Reversibilität einer Leberzirrhose

Leberzirrhose stellt weltweit eineder häufigsten Todesursachen dar. Obwohl kausale Therapieoptionen für einige Patienten mit Leberzirrhose verfügbar sind, haben diese Patienten weiterhin das Risiko ein Leberversagen oder ein hepatozelluläres Karzinom (HCC) zu entwickeln. Eine Lebertransplantation ist derzeit das einzige kurative Therapieverfahren, aber die Anzahl an Spendeorganen ist leider limtiert. Antifibrotische Therapieansätze haben im Tiermodel zwar versprechende Resultate gezeigt, die jedoch bisher nie bei Patienten mit Leberzirrhose reproduziert werden konnten. Ein grundlegender profibrotischer Signalweg bei vielen fibrotischen Erkrankungen und bindegewebsreichen (desmoplastischen) Krebsarten ist das Renin-Angiotensin-System (RAS). Trotz positiver Resultate in präklinischen Fibrosemodellen, waren Angiotensin Rezeptor Blocker (ARBs) bei Patienten mit Zirrhose nicht effektiv und zeigten systemische Nebenwirkungen. Diese Diskrepanz erklärt sich eventuell durch die unterschiedlichen Krankheitsstadien zwischen Tiermodel und humaner Leberzirrhose: während im Tiermodel oft frühe Fibrose behandelt wird, werden Patienten oft erst in fortgeschrittenen Stadien diagnostiziert, in denen die Kollagenfasern organisiert und die Fibrosesepten azellulär sind. Wir verwenden in unserem Projekt jedoch Tiermodelle, die durch Langzeitinduktion eine fortgeschrittene Leberzirrhose simulieren und damit näher am humanen Krankheitsbild liegen. Weiters ist es uns durch neue Nanotechnologie möglich, sehr hohe (antifibrotische) Dosen von ARBs selektiv zu den hepatischen Ito-zellen (HSCs) den Haupteffektorzellen während aktiver Fibrogenese zu bringen. Die HSC-Selektivität der nanoARBs verhindert systemische Nebenwirkungen wie Hypotension und Nierenschädigung, die oftmals Patienten mit Leberzirrhose unter Standardformulierungen von ARBs auftreten. Weiters hängt die Effektivität von antifibrotischen Medikamenten immer von der lokalen Verfügbarkeit und damit der Blutgefäßversorgung ab, wobei die hepatischen Blutgefäße (Sinusoide) bei Leberzirrhose durch überschießende Angiogenese pathologisch verändert sind. Daher verwenden wir einen kombinierten Therapieansatz mit der anti-angiogenetischen Substanz Sorafenib, das bereits bei Patienten mit Leberzirrhose zur HCC Therapie zugelassen ist. Sorafenib stellt niedrigdosiert wieder die Balance zwischen pro- und anti-angiogenetischen Faktoren her und kann so potentiell eine Gefäßnormalisierung der Lebersinusoide bewirken. Wir werden die Effekte der kombinierten Niedrigdosis Sorafenib-Therapie und nanoARB Therapie mit fortgeschrittenen intravitalen Mikoskopiertechniken, wie Multiphotonmikroskopie oder optischer Kohärenztomographie abbilden und analysieren. Zuletzt werden wir die abnormen angiokrinen Signaltransduktionswege, die mit dem pathologischen Umbau der Lebersinusoide assoziiert sind, in isolierten HSCs und sinusoidalen Gefäßzellen (LSECs) mittels RNA Sequenzierung analysieren. Somit können wir neue Therapieansätze zur Normalisierung der pathologisch veränderten Lebersinusoide identifizieren, die gemeinsam mit nanoARB Therapie eine Reversibilität der Leberzirrhose erzielen können.

Chronische Lebererkrankungen führen zu Leberzirrhose und Leberkrebs (hepatozelluläres Karzinom, HCC). Eine Leberzirrhose ist durch eine ausgeprägte Bindegewebsvermehrung (Fibrose) des Organs und eine eingeschränkte Leberfunktion charakterisiert. Ein HCC entseht fast ausschließlich bei Patienten mit zugrundeliegender Leberzirrhose und sind sehr gut durchblutete Tumore. Sorafenib, eine Substanz die die Blutgefäßneubildung (Angiogenese) hemmt, ist aktuell die einzig zugelassene medikamentöse Therapie bei HCC Tumoren. Die molekularen Mechanismen die zur Fibrose in der Leber und im HCC Tumor führen sind nicht vollends aufgeklärt. Ebenso ist nicht bekannt ob die Fibrose einen Resistenzmechanismus gegen eine Sorafenib Therapie darstellt.Um die Rolle der Fibrose beim HCC zu untersuchen haben wir zuerst ein neues, klinisch-relevanten Mausmodel erstellt, das im Vergleich zu herkömmlichen Modellen viele Vorteile aufweist: Erstens ist es ein orthotopes Model, d.h. der Lebertumor wird direkt in die Leber implantiert und nicht wie in vielen anderen Model unter die Haut der Maus (subkutane Modelle). Zweitens ist es ein syngenetisches Model, d.h. die HCC Tumorzellen stammen aus dem gleichen Mausstamm, der letztendlich auch für die Implantation genutzt wird. Im Gegensatz dazu müssen bei vielen anderen Modellen immun-geschwächte Mäuse verwendet werden, damit die die Tumore überhaupt anwachsen können, weil menschliche Zelllinien oder Zelllinien von anderen Mausstämmen verwendet werden. Weiters, implantierten wir die HCC Tumore in Mäuse mit bereits vorhandener Leberfibrose, was dem klinischen Szenario deutlich näher kommt, da fast alle Patienten mit HCC Tumoren auch eine zugrundeliegende Leberzirrhose haben.Mit diesem neuen Mäusemodell konnten wir zeigen, dass das Molekül stroma-derived groth factor 1 alpha (SDF1a) und sein Rezeptor CXCR4 zur Fibrose in der Leber als auch im HCC Tumor beiträgt. Der SDF1a/CXCR4 Signaltransduktionsweg wurde unter einer Behandlung mit Sorafenib sogar weiter aktiviert und stellte einen Resistenzmechanismus gegen Sorafenib dar. Dies konnte durch gleichzeitige Blockade des CXCR4 Rezeptors unter Sorafenib gezeigt werden, was zu einem Rückgang der Fibrose im HCC Tumor führte und die Effektivität von Sorafenib im Sinne von einer stärkeren Hemmung des Tumorwachstums steigerte.Weiters kommt es durch die Aktivierung des SDF1a/CXCR4 Signaltransduktionsweges unter Sorafenib Therapie zu einer vermehrten Infiltration von immunsuppressiven Zellen in HCC Tumoren und einer vermehrten Expression des Immunzell-Inhibitors PD-L1. Interessanterweise führte die zusätzliche Hemmung der SDF1a/CXCR4 Achse während einer Sorafenib Therapie zwar zu einer Reduktion der immunsuppressiven Zellen in HCC Tumoren, aber nur die zusätzliche Gabe eines PD-1 Hemmers konnte eine effektive Immunantwort durch Tumorzell-angreifende Immunzellen auslösen.