Molekulare Endoskopie

Medizin 1

Direktor:
Prof. Dr. med. Markus F. Neurath

Das von der Emerging Fields Initiative geförderte „Ludwig Demling Center für Molekulare Bildgebung“ strebt die Darstellung der molekularen zellulären Signatur eines Gewebes zum Nachweis krankheitsspezifischer Veränderungen an. Durch dieses Verfahren sollen zukünftige diagnostische und therapeutische Algorithmen in der Behandlung luminaler Erkrankungen beeinflusst werden.

Durch die Nutzung interdisziplinärer Synergieeffekte zwischen verschiedenen Abteilungen des Universitätsklinikum Erlangen, sowie theoretischen und grundlagenwissenschaftlichen Instituten, konnten innovative Methoden für die molekulare endoskopische Bildgebung im Rahmen des Forschungsprojekts erfolgreich initiiert und etabliert werden.

Diese strukturbildende Ausrichtung wurde bereits bei der Durchführung einer Phase I Studie bei Morbus Crohn Patienten erfolgreich umgesetzt (Atreya et al., Nature Medicine 2014). Ein in eigener Herstellung produzierter GMP-konformer, fluoreszenzmarkierter anti-TNF Antikörper (Kooperation mit der GMP Einheit der Krankenhausapotheke am Universitätsklinikum Erlangen) wurde lokal auf die Darmschleimhaut der Patienten appliziert, um anschließend mittels endoskopischer konfokaler Laser Endomikroskopie (CLE) eine Detektion und Quantifizierung der membranständigen TNF (mTNF)-positiven mukosalen Zellen in vivo zu ermöglichen.

Die nachfolgende Datenauswertung zeigte eine signifikante Korrelation zwischen der klinischen Effektivität der nachfolgenden anti-TNF Therapie bei Morbus Crohn Patienten und der Anzahl der per CLE detektierten mTNF-positiven intestinalen Zellen. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass die endoskopische molekulare Bildgebung mit fluoreszenzmarkierten Antikörpern als prädiktiver Biomarker für das Ansprechen auf eine anti-TNF Antikörper Therapie bei Morbus Crohn Patienten dienen kann.

Das Zentrum konnte hier weltweit erstmalig eine molekulare Imaging Studie mit einem GMP-konformen, fluoreszenzmarkierten anti-TNF Antikörper bei Morbus Crohn Patienten in vivo durch-zuführen. Diese Vorgehensweise könnte eine neuartige, individualisierte Therapie ermöglichen.

Im Rahmen des EFI-Projekts konnte die erfolgreich initiierte interdisziplinären Kooperation mit den an der FAU beherbergten Instituten für Biochemie (Prof. E. Hannappel), Apotheke  (Prof. F. Dörje, R. Heimke-Brinck, T. Borst, Dr. H. Spielvogel), Center for Clinical Studies (Dr. B. Gebhardt, Dr. S. Maas. S. Herold), Pathologie (Prof. A. Hartmann), Institut für Medizininformatik, Biometrie und Epidemiologie (Prof. W. Uter) und der Transfusionsmedizin (Prof. R. Zimmermann, Dr. J. Strobel) konsolidiert und ausgebaut werden. Das beschriebene Konsortium stellt eine tragfähige Plattform für die angestrebte Konzeption und Durchführung weitere Studien auf dem Gebiet der endoskopischen molekularen Bildgebung dar. Die Apotheke des Universitätsklinikums Erlangen ermöglicht die GMP-konforme Herstellung fluoreszenzmarkierter Sonden, da diese eine Herstellungserlaubnis für klinische Prüfpräparate gemäß §13 Arzneimittelgesetz für ausgewählte Darreichungsformen besitzt.

Im Rahmen des EFI-Projekts wurde nachfolgend die Genehmigung zur Durchführung einer klinischen Studie der molekularen Bildgebung mit fluoreszenzmarkierten anti-TNF Antikörpern bei Colitis ulcerosa Patienten erreicht. Im Rahmen der laufenden Studie soll insbesondere die Expression der molekularen Zielstruktur mTNF in mukosalen Zellen vor, und zusätzlich während der anti-TNF Therapie endoskopisch in vivo untersucht werden.

Die Prädiktion des klinischen Ansprechens von Morbus Crohn Patienten auf eine Therapie mit dem anti-Adhäsionsmolekül Antikörper Vedolizumab mittels molekularer Bildgebung ist ein weiteres Ziel des Konsortiums. Die therapeutische Wirkung von Vedolizumab beruht darauf, dass der Antikörper spezifisch das α4β7-Integrin auf Immunzellen blockiert und auf diese Weise deren Migration in den Darm verhindert. Auch hier weist nur eine Subgruppe von Patienten ein klinisches Ansprechen auf.

In entsprechenden Färbungen konnte bereits α4β7-Integrin exprimierende Immunzellen mittels Färbung von intestinalen histologischen Präparaten von Morbus Crohn Patienten mit fluores-zenzmarkiertem Vedolizumab identifiziert werden. Nachfolgend konnten ex vivo erfolgreich α4β7 positive Zellen nach topischer Applikation von fluoreszenzmarkiertem Vedolizumab auf Darmbiopsien und nachfolgender endomikroskopischer Visualisierung dargestellt werden. Es zeigte sich eine Korrelation zwischen der Anzahl α4β7 positiven Zellen und dem Ansprechen der Morbus Crohn Patienten auf eine nachfolgend initiierte Vedolizumab Therapie. Patienten mit  höherer Anzahl α4β7 positiver Zellen wiesen dabei ein besseres Ansprechen auf (Rath et al., Gastrointest Endosc 2017).

Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird eine in vivo molekulare Imaging Studie mit fluoreszenzmarkiertem Vedolizumab bei Colitis ulcerosa Patienten geplant.

Das Forschungskonsortium am Ludwig Demling Center verfolgt die Vision mittels molekularer Endoskopie bei Patienten mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) auch in vivo eine individuelle Vorhersage des Therapieansprechens auf die zur Verfügung stehenden biologischen Therapien zu ermöglichen.

In vivo molekulare Bildgebung mit einem GMP-konformen fluoreszenzmarkierten anti-TNF Antikörper bei Morbus Crohn Patienten.
Bei Morbus Crohn Patienten zeigen sich nach topischer Applikation des fluoreszenzmarkierten anti-TNF Antikörpers und endomikroskopischer Visualisierung mTNF exprimierende Zellen in der Mukosa in vivo (A). Vergrößerte Darstellung einer mTNF-positiven Zelle in vivo (B). Immunhistochemische Darstellung einer mTNF-positiven Zelle (C).
Bei vergleichbarer mukosaler Entzündung weist der obere Patient eine erhöhte Anzahl mTNF exprimierender intestinaler Zellen auf, während der andere Patient nur wenige mTNF positive intestinale Zellen hat (D). (Abb. aus Atreya et al., Nature Medicine 2014).
 
Ex vivo molekulare Darstellung von 4β7-Integrin exprimierenden mukosalen Immunzellen bei Morbus Crohn Patienten
Entzündete Mukosa eines Morbus Crohn Patienten vor eingeleiteter Vedolizumab Therapie (A). Immunhistochemische Färbung an intestinalen Biopsien von Morbus Crohn Patienten mit fluoreszenzmarkiertem Vedolizumab. Eingefügt (li.oben) ist die negative IgG1 Isotyp-Kontrolle (B). 4β7-Integrin positive mukosale Zellen (weiße Pfeile) nach topischer Applikation von fluoreszenzmarkeirtem Vedolizumab und endomikroskopischer Darstellung ex vivo (C). Endoskopische Darstellung der abgeheilten Mukosa eines Morbus Crohn Patienten mit vielen 4β7-Zellen nach initiierter Vedolizumab Therapie (D). (Abb. aus Rath et al., Gastrointest Endosc 2017).
 
 
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Zusammenfassung