Cilengitide und Cetuximab in Plattenepithelkarzinomen der Kopf-Hals-Region (HNSCC): Zytokinproduktion von HNSCC im Ex-vivo-Chemoresponsetest FLAVINO als Indikator heterogenen Therapieansprechens

Einleitung: Die zielgerichtete Therapie von Plattenepithelkarzinomen der Kopf-Hals-Region (HNSCC) durch simultanes Targeting von EGFR (epidermal growth factor-receptor) mit Cetuximab (E) und αVβ3 und αVβ5-Integrinen mit Cilengitide (Cil) könnte wegen dessen geringen Nebenwirkungen attraktiv sein. Wir analysierten die Koloniebildung epithelialer Zellen (CFec) und die Produktion pro-angiogener and pro-inflammatorischer Zytokine im Kurzzeit-Chemoresponsetest (FLAVINO). Methoden: Kollagenase-IV-verdaute Proben von 43 histopathologisch gesicherter HNSCC wurden in Laminin-beschichtete 96-well-Platten eingesät, die in Triplikaten E, Cil oder CilE in Endkonzentrationen von 66,7 µg/ml, 10 µM, und 66,7 µg/ml+10 µM enthielten. Kulturüberstände (KÜS) wurden nach 3 Tagen entnommen und adhärente Zellen Ethanol-fixiert. 39 HNSCC hatten CFec≥4/well. Interleukin 6 (IL-6), MCP-1 (monocyte chemoattractant protein 1) und VEGF (vascular endothelial growth factor A) in KÜS wurden mit ELISA quantifiziert. Ergebnisse: CFec auf Laminin wurde durch Cil, E und CilE signifikant unterdrückt. Die Produktion von MCP-1, IL-6 und VEGF wurde ebenfalls vermindert. CilE bewirkte die stärkste Suppression von CFec, MCP-1 und VEGF. Die Wirksamkeit von CilE überstieg dabei diejenige von E oder Cil allein. Der überwiegend additiv gesteigerte aber bei manchen HNSCC ausbleibende Effekt zeigt starke Heterogenität in der Response verschiedener HNSCC auf. Die IL-6-Freisetzung wurde durch E und verstärkt durch CilE, aber nicht durch Cil allein signifikant supprimiert. Schlussfolgerung: Kombiniertes Targeting von EGFR und Integrinen mit CilE erhöht die suppressiven Effekte auf CFec und pro-angiogene und pro-inflammatorische Zytokine, welche potentielle Bedeutung als Biomarker für Response erlangen.:1 Einleitung 3 1.1 Integrine – multifunktionale Transmembranproteine 4 1.1.1 Erkennungsmerkmal RGD-Sequenz 5 1.1.2 Integrine αVβ3 und αVβ5 sowie deren Rolle in Tumorangiogenese und Metastasierung 5 1.2 Cilengitide – ein Integrin-Inhibitor 6 1.3 Epidermaler Wachstumsfaktorrezeptor 8 1.3.1 Die Rolle des EGFR bei Tumoren 9 1.3.2 Cetuximab - ein EGFR-Inhibitor 10 1.4 Tumore der Kopf-Hals-Region und deren Biomarker 11 1.4.1 Therapie von Kopf-Hals-Tumoren 12 1.4.2 Klinische Erprobungen von Cilengitide 12 1.4.3 Targeted Therapie mit Cetuximab bei Kopf-Hals-Tumoren 13 1.4.4 Biomarker bei HNSCC 15 1.4.5 Interleukin 6 16 1.4.6 Vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor A – VEGF-A 17 1.4.7 Monozyten-Chemoattraktor Protein 1 – MCP-1 19 1.5 Chemoresponsetestung ex vivo 21 1.5.1 Der koloniebildende Kurzzeit-Chemoresponsetest FLAVINO 22 1.5.2 Flavin-induzierte photodynamische Degeneration 22 1.5.3 Ablauf des FLAVINO-Chemoresponsetests 23 1.6 Aufgabenstellung und neue Erkenntnisse 24 2 Publikationen 26 2.1 Abstract zum Vortrag zur 84. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde und Kopf- und Hals-Chirurgie 27 2.2 Publikation bei Anticancer Research 28 2.3 Abstract zum Beitrag zur 88. Jahrestagung der deutschen Gesellschaft für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde und Kopf- und Hals-Chirurgie 36 3 Zusammenfassung 37 4 Literaturverzeichnis 41 5 Anlagen 49 5.1 Erklärung über die eigenständige Verfassung der Arbeit 49 5.2 Darstellung des Eigenanteils 50 5.3 Lebenslauf 52 5.4 Danksagung 5

Reduced Cytokine Release in Ex Vivo Response to Cilengitide and Cetuximab Is a Marker for Improved Survival of Head and Neck Cancer Patients

Targeting of αVβ3 and αVβ5 integrins by cilengitide may reduce growth of solid tumors including head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC). Preclinical investigations suggest increased activity of cilengitide in combination with other treatment modalities. The only published trial in HNSCC (ADVANTAGE) investigated cisplatin, 5-fluorouracil, and cetuximab (PFE) without or with once (PFE+CIL1W) or twice weekly cilengitide (PFE+CIL2W) in recurrent/metastatic HNSCC. ADVANTAGE showed good tolerability of the cilengitide arms and even lower adverse events (AEs) compared to PFE but not the benefit in overall survival expected based on preclinical data. As we found in the FLAVINO assay, a short-time ex vivo assay for prediction of chemosensitivity, only a subgroup of HNSCC had an increased suppressive effect of cilengitide containing combination therapies on colony formation of epithelial cells (CFec) and release of pro-angiogenetic and pro-inflammatory cytokines, whereas other HNSCC failed to respond. Response to αVβ3 and αVβ5 integrin targeting by cilengitide classifies HNSCC regarding outcome. We present FLAVINO data arguing for further development of cilengitide plus cetuximab in treatment of a subgroup of HNSCC potentially identified by the FLAVINO assay using a set of biomarkers for response evaluation

Cilengitide und Cetuximab in Plattenepithelkarzinomen der Kopf-Hals-Region (HNSCC): Zytokinproduktion von HNSCC im Ex-vivo-Chemoresponsetest FLAVINO als Indikator heterogenen Therapieansprechens

Einleitung: Die zielgerichtete Therapie von Plattenepithelkarzinomen der Kopf-Hals-Region (HNSCC) durch simultanes Targeting von EGFR (epidermal growth factor-receptor) mit Cetuximab (E) und αVβ3 und αVβ5-Integrinen mit Cilengitide (Cil) könnte wegen dessen geringen Nebenwirkungen attraktiv sein. Wir analysierten die Koloniebildung epithelialer Zellen (CFec) und die Produktion pro-angiogener and pro-inflammatorischer Zytokine im Kurzzeit-Chemoresponsetest (FLAVINO). Methoden: Kollagenase-IV-verdaute Proben von 43 histopathologisch gesicherter HNSCC wurden in Laminin-beschichtete 96-well-Platten eingesät, die in Triplikaten E, Cil oder CilE in Endkonzentrationen von 66,7 µg/ml, 10 µM, und 66,7 µg/ml+10 µM enthielten. Kulturüberstände (KÜS) wurden nach 3 Tagen entnommen und adhärente Zellen Ethanol-fixiert. 39 HNSCC hatten CFec≥4/well. Interleukin 6 (IL-6), MCP-1 (monocyte chemoattractant protein 1) und VEGF (vascular endothelial growth factor A) in KÜS wurden mit ELISA quantifiziert. Ergebnisse: CFec auf Laminin wurde durch Cil, E und CilE signifikant unterdrückt. Die Produktion von MCP-1, IL-6 und VEGF wurde ebenfalls vermindert. CilE bewirkte die stärkste Suppression von CFec, MCP-1 und VEGF. Die Wirksamkeit von CilE überstieg dabei diejenige von E oder Cil allein. Der überwiegend additiv gesteigerte aber bei manchen HNSCC ausbleibende Effekt zeigt starke Heterogenität in der Response verschiedener HNSCC auf. Die IL-6-Freisetzung wurde durch E und verstärkt durch CilE, aber nicht durch Cil allein signifikant supprimiert. Schlussfolgerung: Kombiniertes Targeting von EGFR und Integrinen mit CilE erhöht die suppressiven Effekte auf CFec und pro-angiogene und pro-inflammatorische Zytokine, welche potentielle Bedeutung als Biomarker für Response erlangen.:1 Einleitung 3 1.1 Integrine – multifunktionale Transmembranproteine 4 1.1.1 Erkennungsmerkmal RGD-Sequenz 5 1.1.2 Integrine αVβ3 und αVβ5 sowie deren Rolle in Tumorangiogenese und Metastasierung 5 1.2 Cilengitide – ein Integrin-Inhibitor 6 1.3 Epidermaler Wachstumsfaktorrezeptor 8 1.3.1 Die Rolle des EGFR bei Tumoren 9 1.3.2 Cetuximab - ein EGFR-Inhibitor 10 1.4 Tumore der Kopf-Hals-Region und deren Biomarker 11 1.4.1 Therapie von Kopf-Hals-Tumoren 12 1.4.2 Klinische Erprobungen von Cilengitide 12 1.4.3 Targeted Therapie mit Cetuximab bei Kopf-Hals-Tumoren 13 1.4.4 Biomarker bei HNSCC 15 1.4.5 Interleukin 6 16 1.4.6 Vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor A – VEGF-A 17 1.4.7 Monozyten-Chemoattraktor Protein 1 – MCP-1 19 1.5 Chemoresponsetestung ex vivo 21 1.5.1 Der koloniebildende Kurzzeit-Chemoresponsetest FLAVINO 22 1.5.2 Flavin-induzierte photodynamische Degeneration 22 1.5.3 Ablauf des FLAVINO-Chemoresponsetests 23 1.6 Aufgabenstellung und neue Erkenntnisse 24 2 Publikationen 26 2.1 Abstract zum Vortrag zur 84. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde und Kopf- und Hals-Chirurgie 27 2.2 Publikation bei Anticancer Research 28 2.3 Abstract zum Beitrag zur 88. Jahrestagung der deutschen Gesellschaft für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde und Kopf- und Hals-Chirurgie 36 3 Zusammenfassung 37 4 Literaturverzeichnis 41 5 Anlagen 49 5.1 Erklärung über die eigenständige Verfassung der Arbeit 49 5.2 Darstellung des Eigenanteils 50 5.3 Lebenslauf 52 5.4 Danksagung 5

Cilengitide und Cetuximab in Plattenepithelkarzinomen der Kopf-Hals-Region (HNSCC): Zytokinproduktion von HNSCC im Ex-vivo-Chemoresponsetest FLAVINO als Indikator heterogenen Therapieansprechens

Einleitung: Die zielgerichtete Therapie von Plattenepithelkarzinomen der Kopf-Hals-Region (HNSCC) durch simultanes Targeting von EGFR (epidermal growth factor-receptor) mit Cetuximab (E) und αVβ3 und αVβ5-Integrinen mit Cilengitide (Cil) könnte wegen dessen geringen Nebenwirkungen attraktiv sein. Wir analysierten die Koloniebildung epithelialer Zellen (CFec) und die Produktion pro-angiogener and pro-inflammatorischer Zytokine im Kurzzeit-Chemoresponsetest (FLAVINO). Methoden: Kollagenase-IV-verdaute Proben von 43 histopathologisch gesicherter HNSCC wurden in Laminin-beschichtete 96-well-Platten eingesät, die in Triplikaten E, Cil oder CilE in Endkonzentrationen von 66,7 µg/ml, 10 µM, und 66,7 µg/ml+10 µM enthielten. Kulturüberstände (KÜS) wurden nach 3 Tagen entnommen und adhärente Zellen Ethanol-fixiert. 39 HNSCC hatten CFec≥4/well. Interleukin 6 (IL-6), MCP-1 (monocyte chemoattractant protein 1) und VEGF (vascular endothelial growth factor A) in KÜS wurden mit ELISA quantifiziert. Ergebnisse: CFec auf Laminin wurde durch Cil, E und CilE signifikant unterdrückt. Die Produktion von MCP-1, IL-6 und VEGF wurde ebenfalls vermindert. CilE bewirkte die stärkste Suppression von CFec, MCP-1 und VEGF. Die Wirksamkeit von CilE überstieg dabei diejenige von E oder Cil allein. Der überwiegend additiv gesteigerte aber bei manchen HNSCC ausbleibende Effekt zeigt starke Heterogenität in der Response verschiedener HNSCC auf. Die IL-6-Freisetzung wurde durch E und verstärkt durch CilE, aber nicht durch Cil allein signifikant supprimiert. Schlussfolgerung: Kombiniertes Targeting von EGFR und Integrinen mit CilE erhöht die suppressiven Effekte auf CFec und pro-angiogene und pro-inflammatorische Zytokine, welche potentielle Bedeutung als Biomarker für Response erlangen.:1 Einleitung 3 1.1 Integrine – multifunktionale Transmembranproteine 4 1.1.1 Erkennungsmerkmal RGD-Sequenz 5 1.1.2 Integrine αVβ3 und αVβ5 sowie deren Rolle in Tumorangiogenese und Metastasierung 5 1.2 Cilengitide – ein Integrin-Inhibitor 6 1.3 Epidermaler Wachstumsfaktorrezeptor 8 1.3.1 Die Rolle des EGFR bei Tumoren 9 1.3.2 Cetuximab - ein EGFR-Inhibitor 10 1.4 Tumore der Kopf-Hals-Region und deren Biomarker 11 1.4.1 Therapie von Kopf-Hals-Tumoren 12 1.4.2 Klinische Erprobungen von Cilengitide 12 1.4.3 Targeted Therapie mit Cetuximab bei Kopf-Hals-Tumoren 13 1.4.4 Biomarker bei HNSCC 15 1.4.5 Interleukin 6 16 1.4.6 Vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor A – VEGF-A 17 1.4.7 Monozyten-Chemoattraktor Protein 1 – MCP-1 19 1.5 Chemoresponsetestung ex vivo 21 1.5.1 Der koloniebildende Kurzzeit-Chemoresponsetest FLAVINO 22 1.5.2 Flavin-induzierte photodynamische Degeneration 22 1.5.3 Ablauf des FLAVINO-Chemoresponsetests 23 1.6 Aufgabenstellung und neue Erkenntnisse 24 2 Publikationen 26 2.1 Abstract zum Vortrag zur 84. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde und Kopf- und Hals-Chirurgie 27 2.2 Publikation bei Anticancer Research 28 2.3 Abstract zum Beitrag zur 88. Jahrestagung der deutschen Gesellschaft für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde und Kopf- und Hals-Chirurgie 36 3 Zusammenfassung 37 4 Literaturverzeichnis 41 5 Anlagen 49 5.1 Erklärung über die eigenständige Verfassung der Arbeit 49 5.2 Darstellung des Eigenanteils 50 5.3 Lebenslauf 52 5.4 Danksagung 5

Reduced Cytokine Release in Ex Vivo Response to Cilengitide and Cetuximab Is a Marker for Improved Survival of Head and Neck Cancer Patients

Targeting of αVβ3 and αVβ5 integrins by cilengitide may reduce growth of solid tumors including head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC). Preclinical investigations suggest increased activity of cilengitide in combination with other treatment modalities. The only published trial in HNSCC (ADVANTAGE) investigated cisplatin, 5-fluorouracil, and cetuximab (PFE) without or with once (PFE+CIL1W) or twice weekly cilengitide (PFE+CIL2W) in recurrent/metastatic HNSCC. ADVANTAGE showed good tolerability of the cilengitide arms and even lower adverse events (AEs) compared to PFE but not the benefit in overall survival expected based on preclinical data. As we found in the FLAVINO assay, a short-time ex vivo assay for prediction of chemosensitivity, only a subgroup of HNSCC had an increased suppressive effect of cilengitide containing combination therapies on colony formation of epithelial cells (CFec) and release of pro-angiogenetic and pro-inflammatory cytokines, whereas other HNSCC failed to respond. Response to αVβ3 and αVβ5 integrin targeting by cilengitide classifies HNSCC regarding outcome. We present FLAVINO data arguing for further development of cilengitide plus cetuximab in treatment of a subgroup of HNSCC potentially identified by the FLAVINO assay using a set of biomarkers for response evaluation