Hoffnung und Herausforderung

Seit ihrer Einführung in der Europäischen Union 2018 hat die CAR-T-Zelltherapie die Immunkrebstherapie revolutioniert. Sie bietet eine wichtige Behandlungsoption für stark vorbehandelte Patienten mit bestimmten Krebsarten des Blutes und des lymphatischen Systems.

Die von der Europäischen Arzneimittelagentur (EMA) als Gentherapie eingestufte Zelltherapie ermöglicht eine spezifische immunologische Tumorantwort. Abwehrzellen (T-Lymphozyten) des Patienten werden im Labor gentechnisch so verändert, dass sie die Krebszellen im Körper des Patienten mittels eines künstlichen (chimären) Antigen-spezifischen Rezeptors (CAR) aufspüren und zerstören können. Bislang erhielten sechs CAR-T-Zelltherapien die EU-Zulassung.

Bemerkenswerte klinische Erfolge bis hin zur vollständigen Tumorfreiheit (vollständige Remission, CR) auch noch zehn Jahre nach Behandlung kennzeichnen die neue Therapieform. Jedoch zeigen sich auch Herausforderungen. Neben einem aufwendigen Herstellungsprozess mit hohen Kosten und einer notwendigen intensivmedizinischen Infrastruktur während der Behandlung in speziellen CAR-T-Zentren kann es zu starker Toxizität und Nebenwirkungen kommen. Auch Tumorrezidive fordern die Forschung heraus.

Im Vergleich zur konventionellen Chemotherapie oder Bestrahlung macht man sich bei der CAR-T-Zelltherapie das körpereigene Immunsystem zunutze. Dieses kann normalerweise zwischen körpereigenen gesunden Zellen und kranken entarteten Zellen unterscheiden und letztere beseitigen.

Eine wichtige Rolle spielen dabei die T-Lymphozyten (T-Zellen). Diese suchen die MHC-1-Rezeptoren (Major Histocompatibility Complex Class 1) auf körpereigenen Zellen nach auffälligen Antigenen ab. Wird eine Zelle als fremd oder entartet erkannt, leiten T-Zellen den apoptotischen Zelltod ein und die Zelle wird eliminiert. Allerdings fehlt Tumorzellen oft ein Antigen auf der Oberfläche, das sie als maligne kennzeichnet. Sie bleiben für das Immunsystem unsichtbar und können ungehemmt proliferieren. Durch den Verlust der immunologischen Kontrolle kann sich die Tumorerkrankung klinisch manifestieren.

In der immunonkologischen Therapie wird durch gezielte Stimulation des patienteneigenen Immunsystems eine Immunantwort gegen Tumorzellen hervorgerufen. Besonders effektiv ist die Ausstattung der körpereigenen T-Zellen mit Tumor-spezifischen Rezeptoren, durch die die T-Zellen die Tumorzellen erkennen sollen. Dies ist die Grundlage der CAR-T-Zelltherapie.

CAR ist die Abkürzung für künstlicher Antigen-spezifischer Rezeptor (Englisch: chimeric antigen receptor). Er wird gentechnisch modular aus mehreren Domänen verschiedener Immunrezeptoren zusammengesetzt (Abbildung 1). Durch den CAR werden die Immuneffektorzellen (T- und NK-Zellen) gezielt zu den Tumorzellen geleitet, die ein spezifisches Zielantigen exprimieren. Im Unterschied zur normalen T-Zellfunktion erkennen die CAR auch naive Antigene, während natürliche T-Zell-Rezeptoren proteolytisch prozessierte, durch MHC präsentierte Peptidantigene erkennen.

An N-terminaler extrazellulärer Position befindet sich die Antigenbindedomäne, die von dem einkettigen variablen Fragment (single-chain variable Fragment, scFv) eines monoklonalen tumorspezifischen Antikörpers abgeleitet ist. Diese bestimmt die Antigenspezifität des CAR. Bei den bisher zugelassenen CAR-T-Zelltherapien richtet sich die Antigenbindedomäne gegen CD19 auf B-Zellen (bestimmte B-Zell-Leukämien und B-Zell-Lymphome) oder gegen das B-Zell-Reifungsantigen BCMA (Multiples Myelom).

Diese Bindedomäne in C-terminaler Richtung ist über eine Schanierregion (Linker) mit einer Transmembrandomäne verbunden, die den CAR fest in der Phospholipid-Membran der CAR-T-Zelle verankert. Sie trägt zur Signalweiterleitung in das Innere der T-Zelle bei. Die am häufigsten verwendeten Transmembrandomänen stammen von CD8a und CD28.

Auf intrazellulärer Seite des CAR befinden sich Signaldomänen, die nach Bindung des Antigens das Signal weiterleiten. Für die Aktivierung der CAR-T-Zelle ist üblicherweise die CD3ζ-(Zeta-)Kette des T-Zell-Rezeptor-(TCR-)Komplexes verantwortlich.

Man unterscheidet vier Generationen von CAR:

• Die Basisstruktur aus Antigenbindedomäne, Linker, Transmembrandomäne und CD3ζ-Signaldomäne bildet die ersten Generation. Aufgrund der Abwesenheit von kostimulatorischen Signalen zeigte diese nur eine limitierte Proliferationskapazität und geringe Antitumoreffekte.
• CAR der zweiten und dritten Generation haben zusätzlich noch eine (zweite Generation) oder zwei (dritte Generation) kostimulatorische Domänen (Co-SD), zum Beispiel CD28, 4-1BB (CD137), CD27 oder OX40. Während CD28 zu einer vollständigen Aktivierung und Vermehrung der CAR-T-Zellen beiträgt, erleichtert die 4-1BB-Domäne deren Überleben im Körper des Patienten (Persistenz). Beide Signaldomänen wurden daher ab der dritten Generation miteinander verbunden. Nach Bindung der CAR-T-Zelle an die antigenpräsentierende Tumorzelle werden über die Co-SD intrazelluläre Signale in der CAR-T-Zelle aktiviert, die zur Zytokin-Sekretion und weiteren Proliferation der T-Zelle führen (1).
• Die vierte Generation, auch TRUCK oder armored CAR genannt, enthält zusätzliche Modifikationen, die die Sekretion von Interleukinen (IL) und/oder von Zelltodproteinen wie IL-2, -7, -12 und -15 sowie iCaspase-9 steigern (2). Erste präklinische Studien lassen eine erhöhte Effektivität gegenüber Tumorzellen durch die Aktivierung des endogenen Immunsystems vermuten.

Zudem gibt es Untersuchungen mit sogenannten Smart T-cells, die ein Suizidgen oder andere Kontrollmechanismen für eine erhöhte Sicherheit der Therapie enthalten. Neueste Entwicklungen untersuchen bispezifische CAR-T-Zellen, die neben dem CAR gegen CD19-Antigen auch einen CAR gegen CD20 enthalten, um Rezidiven entgegenzuwirken.

Alle bisher zugelassenen CAR-T-Zellen tragen CAR der zweiten Generation. Generell können CAR nicht nur in T-Zellen, sondern auch in natürliche Killerzellen (NK-Zellen) eingebracht werden und bewirken bei Antigenbindung ebenfalls eine Aktivierung.

Nach Bindung an das Antigen aktivieren die Co-SD CD28 und CD3ζ nachgeschaltete Signalkaskaden, die bei den T-Zellen zu Aktivierung, Proliferation und Sekretion von inflammatorischen Zytokinen (Interleukine, Interferon-γ, IFN-γ) und Chemokinen führen. Weitere Immunzellen und Makrophagen werden angelockt. Letztlich kommt es zur Apoptose und Nekrose der Zielzellen.

Das Immunsystem lernt dadurch, die Krebszellen aufzuspüren und den Tumor zu bekämpfen (Abbildung 2). Während die Tumorzelle stirbt, behält die CAR-T-Zelle ihre Funktionalität und verbleibt im Körper. So können Millionen von Krebszellen eliminiert werden.

Die Herstellung der autologen CAR-T-Zellen ist in den gesamten Behandlungsprozess integriert und erfolgt nach streng qualitätskontrollierten Schritten.

Zunächst werden die relevanten T-Lymphozyten (T-Zellen) aus dem Blut des Patienten mittels Leukapherese (Apherese) isoliert. Die isolierten Leukozyten werden kryokonserviert und an spezielle Herstellungslabore versendet (die restlichen Blutbestandteile werden dem Patienten rückinfundiert) und dort isoliert und in einem ersten Schritt aktiviert. Die T-Zellen können sich anschließend außerhalb des Körpers vermehren.

Nun erfolgen die genetische Modifikation und der Einbau des CAR mithilfe viraler Gentransfervektoren (retrovirale oder vom humanen Immundefizienzvirus 1, HIV-1, abgeleitete lentivirale Vektoren), die die genetische Information für den CAR übertragen und stabil in das Genom der T-Zellen inserieren. Dadurch wird die genetische Sequenz für den CAR bei Aktivierung und Teilung der T-Zellen an jede Tochterzelle weitergegeben.

Die Behandlung mit CAR-T-Zellen erfolgt in speziell dafür qualifizierten CAR-T-Zentren. In Deutschland gibt es etwa 40 Standorte, die ein weitgehend flächendeckendes Angebot für diese Therapien bieten.

Der gesamte Behandlungsprozess dauert mehrere Wochen. Während für die Leukapherese eine ambulante Sitzung ausreicht (maximal drei bis vier Stunden), dauert die Herstellung der CAR-T-Zellen vier bis fünf Wochen. Bis zur Rückinfusion können bis zu acht Wochen vergehen. Zur Überbrückung erhält der Patient stationär oder ambulant eine Chemotherapie. Auch eine Radiotherapie (RT) wird als sogenanntes Bridging-Konzept diskutiert (3).

Vor der Zelltherapie bekommt der Patient im Behandlungszentrum eine lymphodepletierende Chemotherapie (in der Regel mit Cyclophosphamid und Fludarabin) über drei bis zehn Tage. Diese soll die Aktivität der Tumorzellen hemmen und die Anzahl der körpereigenen Immunzellen reduzieren, um günstige Bedingungen für die Expansion der infundierten CAR-T-Zellen zu schaffen.

Die eigentliche Infusion der CAR-T-Zellen dauert etwa 30 Minuten. Für ein Therapieansprechen reicht meistens eine einzige Infusion aus. Eine anschließende Überwachung des Patienten für zehn bis 14 Tage im Behandlungszentrum ist gesetzlich vorgeschrieben, um bei möglichen Toxizitäten schnell intervenieren zu können.

Nach Entlassung werden die Patienten ambulant weiterbetreut. Hersteller und Behandlungszentren sind zu einer langfristigen Kontrolle und Unterstützung von bis zu 15 Jahren verpflichtet. Studien untersuchen die Möglichkeit für eine ambulante Therapie mit vollständig ambulanter Nachsorge.

Aufgrund der teils erheblichen Nebenwirkungen und Toxizitäten sollen CAR-T-Zelltherapien laut europäischer Zulassung nur angewendet werden, wenn mindestens zwei andere Krebstherapien nicht angeschlagen haben. Es handelt sich also immer um stark vorbehandelte Patienten.

Insgesamt sind in der Europäischen Union sechs CAR-T-Zelltherapien verfügbar (Tabelle 1). Vier davon richten sich gegen das Oberflächenantigen CD19 auf B-Lymphozyten für den Einsatz bei verschiedenen B-Zell-Leukämien und -Lymphomen, die zwei jüngsten gegen das B-Zell-Reifungsantigen (BCMA) auf Plasmazellen des Multiplen Myeloms. Der Einsatz der CAR-T-Zelltherapie bei soliden Tumoren sowie bei HIV-Infektionen und Autoimmunerkrankungen wird derzeit in Studien geprüft.

Tisagenlecleucel (Kymriah®) der Firma Novartis wird eingesetzt bei Patienten mit refraktärer oder rezidivierter akuter lymphatischer B-Zell-Leukämie, diffus großzelligem B-Zell-Lymphom und follikulärem Lymphom. Das Medikament erhielt im Jahr 2018 als erste in Europa zugelassene CAR-T-Zelltherapie den PZ-Innovationspreis. Manche der 2010 weltweit ersten damit behandelten Patienten (akute und chronische lymphatische Leukämie) können bereits zehn oder zwölf Jahre »leukämiefreie« Zeit feiern. Ein in der Krebstherapie beispielloser Erfolg.

Axicabtagen-Ciloleucel (Yescarta®) der Firma Gilead ist die zweite 2018 in der EU zugelassene Anti-CD19-CAR-T-Zelltherapie für Patienten mit speziellen Formen des B-Zell-Lymphoms (Tabelle 1).

Brexucabtagen-Autoleucel (Tecartus®) ist zugelassen für erwachsene Patienten mit rezidiviertem oder refraktärem Mantelzell-Lymphom, das zu den hochmalignen Non-Hodgkin-Lymphomen (NHL) mit schnellem und aggressivem Verlauf gehört.

Die Zulassung von Lisocabtagen maraleucel (Breyanzi®) entspricht der für Axicabtagen-Ciloleucel und wurde 2021 auf die Behandlung von Patienten mit follikulärem Lymphom Grad 3B erweitert.

Seit diesem Jahr 2022 sind in Deutschland auch zwei CAR-T-Zelltherapien für stark vorbehandelte Patienten mit Multiplem Myelom (MM) verfügbar: Idecabtagen vicleucel und Ciltacabtagen autoleucel (Abecma® und Carvykti®) (Tabelle 1). Als seltene Form der NHL entsteht das Multiple Myelom durch eine Entartung von Plasmazellen, die sich unter Verlust von Blutzellen und Knochensubstanz in das Knochenmark ausbreiten. Jährlich werden in Deutschland etwa 6400 Neuerkrankungen verzeichnet, mit ungünstiger Prognose und einer Fünf-Jahres-Überlebensrate von weniger als 50 Prozent.

Die Kosten für eine CAR-T-Zelltherapie sind hoch und lagen für die ersten Therapien zwischen 320.000 und 360.000 Euro pro Behandlung und Patient. Vergütungsmodelle der Krankenkassen mit den Herstellern regeln eine Erstattung teils unter Anbindung an den Therapieerfolg. Sollte die Behandlung nicht anschlagen, bekommen die Kassen einen Teil der erstatteten Kosten vom Hersteller zurück.

Die CAR-T-Zelltherapie hat ein anderes Nebenwirkungsprofil als eine konventionelle Immunchemotherapie. Das Spektrum beinhaltet hämatologische und immunologische Nebenwirkungen und reicht von leichtem Unwohlsein über Organversagen bis hin zum Tod (13). Eine intensive Betreuung der Patienten, umfassende Schulung der behandelnden Ärzte und Aufklärung von Patienten und Betreuern durch die Hämato-Onkologen und Stationsapotheker sind zwingend notwendig.

Zu den wichtigsten Nebenwirkungen (Tabelle 2) gehören

• Infusionsreaktion,
• Zytokin-Freisetzungssyndrom (CRS) und Neurotoxizität (ICANS),
• die CRS-abhängige Koagulation,
• On-Target-off-Tumor-Aktivität, B-Zell-Aplasie,
• Tumorlyse-Syndrom und
• Zytopenie.

Zur Verminderung akuter Infusionsreaktionen erhalten die Patienten vorab eine Prämedikation aus Paracetamol und Diphenhydramin.

Das Zytokin-Freisetzungssyndrom (CRS: cytokine release syndrom) und die Immuneffektorzell-assoziierte Neurotoxizität (ICANS: immune effector cell-associated neurotoxicity syndrome) sind die häufigsten nicht-hämatologischen Nebenwirkungen, denen eine überschießende Aktivierung der CAR-T-Zellen zugrunde liegt. Durch massive Produktion und Freisetzung von Zytokinen, zum Beispiel IFN-γ, Tumornekrosefaktor-α (TNF-α), IL-2 und Granulozyten-/Makrophagen-Kolonien stimulierendem Faktor (GM-CSF) werden zahlreiche weitere Immunzellen aktiviert. Makrophagen produzieren unter anderem Interleukin-6, das in fast jeder Körperzelle entzündliche Reaktionen hervorrufen kann.

Das CRS kann sich in unterschiedlicher Ausprägung zeigen (Grad 1 bis 4). Innerhalb weniger Stunden oder Tage können Symptome wie hohes Fieber, Müdigkeit, Übelkeit, Durchfall und Herz-Kreislauf-Störungen auftreten (Grad 1). Wird nicht rechtzeitig interveniert, kann es zu Multiorganversagen bis hin zum Tod kommen. Als Risikofaktoren für ein hochgradiges CRS gelten eine hohe Tumorlast, Thrombozytopenie und endotheliale Aktivierung vor der CAR-T-Zelltherapie. Zerebral (ICANS) können Kopfschmerzen, Verwirrtheit, Halluzinationen, Bewusstseinsstörungen, Delirium, Krampfanfälle, motorische Störungen und sogar Hirnödeme auftreten. Die meisten schweren Fälle treten unter der Anti-CD19-Zelltherapie bei hämatologischen Krankheitsbildern auf (Tabelle 1).

Bei leichten Formen des CRS bis Grad 1 wird antipyretisch mit Paracetamol (1 g intravenös, viermal täglich) oder Metamizol (500 bis 1000 mg) therapiert. Bei schweren Formen hat sich der IL-6-Rezeptorblocker Tocilizumab (RoActemra®) bewährt. Ab Grad 2 des CRS mit Hypotonie wird Tocilizumab als Monotherapie oder in Kombination mit Corticosteroiden gegeben. In der Regel wird mit Methotrexat (MTX) kombiniert.

Eine weitere Nebenwirkung ist vor allem bei Anti-CD19-Zelltherapien zu beobachten. Diese beruht auf einer On-Target-off-Tumor-Aktivität der CAR-T-Zellen, denn CD19 ist nicht nur auf CD19-positiven Leukämie- und Lymphomzellen, sondern auch auf gesunden funktionstüchtigen B-Lymphozyten exprimiert. Die CAR-T-Zellen attackieren sowohl gesunde als auch maligne CD19-positive Zellen und vernichten sie. Bei Therapierespondern sind nach der Behandlung praktisch keine gesunden B-Zellen mehr nachweisbar. Infolge der Lymphodepletion fehlen Immunglobuline (Hypogammaglobulinämie) (Tabelle 2). Um schwere Infektionen zu vermeiden, werden die Serumspiegel der Immunglobuline regelmäßig kontrolliert. Bei Bedarf (IgG-Spiegel < 4 g/l) müssen Immunglobuline intravenös oder subkutan verabreicht werden. Vorsorglich sollten Patienten in den ersten drei Monaten nach der CAR-T-Zelltherapie Virustatika und Antimykotika erhalten.

Zudem kann ein Tumorlyse-Syndrom (TLS) auftreten mit massiver Freisetzung von Elektrolyten und Zellbestandteilen sowie möglicher Bildung von Calciumphosphat und Harnsäurekristallen in der Niere.

Als häufigste hämatologische Nebenwirkung erleidet die Mehrzahl der Patienten nach der Zellinfusion eine Panzytopenie, die einige Tage bis Monate andauern kann und mit Anämie, Thrombozytopenie und Leukopenie einhergeht. Klinisch können Erythrozyten- und Thrombozyten-Transfusionen sowie die Gabe von hämatopoetischen Wachstumsfaktoren (Thrombopoietin, TPO), Thrombopoietin-Rezeptoragonisten und Sirolimus erforderlich sein.

Obwohl es zu pharmakokinetischen und -dynamischen Wechselwirkungen von CAR-T-Zellen bisher keine genauen Studien gibt, sollten Glucocorticoide und Immunsuppressiva während der Therapie weitgehend vermieden werden, da diese die Wirksamkeit der CAR-T-Zellen abschwächen. Eine Impfung mit Lebendimpfstoffen wird mindestens sechs Wochen vor der vorbereitenden Chemotherapie, während der Zelltherapie und mindestens sechs Wochen danach nicht empfohlen.

Bei aktiven unkontrollierten Infektionen oder aktiver Graft-versus-Host-Erkrankung (GVHD) sowie schweren Chemotherapie-bedingten Nebenwirkungen sollte die CAR-T-Zelltherapie verschoben werden. Bei Patienten mit aktiver Hepatitis-B oder -C oder HIV-Infektion wird die Zelltherapie nicht empfohlen. Bei der Verwendung von CAR-T-Zellen, die mittels Lentiviren hergestellt wurden, kann ein HIV-Test nach der Therapie falsch positiv ausfallen.

Aufgrund der langen Lebenszeit der CAR-T-Zellen in vivo sollten die Patienten später kein Blut oder Organe spenden.

Um die Qualitätsvereinbarungen der CAR-T-Zelltherapien zu sichern, müssen Klinik, Klinikapotheke, Apherese-Zentrum und die regulatorischen und rechtskräftigen Abteilungen eng kooperieren.

Die Wirksamkeit und Sicherheit der CAR-T-Zellen werden derzeit in mehr als 500 klinischen Studien bei einer ganzen Reihe solider Tumoren untersucht, unter anderem bei Melanomen, Darm-, Brust-, Prostata-, Lungen- und Leberzellkrebs sowie bei Gehirntumoren und Neuroblastomen (Tabelle 3; Übersicht aller Studien unter clinicaltrials.gov).

Der große Durchbruch der CAR-T-Zelltherapie bei soliden Tumoren steht noch aus. Hier sind einige Schwierigkeiten zu überwinden. So muss ein geeignetes Zielantigen vorhanden sein, das im optimalen Fall ausschließlich von den Tumorzellen exprimiert wird. Ist dies zusätzlich auf gesundem Gewebe vorhanden, kann es ähnlich wie bei CD19-CAR-T-Zelltherapien zu einer On-Target-off-Tumor-Toxizität kommen. Aufgrund der langen Lebenszeit der CAR-T-Zellen in vivo können Off-Target-Effekte fatale Folgen für die Patienten haben.

Weitere Hürde: die Erreichbarkeit des soliden Tumors. Die CAR-T-Zellen müssen nach der Infusion in die Blutbahn erst den Weg zum Tumor finden und bei Gehirntumoren zusätzlich die Blut-Hirn-Schranke überwinden. Zudem erschwert ein immunsuppressives Tumor-Mikromilieu (Tumor Microenvironment) das Überleben der CAR-T-Zellen durch niedrige Sauerstoff- und Glucosespiegel sowie immunsuppressive Faktoren.

Eine allgemeine Herausforderung der CAR-T-Zelltherapie ist die Resistenzbildung. Als mögliche Ursachen für ein Therapieversagen wird eine unzureichende Proliferation oder Persistenz der CAR-T-Zellen im Organismus des Patienten diskutiert. Grund für ein tumorzellvermitteltes Therapieversagen kann der Antigen-Escape sein. Durch Herunterregulieren oder völligen Verlust des Zielantigens verbergen sich die Tumorzellen vor den CAR-T-Zellen, wodurch es nach anfänglichem Ansprechen zu einem Rezidiv kommen kann.

Neben dem Antigen-Escape-Phänomen kann die CAR-T-Zellfunktion durch Hochregulierung immunologischer Checkpoints wie PD-L1 behindert werden. Eine mögliche Kombination der CAR-T-Zellen mit dem Anti-PD1-Antikörper Pembrolizumab wird in einer Phase-1-Studie getestet.

Allogene CAR-T-Zellen von gesunden Spendern bieten gegenüber den bisherigen autologen Zellprodukten Vorteile. Dazu zählen geringere Kosten durch ein industrialisiertes Herstellverfahren, kryokonservierte Chargen für eine sofortige Verfügbarkeit (off-the-shelf) und mögliche Standardisierung. Kombinationen aus verschiedenen allogenen CAR-T-Zellen mit unterschiedlichen Zielantigenen sowie wiederholte Behandlungen könnten eine bessere Wirksamkeit und vielleicht längere Wirkung ermöglichen.

Ein Nachteil dieser »universellen« CAR-T-Zellen (UCAR-T-Zellen) ist ein mögliches Auftreten einer Graft-versus-Host-Erkrankung. Weiterhin können die UCAR-T-Zellen vom Immunsystem des Empfängers als fremd erkannt und eliminiert werden. Derzeit laufen etwa 70 klinische Studien zur Wirksamkeit und Sicherheit von allogenen CAR-T-Zellen, die meisten für Leukämie, Lymphome und das Multiple Myelom (clinicaltrials.gov).

Auch die Wirksamkeit von allogenen CAR-NK-Zellen wird in klinischen Studien evaluiert. Erste Daten zeigen, dass allogene Natürliche-Killer-(NK-)Zellen in Kombination mit lymphodepletierender Vorbehandlung sicher und effektiv bei Tumorerkrankungen eingesetzt werden können. Da sie zytotoxisch wirken, können sie sowohl CAR-vermittelte als auch CAR-unabhängige Antitumoraktivität zeigen.