Die Wertbestimmung des Diphtherieserums und deren theoretische Grundlagen

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Die Wertbestimmung des Diphtherieserums und deren theoretische Grundlagen

Von Paul Ehrlich über Georges Köhler zur modernen Antikörpertherapie

Prof. Dr. Theodor Dingermann

Institut für Pharmazeutische Biologie Biozentrum

Max-von-Laue-Str. 9

„Texte, die Geschichte machten“

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Von Paul Ehrlich über Georges Köhler zur modernen Antikörpertherapie

Inhalt:

• Paul Ehrlichs Seitenkettentheorie

• Die Anfänge der Immunologie

• Blut ist ein besonderer Saft

• Das Phänomen „Antikörper“

• Sind alle hier geimpft?

• Die Konsequenzen der Klonalität

• Monoklonale Antikörper

• Monoklonale Antikörper gut – aber als Therapeutika nicht gut genug!

• Die Verbesserung der Verträglichkeit

• Antikörper in der Klinik

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Paul Ehrlichs Seitenkettentheorie

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Über die Antitoxinwirkung: Theorie der Immunität

in: P. Ehrlich, die Wertbestimmung des Diphtherieserums (1897), Klinisches Jahrbuch 6:

299-326

Seit Behring‘s Entdeckung der antitoxischen Funktionen hat die Frage nach dem Wesen dieser Erscheinung andauernd das Interesse fast aller Vertreter der modernen Richtung beschäftigt, wie zahlreiche dieser

Publikationen beweisen. In einer jüngst veröffentlichten Mitteilung

(Fortschritte der Medizin, 1897, No. 2) habe ich den jetzigen Stand dieser Frage kurz präcisiert und durch Reagenzglasversuche vorläufig für das Ricin den Beweis erbracht, dass sich Gift und Gegengift direkt chemisch beeinflussen.

Paul Ehrlichs Seitenkettentheorie

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299-326

Ich habe den Nachweis erbringen können,

•

dass die Vereinigung von Gift und Antikörper in konzentrierten Lösungen weit schneller von sich geht, als in verdünnten Lösungen,

•

dass Wärme den Zusammentritt beschleunigt, Kälte ihn verlangsamt,

•

dass ein Molekül Gift eine ganz bestimmte, unveränderte Menge Antikörper bindet,

•

dass die Fähigkeit, Antikörper zu binden, auf die Anwesenheit einer bestimmten Atomgruppe des Giftkomplexes zurückzuführen ist.

Paul Ehrlichs Seitenkettentheorie

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299-326

Die zwingende Notwendigkeit, im Toxin und Antitoxin zwei derartig aufeinander abgepasste Gruppen (wie Schlüssel zu Schloss)

anzunehmen, dürfte auch einen Hinweis darauf geben, wie man sich die so rätselhafte Entstehung der Antitoxine am leichtesten denken könnte.

Es ist wohl von der Mehrzahl der Forscher die Ansicht Behring‘s acceptiert, dass die Antikörper Reaktionsprodukte des lebenden

Organismus, nicht aber Umwandlungsprodukte des eingeführten Giftes darstellen.

Paul Ehrlichs Seitenkettentheorie

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Wie aber ein solcher Reaktionsvorgang zu erklären ist, bietet dem Verständnis doch erhebliche Schwierigkeiten.

Wenn man einem Chemiker die Aufgabe stellen würde, gegen ein Alkaloid oder ein sonstiges Gift ein Antidot zu finden, das eine physiologisch und chemisch indifferente Substanz darstellen sollte, die weder das Gift

zerstören, noch in unlöslichem Zustand ausfällen darf, und welches nichtsdestoweniger imstande sein soll, beliebig große Quantitäten des Giftes unschädlich zu machen, so würde er ein solches Thema sicher als eine Chimäre zurückweisen.

299-326

Paul Ehrlichs Seitenkettentheorie

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299-326

Nichtsdestoweniger ist der lebende Organismus imstande, diese Aufgabe sozusagen spielend, häufig in einer Spanne weniger Tage und für eine Vielheit von Giften zu lösen.

Paul Ehrlichs Seitenkettentheorie

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Die Anfänge der Immunologie

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1890 Über das Zustandekommen der Diphtherie- und der Tetanusimmunität bei Thieren

Emil Adolf von Behring

1901

Die Anfänge der Immunologie

Seit Behring‘s Entdeckung der antitoxischen

Funktionen hat die Frage nach dem Wesen dieser Erscheinung andauernd das Interesse fast aller Vertreter der modernen Richtung beschäftigt, wie zahlreiche dieser Publikationen beweisen. ...

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1897 Seitenkettentheorie von Paul Ehrlich

Paul Ehrlich

1908

1930

1900 Postulat eines immunologischen Phänomens bei der Interagglutination verschiedener Blutproben

Die Anfänge der Immunologie

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Blut ist ein besonderer Saft

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Blut:

45 % Zellen 55 % Plasma

Plasma:

90 % Wasser 10 % Protein

Proteine:

60 % Albumin

15 % Gamma-Globulin

Blut ist ein besonderer Saft

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Blut:

45 % Zellen 55 % Plasma

Plasma:

90 % Wasser 10 % Protein

Proteine:

60 % Albumin

15 % Gamma-Globulin

Blut ist ein besonderer Saft

(15)

Gamma-Globulin-Fraktionen aus Tierseren

•

Botulismus-Antitoxin Behring Polyvalentes Immunserum vom Pferd

•

Schlangengift-Immunserum

Serum als Therapeutikum

Postexpositionelle Gammaglobulinprophylaxe bei impfpräventablen Erkrankungen

•

Hepatitis A Normal-Immunglobulin (deklarierter Anti-Hepatitis-A- Gehalt)

•

^Masern Normal-Immunglobulin

•

^Röteln Spezielles Anti-Röteln-Immunglobulin

•

Varizellen Spezielles Anti-VZV-Immunglobulin

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Das Phänomen „Antikörper“

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Das Phänomen „Antikörper“

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Das Phänomen „Antikörper“

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Effektor- domäne

Antigenerkennungs- domänen

NH₂

COOH H₂N

HOOC leichte

Kette

COOH

NH₂

HOOC H₂N

schwere Kette FR1

FR2FR3 FR4

variabler Bereich

CL CH₁

CH₂

CH₃

CL CH₁

CH₂

CH₃

H H

konstanter Bereich

CDR1 CDR2CDR3

Das Phänomen „Antikörper“

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Effektor- domäne

Antigenerkennungs- domänen

NH₂

COOH H₂N

HOOC leichte

Kette

COOH

NH₂

HOOC H₂N

schwere Kette FR1

FR2FR3 FR4

variabler Bereich

CL CH₁

CH₂

CH₃

CL CH₁

CH₂

CH₃

H H

konstanter Bereich

Das Phänomen „Antikörper“

CDR1!

CDR2!

CDR3!

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Das Phänomen „Antikörper“

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1950 Postulat der klonalen Selektion bei der Entstehung der Antikörper

Sir Frank Macfarlane Burnet

1960

Das Phänomen „Antikörper“

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1987

Susumo Tonegava

1978 „Rearrangement“ der Immunglobulingene

Das Phänomen „Antikörper“

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40 x 25 x 6 x 40 x 5 x 30 x 4

Das Phänomen „Antikörper“

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Nach ca. 10 Tagen ist alles fertig:

Serokonversion

Das Phänomen „Antikörper“

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Sind alle hier geimpft?

(27)

STIKO-Impfkalender 2009

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Die Konsequenzen der Klonalität

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Die Konsequenzen der Klonalität

(30)

1975 Hybridoma-Technologie

César Milstein

1984

Die Konsequenzen der Klonalität

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Monoklonale Antikörper

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Monoklonale Antikörper

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Monoklonale Antikörper

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Charakterisierung von Zelloberflächenstrukturen

Spezifischer Nachweis von Biomolekülen (Diagnostik) Spezifische Aufreinigung

von Biomolekülen mit Hilfe von Antikörpern

Nachweis von Proteinen in Zellen und

Gewebeflüssigkeiten

Monoklonale Antikörper

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1. Molekulare Homogenität,

• kalkulierbarere in vivo-Aktivität

• höhere spezifische Aktivität: 0,7 mg eines monoklonalen Antikörpers gegen das Tetanus-Toxin enspricht 100 bis 170 mg einer

Immunglobulin-Fraktion gegen das Tetanus-Toxin

• bessere Verträglichkeit als polyklonale Seren

2. Monoklonale Antikörper werden aus in in vitro-Kulturen mit weitgehend definierten Kulturmedien gewonnen

Monoklonale Antikörper

– Vorteile –

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Monoklonale Antikörper

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Monoklonale Antikörper gut –

aber als Therapeutika nicht gut genug!

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Monoklonale Antikörper gut –

aber als Therapeutika nicht gut genug!

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Die Verbesserung der Verträglichkeit

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25 % Maus-Protein

Die Verbesserung der Verträglichkeit

0 % Maus-Protein 5 % Maus-Protein

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DNA

schwere Kette leichte Kette

schwere Kette leichte Kette muriner

Antikörper

humaner Antikörper

Protein

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DNA

schwere Kette leichte Kette

schwere Kette leichte Kette synthetische DNAs für

hochvariable Regionen

muriner Antikörper

humaner Antikörper

Protein

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Zanolimumab = Anti-CD4 HuMAb-Mouse

^®

bzw. XenoMouse

^®

Die Verbesserung der Verträglichkeit

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Antikörper in der Klinik

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Antigen

Antikörper in der Klinik

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Antikörper in der Klinik

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Antikörper in der Klinik

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Antikörper in der Klinik

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Antigen

Antikörper in der Klinik

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Antikörper in der Klinik

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Antikörper in der Klinik

Anti-CEA-Scintigramm von Leber- u n d L u n g e n m e t a s t a s e n e i n e s Patienten mit Kolon-Karzinom