Vortrag von Univ.-Prof. Dr. Georg Stingl im Rahmen der
Feierlichen Sitzung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften am 16.5.2001

Hohe Akademie, meine sehr geehrten Damen und Herren:

Vor genau 20 Jahren hat der amerikanische Immunologe Dr.William Paul in seiner Rede als Präsident der American Society for Clinical Investigation behauptet, daß sich die klinische Forschung an der Schwelle eines goldenen Zeitalters befände. Diese Behauptung fußte auf Entwicklungen in seinem eigenen Forschungsgebiet, nämlich der Immunologie. Was versteht man darunter? In der ursprünglichen Bedeutung des Wortes das Privileg römischer Senatoren, vor gesetzlicher Verfolgung geschützt zu sein, im biologisch-biomedizinischen Sinne die koordinierte zelluläre und molekulare Antwort des Organismus zum Schutz vor Krankheitserregern. Vergleichen wir die Haupttodesursachen zu Beginn und Ende des vergangenen Jahrhunderts, so fällt eine dramatische Abnahme der Infektionskrankheiten auf. Für diese Entwicklung waren nicht nur die Antibiotika verantwortlich, sondern vor allem auch die Entwicklung von Impfstoffen, die vor einer Vielzahl bakterieller und viraler Infektionskrankheiten Schutz bieten. Die Erfolge waren so beeindruckend, daß noch 1969 der Surgeon General vor dem amerikanischen Kongreß meinte: It's time to close the book on infectious diseases. Daß dieser Schluß ein Trugschluß war, wissen wir heute längst, denken wir doch nur an neue, uns heute bedrohende Mikroorganismen wie HIV, Ebola, Helicobacter pylori und Killer-Streptokokken. Nicht nur Resistenzentwicklungen der Mikroben auf Antibiotika sind dafür verantwortlich, sondern wahrscheinlich auch eine oft nur inadäquate Antwort des Immunsystems.

Inwieweit wird das Immunsystem sonstigen Schutzaufgaben gerecht? Mehrere Beobachtungen lassen den Schluß zu, daß das Immunsystem bösartige Tumoren zerstören kann. Gelegentlich kommt es zur Spontanrückbildung von Tumoren und in diesen regredierenden Läsionen findet man weiße Blutzellen, die zumindest im Reagenzglas zur Lyse von Krebszellen befähigt sind. Wir wissen auch, daß Patienten mit schwer beeinträchtigtem Immunsystem, also z.B. Transplantatempfänger und AIDS-Patienten ein deutlich gesteigertes Krebsrisiko aufweisen. All diese Tatsachen ändern aber nichts daran, daß im Zweikampf zwischen Tumor und Immunsystem der erstere meist siegreich bleibt. Dem ungenügenden Schutz gegenüber Tumoren stehen Situationen gegenüber, in denen das Immunsystem verrückt spielt und beginnt, gegen per se völlig unschädliche Stoffe wie beispielsweise Graspollen oder körpereigene Moleküle zu reagieren. Allergien wie etwa der Heuschnupfen oder Autoimmunkrankheiten, sind die Folgen. Sieht man sich das zur Verfügung stehende therapeutische Armamentarium gegen diese Krankheiten an, so handelt es sich ausnahmslos um Medikamente mit breiten, keinesfalls krankheitsspezifischen Effekten, die zwar meist die Abheilung des Krankheitsprozesses bewirken, aber leider oft auch sehr unerwünschte Wirkungen besitzen.

Obwohl Spezifität und Gedächtnis die Hauptcharakteristika der Immunantwort sind, stehen wir also paradoxerweise vor dem Dilemma mangelnder Spezifität in unseren Bemühungen, insuffiziente oder fehlerhafte Reaktionen des Immunsystems zu korrigieren. Haben wir einen Grund zur Annahme, daß sich diese Situation bald ändern wird, wir also das Immunsystem in selektiver und spezifischer Weise zum Wohle der uns anvertrauten Patienten manipulieren werden können?

Die Träger der exquisiten Spezifität des Immunsystems sind ganz bestimmte weiße Blutkörperchen, die sogenannten Lymphozyten. Ein ausgeklügelter genetischer Rekombinationsmechanismus ermöglicht es diesen Lymphozyten, eine gigantische Zahl (etwa 10-100 Milliarden) unterschiedlicher fremder, sogenannter antigener Strukturen zu erkennen und in selektiver und spezifischer Weise darauf zu reagieren. Damit aber Lymphozyten Antigene als solche erkennen können, müssen ihnen diese von anderen Zellen angeboten werden, von sogenannten Antigen-präsentierenden Zellen. Zellen, die diese Fähigkeit zur Antigenpräsentation in unnachahmlicher Weise besitzen, sind die sogenannten dendritischen Zellen. Nicht zu Unrecht bezeichnet man sie auch als Wachposten oder Pförtner des Immunsystems. Sie patrouillieren in den Grenzorganen und -geweben unseres Körpers wie z.B. in der Haut. Erkennen sie Gefahr, d.h. werden Homöostase und Integrität des Organismus bedroht, so konfrontieren sie das Pathogen, nehmen es auf und schleppen es über die Lymphwege in die, wenn sie so wollen, immunologische Kommandozentrale, den Lymphknoten. Dort läuft die Immunantwort an, dort werden jene Prozesse initiiert, die zur Neutralisierung bzw. zur Ausschaltung des Pathogens führen. Aufgabe eines guten Wachpostens ist es aber auch, harmlose Ereignisse als solche wahrzunehmen und überschießende Reaktionen dagegen zu verhindern. Diese Art negativer Immunreaktion nennen wir Immuntoleranz und wiederum sind es die dendritischen Zellen, die diese auslösen. Es hängt vom Reifungsstadium der dendritischen Zellen ab, welche Art von Reaktion -Immunstimulation oder Immuninhibition- eintritt und das Reifungsstadium wird von jenen Signalen bestimmt, die auf die dendritische Zelle einströmen. Lassen sie mich dies anhand einer häufigen und wichtigen Hautkrankheit veranschaulichen, dem allergischen Kontaktekzem. Für diese Krankheit gibt es ein taugliches Tiermodell. Applizieren wir ein Kontaktallergen auf der Bauchhaut einer Maus und wiederholen diesen Vorgang 5 Tage später am Ohr, so kommt es 24 Stunden danach zu einer massiven Entzündungsreaktion, deren Stärke wir durch eine vergleichende Dickenmessung des Ohres quantifizieren können. Wird der Versuchsansatz aber so verändert, daß die Bauchhaut der Maus vor der Sensibilisierung geringen Dosen ultravioletter (UV) Strahlung ausgesetzt wird, so bleibt die Ohrschwellung aus, die Maus ist in spezifischer Weise gegen ein bestimmtes Kontaktallergen tolerant geworden. Grund hiefür ist die Freisetzung bestimmter immuninhibierender Moleküle durch UV-bestrahlte Zellen, Moleküle, die die Aktivierung sogenannter Suppressorzellen fördern. Lassen Sie mich Ihnen ein anderes Beispiel von Immunmanipulation zeigen, eine Situation, wo man versucht, den Zustand der Immuntoleranz durch eine Umpolung des Immunsystems herbeizuführen. Dazu muß man wissen, daß abhängig von Art, Menge und Verabreichungsmodus eines bestimmten Antigens unterschiedliche Populationen von Lymphozyten aktiviert werden. Wir nennen sie T-Lymphozyten vom Typ 1, die vor allem zur Bekämpfung von Viren und intrazellulären Bakterien, z.B. Tuberkelbakterien, dienen und andrerseits T-Lymphozyten vom Typ 2, deren wichtigste Aufgabe darin besteht, B-Lymphozyten zur Antikörperantwort anzuregen. Die multiple Sklerose (MS) ist eine Autoimmunkrankheit des Zentralnervensystems, bei der es in schubhafter oder progredienter Weise zur Zerstörung der Nervenscheiden kommt. Seh- und Gangstörungen und später multiple sensorische und motorische Ausfälle sind die Folge. Aktive Herde zeigen sich in der Kernspintomographie als Kontrastmittel-speichernde Läsionen. Auch für diese Krankheit gibt es ein ausgezeichnetes Tiermodell, nämlich die experimentelle Autoimmun-Encephalitis der Maus. Werden nämlich Mäuse mit dem basischen Protein der Nervenscheiden, dem sogenannten myelin basic protein (MBP) immunisiert, die Lymphozyten dann mit MBP weiter stimuliert und in naive Tiere übertragen, so entwickeln diese ausnahmslos Lähmungserscheinungen unterschiedlicher Schwere. Wissend, daß die krankmachenden MBP-spezifischen Lymphozyten dem Typ 1 angehören, haben amerikanische und deutsche Forscher den Transfer der MBP-reaktiven Zellen in Gegenwart eines Stoffes durchgeführt, der die Ausbildung von Typ 2 -T-Zellen begünstigt und jene von Typ 1 - T-Zellen unterdrückt - und siehe da, die Demyelinisierungserscheinungen treten nicht ein und die Tiere erkranken nicht oder kaum. Forscher aus der Schweiz, Italien, Kanada und den U.S.A. haben beim Menschen nun Ähnliches zustande gebracht. Wurden nämlich MS-Patienten mit einem Peptid vakziniert, daß sich in nur minimaler Weise vom krankmachenden Peptid unterscheidet, so kam es anstatt einer IFN-g -dominierten Typ 1-Antwort zu einer IL-5- und IL-13-dominierten Typ 2-Antwort. Klinisch bildeten die mit dem veränderten Peptidliganden behandelten Patienten im Beobachtungszeitraum signifikant seltener Kontrastmittel-speichernde Läsionen aus als die Placebo-Empfänger. Diese Resultate sind noch nicht der entscheidende Durchbruch, jedoch der ermutigende Beginn von Versuchen, einer mit außerordentlicher Morbidität und beträchtlicher Mortalität einhergehenden Krankheit Herr zu werden.

Ich komme jetzt zu jener Thematik, die für Forscher und Ärzte die größte Herausforderung darstellt, nämlich zur Krebsproblematik. Trotz aller Fortschritte in der Frühdiagnostik bestimmter bösartiger Neubildungen (Melanom, Gebärmutterhalskrebs, Prostata) und beeindruckender Heilungserfolge bei auch weit fortgeschrittenen myeloproliferativen Erkrankungen wie Lymphomen und Leukämien dürfen wir uns nicht darüber hinwegtäuschen, daß die Prognose von Patienten mit Karzinomen solider innerer Organe eine äußerst ernste ist und daß die Diagnose "Karzinom" im Leben dieser Menschen eine tiefe Zäsur bedeutet. Ich habe bereits erläutert, daß sich bei bestimmten Krebspatienten eine protektive Tumorimmunität ausbilden kann, die sich in der Spontanrückbildung von Krebsgeschwülsten manifestiert. Einer der vielen Gründe, warum diese Rückbildungen meist nur inkomplett und temporär sind, ist der, daß die in vieler Hinsicht äußerst trickreiche Krebszelle immunsupprimierende Botenstoffe produzieren kann. Einer von diesen ist das Zytokin Interleukin-10, das die dendritische Zelle so moduliert, daß von ihr keine stimulierenden, sondern lediglich tolerisierende Signale ausgehen.

Anfang der neunziger Jahre machten Forscher aus Baltimore und New York eine interessante Beobachtung. Sie injizierten Melanomzellen in eine syngene Maus, und erwartungsgemäß entwickelte dieses Tier in nur wenigen Tagen eine Krebsgeschwulst. Wurden die Melanomzellen aber gentechnisch so modifiziert, daß sie begannen, einen Botenstoff der Immunantwort, nämlich den T-Zell-Wachstumsfaktor IL-2, zu produzieren, blieb die Tumorbildung aus. Entscheidend aber war die Beobachtung, daß Mäuse, die zuvor genmodifizierte Melanomzellen erhalten hatten, vor einer an sich letalen Dosis nicht-modifizierter, sogenannter Wildtyp-Melanomzellen geschützt waren. In Zusammenarbeit mit Forschern des IMP haben wir in unseren Laboratorien ähnliche Beobachtungen gemacht und letztlich versucht, dieses Therapieprinzip auf den Menschen zu übertragen. In einer unter der Schirmherrschaft von Boehringer Ingelheim stehenden Phase-1-Studie überprüften wir die Verträglichkeit und immunologische Wirksamkeit einer solchen gentechnisch hergestellten Krebszell-Vakzine an Patienten mit weit fortgeschrittener Erkrankung. Zuerst wurden dem Patienten Absiedelungen eines Melanoms chirurgisch entfernt und die isolierten Tumorzellen wurden dann mit einem IL-2-Genkonstrukt transfiziert. Die Melanomzellen begannen also IL-2 zu produzieren und wurden dann nach Bestrahlung dem Patienten in die Haut appliziert. Die 15 geimpften Patienten haben alle den Impfstoff gut vertragen und zeigten an den Impfstellen, Rötungen und Verhärtungen. Etwa die Hälfte der geimpften Patienten entwickelten eine positive Hauttest-Reaktion gegen Melanomzellen, als Hinweis auf die immunologische Wirksamkeit des Impfstoffes. Angesichts der weit fortgeschrittenen Erkrankung konnten wir uns keinen kurativen Effekt der Vakzine erwarten. Es kam zwar bei einzelnen Patienten zu durchaus beeindruckenden Rückbildungen von Metastasen, aber letztlich war die Erkrankung bei allen Patienten progredient.

Eine andere Form eines zellulären Krebsimpfstoffes ist die Verwendung Tumor-Antigen-exprimierender dendritischer Zellen. Diese Zellen können heute aus hämatopoetischen Stammzellen oder auch aus Monozyten des peripheren Blutes in für eine Vakzinierung ausreichenden Mengen hergestellt werden. Wissend, daß dendritische Zellen je nach Reifungszustand entweder immunstimulierende oder immuninhibierende Effekte besitzen, müssen diese Zellen nach der Beladung mit Tumorantigenen mit einem Gefahrensignale imitierenden "Mediatorcocktail" zu maximaler Ausreifung gebracht und schließlich dem Patienten verabreicht werden. Die Modifikation dendritischer Zellen muß nicht unbedingt von außen her erfolgen, man kann auch Genkonstrukte in sie einschleusen und so die erwünschten Moleküle zur Expression bringen. In den allermeisten bisher durchgeführten klinischen Studien haben sich dendritische Zellen als ausgezeichnet immunogen erwiesen und Wirksamkeitsprüfungen werden heute weltweit an Patienten mit Lymphomen, Melanomen, Nierenzell- und Prostatakarzinomen durchgeführt. So vielversprechend dies auch klingt, muß uns klar sein, daß die Herstellung zellulärer Impfstoffe ein, was die personellen und materiellen Ressourcen betrifft, äußerst aufwendiges Verfahren ist und nach strengen, international definierten Sicherheitskriterien erfolgen muß.

Es besteht daher der dringende Wunsch nach einfachen, lange haltbaren, billigen und natürlich hochwirksamen Krebsvakzinen. Seit langem weiß man, daß eine Immunisierung über die Haut zu besonders starker Sensibilisierung führt, und dem Franzosen Alexandre Besredka gelang schon 1935 nach kutaner Vakzinierung erstmals die Induktion einer protektiven Tumorimmunität. Die Herausforderung besteht darin, dafür zu sorgen, daß der in die Haut eingebrachte Impfstoff von den dort in beträchtlicher Menge vorhandenen dendritischen Zellen aufgenommen wird und daß an der Injektionsstelle jene Signale vermittelt werden, die die Tumorantigen-tragenden Zellen in einen immunstimulierenden Zustand versetzen. Eine der Möglichkeiten dies zu bewerkstelligen ist die beabsichtigte Auslösung einer überschießenden Immunreaktion, beispielsweise eines allergischen Kontaktekzems. Im Rahmen einer solchen kontaktallergischen Reaktion werden einige jener Stoffe produziert, die eine Aktivierung Antigen-präsentierender Zellen herbeiführen und eine Rückbildung von Hautmetastasen bewirken können. Eine andere, derzeit intensiv beforschte Variante ist der Einsatz nicht-methylierter CpG-Oligonukleotide. Diese Sequenzen finden sich in bakterieller DNS und man weiß heute, daß sie ein Grund sind, warum das Immunsystem Bakterien als Gefahr ansieht. CpG-Oligonukleotide binden sich über bestimmte Rezeptoren, sog. Toll-like receptors an Makrophagen und dendritische Zellen und versetzen sie in einen Aktivierungszustand. Gemeinsam mit Forschern aus Essen haben wir eine DNS-Melanomvakzine auf ihre Wirksamkeit geprüft und dabei Tumorantigen-kodierende Plasmidkonstrukte verwendet, die entweder reich oder arm an CpG-Sequenzen waren. Die Mäuse wurden zweimal über die Haut immunisiert und dann einer letalen Dosis von Melanomzellen ausgesetzt. Es zeigte sich, daß Mäuse, die mit einer CpG-reichen Vakzine immunisiert worden waren, wesentlich besser geschützt waren als die Empfänger von CpG-armen Plasmiden. Eine Limitierung all dieser immuntherapeutischen Anstrengungen besteht allerdings darin, daß sich Krebszellen eine ganze Reihe von Ausweichstrategien haben einfallen lassen, um sich der immunologischen Attacke zu entziehen: Antigenverlust und Produktion immunsupprimierender Mediatoren sind Beispiele dafür.

Vielleicht wird es daher der kombinierte Einsatz von in ihrem Wirkprinzip völlig unterschiedlichen Interferenzstrategien sein, der den klinisch durchschlagenden Erfolg bringen wird: Immuntherapie, Antiangiogenese, Unterdrückung von Onkogenen, Aktivierung von Tumorsuppressorgenen, auf den Suizid der Krebszelle abzielende Gentherapie, Sensibilisierung der Krebszellen gegenüber Chemotherapeutika und Bestrahlung u.a.m.

Im Februar dieses Jahres wurde in den Zeitschriften Nature und Science der Bauplan des menschlichen Genorms abgedruckt. Wenngleich wir zum gegenwärtigen Zeitpunkt die Funktion vieler der etwa 30.000 Gene noch nicht kennen, hat der Abschluß der ersten Phase des humanen Genomprojektes ganz gewaltige Implikationen für die biomedizinische Forschung. Die Zeitenwende schaut in etwa so aus: früher fischte man in den Instituten für molekulare Genetik und Biochemie nach einzelnen Molekülen und versuchte sie, strukturell und funktionell zu entschlüsseln. Heute legen die Fischer in den Instituten für Genomics und Proteomics große Fangnetze aus und vervielfachen so die Ausbeute. Mit Hilfe der sogenannten DNS chip-Technologie können wir heute eine Vielzahl von in einem Tumor exprimierten Genen gleichzeitig erfassen und können dann die Überraschung erleben, daß Tumoren, die nach bisherigen Kriterien als weitgehend homogen einzustufen waren, eine beträchtliche molekulare Diversität aufwiesen und daher prognostisch möglicherweise unterschiedlich zu bewerten sind.

Dr. Paul hat vor 20 Jahren am Beispiel der Immunologie ein goldenes Zeitalter der klinischen Forschung verkündet und ich habe mich bemüht, Sie, meine sehr geehrten Damen und Herren, von der Validität dieser Behauptung zu überzeugen. Heute stellt sich die Frage: Stehen wir an der Schwelle eines goldenen Zeitalters der Medizin? Ich getraue mich nicht, diese Frage mit einem uneingeschränkten Ja zu beantworten. An der Schwelle eines aufregenden Zeitalters, und davon bin ich überzeugt, stehen wir allemal.