melanomen in der Nacktmaus. Depletionsversuche in der Nacktmaus zeigten, dass diese Antitumorwirkung zum Teil über NK-Zellen vermittelt ist. Interessanterweise kam es jedoch auch in Abwesenheit von T- und NK-Zellen zu einer Tumorregression. Diese Regression konnte auf die anti- angiogenetische Wirkung von IL-12 zurückgeführt werden, da das Vaskularisierungsmuster in den behandelten Tumoren verändert war. Um bessere Aussagen über die Wirkung der IL-12 kodierenden Plasmid DNA bei dem natürlichen metastasierenden Melanom machen zu können, wurde eine Therapiestudie an einem neuen Tiermodell untersucht - an Schimmeln, die an metastasiertem Melanom erkrankt waren. Auch bei diesen erkrankten Tieren führte die Injektion von humaner IL-12 kodierender Plasmid DNA zur Induktion von Interferon- und einer Rückbildung von Metastasen. In einer klinischen Studie mit intratumoraler Applikation von IL-12 kodierender Plasmid DNA bei 9 bereits stark vortherapierten Patienten mit metastasiertem Melanom zeigten sich ebenfalls Tumorregressionen. Hierbei konnte sowohl eine lokale Tumorregression (bei 7 von 9 Patienten) als auch ein systemisches Ansprechen beobachtet werden. Bei 4 Patienten kam es zu einer Regression von Fernmetastasen, bei 3 Patienten zu einem Gesamtansprechen (1 komplette Remission und 2 Stabilisierungen der Erkrankung). Immunologische Wirkungen mit einem Anstieg von IFN- im Serum und in injizierten Tumorknoten, einer lokalen Tumorinfiltration mit Lymphozyten und einem Anstieg der Tumorantigen- spezifischen Antikörper im Serum konnten ebenfalls dokumentiert werden. IL-12 kodierende Plasmid DNA zeigte sowohl in allen untersuchten Tiermodellen als auch in einer klinischen Phase I/II Studie am Menschen Wirksamkeit bei etablierten Melanommetastasen sowie gute Verträglichkeit und erweitert damit grundlegend das Behandlungsspektrum in der Therapie des Melanoms. In Kombination mit anderen therapeutischen Ansätzen könnte die Wirksamkeit IL-12 kodierender Plasmid DNA synergistisch verstärkt werden. Darüberhinaus ist der Einsatz IL-12 kodierender Plasmid DNA auch in der Behandlung anderer Krebserkrankungen denkbar.
Malignant melanoma is a tumor with rising incidence mostly affecting younger people. In patients with metastases of skin, subcutis, or lymph nodes mean survival is 12 months. Patients with visceral metastases only show a mean survival of 5 months. For patients with advanced disease there is currently no curative therapy available. Interleukin-12 (IL-12) is a key mediator of innate and cellular immunity and improves tumor recognition by inducing HLA class I and II as well as the Intercellular Adhesion Molecule-I (ICAM-I) on melanoma cells. Furthermore, the tumor defense is strengthened by differentiating naive CD4+ T cells into T-helper 1-cells, by activating cytotoxic T-lymphocytes and natural killer (NK)-cells, as well as an anti-angiogenetic effect. These characteristics make IL-12 a promising candidate for cancer therapy. Clinical phase I/II trials using recombinant IL-12 had to be halted due to unforeseen toxicity including two fatalities. In the studies presented here the application of IL-12 encoding plasmid DNA is investigated in mice, grey horses and in humans. Intramuscular application of IL-12 encoding plasmid DNA in B16 melanoma in BL/6 mice was protective against the manifestation of metastases, but did not show any effect on established tumors. However, intratumoral injection of IL-12 encoding DNA induced tumor regression of established melanoma metastases, as well as a systemic immune response with the induction of IFN-g. Intratumoral IL-12 encoding plasmid DNA exhibited an anti-tumor effect in established B16 melanoma in BL/6 mice as well as in established human melanomas in nude mice. Part of this response is mediated by NK-cells as shown in depletion experiments. Interestingly, tumor regression could also be observed in the absence of T- and NK-cells. This regression was attributed to the anti-angiogenetic effect of IL-12, as the pattern of vascularisation of treated tumors showed fundamental differences compared to the untreated ones. To be able to better assess the effect of IL-12 encoding plasmid DNA in naturally metastasizing melanoma, we undertook a therapy study in a new animal model - grey horses, that suffered from metastasizing melanoma. Similarly, in these diseased animals the injection of human IL-12 encoding plasmid DNA induced equine interferon-g and a regression of metastases. In a clinical trial with intratumoral application of IL-12 encoding plasmid DNA in nine heavily pretreated patients with metastasizing melanoma induced tumor regression. Specifically, local tumor regressions (in seven out of nine patients) as well as systemic responses could be observed. Four patients showed a regression of distant metastases, three patients an overall response (one complete remission and two stabilizations of disease). Immunological effects included an increase of IFN-g in the serum and in injected tumors, a local tumor infiltration with lymphocytes and an increase of tumor antigen- specific antibodies in the serum. IL-12 encoding plasmid DNA was effective in all preclinical models investigated as well as in a clinical phase I/II study in human patients. Effectiveness in established disease and excellent tolerability point to the potential use in the therapy of melanoma patients. The combination of IL-12 encoding DNA with other therapeutic approaches could additionally render synergistic effects. Furthermore, IL-12 encoding plasmid DNA could be used for the treatment of other tumors.
