Wirkmechanismus des bispezifischen anti-CD19 x anti-CD3 BiTE-Antikörpers MT103 in Patienten mit rezidivem indolenten B-Zell-Non-Hodgkin-Lymphom

Abstract

MT103 ist ein bispezifisches anti-CD19 x anti-CD3 single-chain Antikörper-Konstrukt, das zur neuartigen Wirkstoffklasse der BiTE-Antikörper gehört. Durch die gleichzeitige Bindung an B- und T-Zellen führt MT103 zu einer polyklonalen T-Zell-Aktivierung und –Proliferation sowie zu einer gerichteten Zelllyse der gebundenen B-Zellen. Zurzeit wird die Sicherheit und Tolerierbarkeit von MT103 in einer klinischen Phase I-Studie in der Indikation B-Zell-Non-Hodgkin-Lymphome evaluiert. Dabei erhalten die Patienten eine 4- bis 8-wöchige kontinuierliche MT103-Infusion. Hat sich eine MT103-Dosis in einer Kohorte von 3 Patienten als sicher erwiesen, werden die Patienten der nächsten Kohorte mit einer höheren Dosis behandelt. Da MT103 der erste BiTE-Antikörper in der klinischen Entwicklung ist, sollen parallel verschiedene pharmakodynamische Parameter untersucht werden, um den in vivo Wirkmechanismus von MT103 genauer zu verstehen. In der vorliegenden Arbeit wurden daher mit Hilfe der Durchflusszytometrie die zeitlichen Verläufe der relevanten Lymphozytenpopulationen sowie ihrer Zelloberflächenmarker hinsichtlich Aktivierung und Adhäsion analysiert. Folgende Ergebnisse können in die künftige Gestaltung klinischer Studien mit BiTE-Antikörpern einfließen:

1. Durch die kontinuierliche Infusion wird die MT103-Serumkonzentration schnell erreicht und bleibt während der restlichen Behandlungsdauer konstant (steady state). Dabei steigt die jeweilige MT103-Serumkonzentration linear mit den entsprechenden Dosisstufen. 2. Es findet eine dosisabhängige Depletion der B-Zellen im peripheren Blut statt, die ab der MT103-Dosis 5 µg/(m²*24 h) vollständig und langanhaltend sowie auf die Induktion von Apoptose in den B-Zellen zurückzuführen ist. 3. Der Verlauf der T-Zellen ist zu Behandlungsbeginn durch eine Umverteilung gekennzeichnet. Das schnelle Verschwinden der T-Zellen aus dem peripheren Blut ist dabei mit einem Anstieg der Expression des Aktivierungsmarkers CD69 und einem Wechsel des Adhäsionsmoleküls LFA-1 in den intermediate affinity state verbunden. Nach dieser Adhäsion an das Blutgefäß-Endothel und einer möglichen Extravasation kehren die T-Zellen in Abhängigkeit der B-Zellzahl in die Zirkulation zurück. In der 2. und 3. Behandlungswoche kommt es meist zu einer Expansion der T-Zellen über den Ausgangswert hinaus, die am Ende der 4. Woche von einer Kontraktion der expandierten T-Zell-Population abgeschlossen wird. 4. Als häufigste Nebenwirkungen der MT103-Therapie treten Fieber, Ödeme und Kopfschmerzen auf, die meist einstiegsassoziiert sind. Sie können wahrscheinlich durch die zu Behandlungsbeginn auftretende erhöhte T-Zell-Adhäsivität und den damit verbundenen Endothel-Stress erklärt werden. Da die Stärke der Nebenwirkungen mit der Anzahl der Adhäsionsvorgänge korreliert, muss diese Zahl minimiert werden. Eine erhöhte Adhäsivität geht wahrscheinlich auf Änderungen der MT103-Serumkonzentration vor Erreichen des steady state zurück, so dass dieser für einen sicheren Behandlungseinstieg möglichst schnell erreicht werden sollte. Dies lässt sich mit der Einstiegsvariante flat erzielen, bei der die MT103-Infusion unmittelbar mit der jeweiligen Behandlungsdosis beginnt und der steady state bereits 16 h nach Behandlungsbeginn erreicht wird. 5. Die Expansion der T-Zellen in der 2. und 3. Behandlungswoche beruht überwiegend auf einer Proliferation des zytotoxischen CD8+ TEM-Subsets. Gleichzeitig steigt der Anteil der T-Zellen, die die Aktivierungsmarker CD25 und HLA-DR exprimieren, und es kommt teilweise zur Ausschüttung pro-inflammatorischer Zytokine. Am Ende der 4. Woche erfolgt meist eine Kontraktion des expandierten CD8+ TEM-Subsets, die zu einer Rückkehr der Zellzahl auf den Ausgangswert führt. Eine Expansion der supprimierend wirkenden regulatorischen CD4+CD25+Foxp3+ T-Zellen ist dagegen bei keinem Patienten zu beobachten. 6. Die optimale Dauer für einen Behandlungszyklus beträgt 4 Wochen, da in der zweiten Hälfte eines 8-wöchigen Behandlungszyklus meist nur eine schwache T-Zell-Aktivität hinsichtlich Expansion und Aktivierung auftritt. Als Pausenlänge zwischen zwei aufeinander folgenden Behandlungszyklen bieten sich 2 Wochen an, um eine vollständige Rückkehr der T-Zell-Aktivität auf ihr ursprüngliches Niveau zu verhindern. Dadurch könnte ein „Aufschaukeln“ der Aktivität über mehrere Behandlungszyklen erreicht werden. 7. Die Expansion des CD8+ TEM-Subsets korreliert mit der klinischen Wirksamkeit der MT103-Therapie. Dies spiegelt sich auch in der auf den Ausgangswert bezogenen Fläche unter dem Verlauf der CD8+ TEM-Zellen wider, die damit als surrogate secondary endpoint marker für die Beurteilung der in vivo Aktivität von MT103 dienen könnte.

MT103 is a bispecific anti-CD19 x anti-CD3 single-chain antibody construct belonging to the novel therapeutic class of BiTE antibodies. Simultaneous binding of MT103 to B- and T-cells leads to polyclonal T-cell activation and proliferation as well as targeted cell lyses of bound B-cells. Currently, the safety and tolerability of MT103 is evaluated in a clinical phase I study in the indication B-cell non-Hodgkin lymphoma. Included patients receive a 4 to 8 weeks’ continuous infusion of MT103. If a MT103 dose proves to be safe in a cohort of 3 patients, the patients of the next cohort will be treated at a higher dose level. As MT103 is the first BiTE antibody in clinical development, different pharmacodynamic parameters shall be investigated concurrently to understand more precisely the in vivo mode of action of MT103. In the present work the time courses of the relevant lymphocyte populations as well as their cell surface markers with regard to activation and adhesion were analyzed by flow cytometry. The following results might influence the future design of clinical studies with BiTE antibodies:

1. The MT103 serum concentration is rapidly reached by the continuous infusion and remains constant during the remaining treatment period (steady state). The respective MT103 serum concentration increases linear with the corresponding dose levels. 2. There is a dose-dependent B-cell depletion in the peripheral blood which is complete and sustained starting at an MT103 dose rate of 5 µg/(m²*24 h) and can be attributed to the induction of apoptosis in B-cells. 3. The T-cell course at treatment initiation is characterized by a redistribution. The rapid disappearance of T-cells out of the peripheral blood is associated with an increase of expression of the activation marker CD69 and a transition of the adhesion molecule LFA-1 into the intermediate affinity state. This might trigger an adhesion to the blood vessel endothelium and possibly also an extravasation of T-cells which later return into the circulation in dependence of the B-cell count. In the 2nd and 3rd treatment week most of the time there is a T-cell expansion beyond the initial cell count which finally is terminated by a contraction of the expanded T-cell population at the end of the 4th week. 4. The most frequent adverse events of the MT103 therapy include pyrexia, edemas and headache mainly occurring at treatment initiation. Probably, they can be explained by the elevated T-cell adhesiveness and the associated endothelial stress at the beginning of the MT103 infusion. As the intensity of adverse events correlates with the number of adhesion incidents the latter has to be minimized. An elevated adhesiveness probably traces back to variations of the MT103 serum concentration before reaching the steady state level. Therefore the steady state should be reached as fast as possible for a safe treatment initiation. This can be achieved by using the initiation protocol flat directly starting the MT103 infusion with the respective treatment dose and hence reaching the steady state 16 h after the beginning of the infusion. 5. The T-cell expansion in the 2nd and 3rd treatment week is predominantly due to a proliferation of the cytotoxic CD8+ TEM subset. At the same time the proportion of T-cells expressing the activation markers CD25 and HLA-DR increases and partly there is a secretion of pro-inflammatory cytokines. Most of the time a contraction of the expanded CD8+ TEM subset takes place by the end of the 4th week leading to a return of the cell count back to the initial value. In contrast, an expansion of the suppressive regulatory CD4+CD25+Foxp3+ T-cells has not been observed in any patient. 6. The optimal duration of a treatment cycle is 4 weeks as only weak T-cell activity regarding expansion and activation occurs in the second half of an 8 weeks’ treatment cycle. A break of 2 weeks between two consecutive treatment cycles is proposed to prevent a complete return of T-cell activity to its original level. Thereby, an amplification of this activity across multiple treatment cycles may be achieved. 7. The CD8+ TEM subset expansion correlates well with the clinical efficacy of the MT103 therapy. This is also reflected by the area under the curve (AUC) of the CD8+ TEM-cells referring to the initial value. Therefore, the AUC might serve as a surrogate secondary endpoint marker for the assessment of the in vivo activity of MT103.