University of Groningen On TRAIL for glioma therapy? Kuijlen, J M A IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2010 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Kuijlen, J. M. A. (2010). On TRAIL for glioma therapy? Groningen: s.n. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date: 08-10-2018
Nederlandse samenvatting (Summary in Dutch)
Ondanks conventionele behandelingsprotocollen (chirurgie, radiotherapie en chemotherapie) blijft de algemene prognose voor de patiëntengroep met een GBM zeer slecht. Het is daarom noodzakelijk om nieuwe behandelingsstrategieën te ontwikkelen die de overleving van deze patiëntengroep kan verlengen. Apoptose, ook wel geprogrammeerde celdood genoemd, is een intrinsieke eigenschap die iedere cel bezit en kan aanwenden om zichzelf uit te schakelen indien dit noodzakelijk is. Opvallend is dat tumorcellen intrinsieke mechanismen beschikbaar hebben die apoptose inductie kunnen inhiberen. Daardoor kunnen bestaande therapieën, die vooral via de intrinsieke apoptose route hun celdodend effect sorteren, worden geblokkeerd. Hierdoor ontstaat resistentie van tumorcellen voor de bestaande therapieën. Nieuw te ontwikkelen therapieën moeten in staat zijn om deze resistentie terug te dringen. Interessant als nieuw medicament voor GBM behandeling is de pro-apoptoptische ligand TRAIL (TNF Related Apoptosis Inducing Ligand). TRAIL induceert apoptose via de extrinsieke route in tegenstelling tot chemo en radiotherapie die via de intrinsieke mitochondriale route hun apoptose effect uitvoeren. Dit proefschrift belicht TRAIL als potentieel anti-neoplastisch medicament dat de intrinsieke (mitochondriale) tumorcel resistentie kan omzeilen door apoptose te induceren via de extrinsieke apoptose route en waarbij klaarblijkelijk geen systemische toxiciteit ontstaat. Vanwege deze eigenschappen zou TRAIL een nieuwe adjuvante therapie kunnen worden in de strijd tegen het GBM. 174 Hoofdstuk 1 licht de onderzoeksvragen van dit proefschrift toe. In hoofdstuk 2 wordt een overzichtsartikel gepresenteerd waarin diverse aspecten van TRAIL-TRAIL receptor interactie en het potentieel van TRAIL om als anti-kanker medicament voor GBM tumoren in aanmerking te komen, wordt belicht. TRAIL receptor expressie is aanwezig op vele normale cellen en weefsels binnen ons lichaam. Tumorcellen van diverse origine vertonen ook TRAIL receptor expressie. Preklinische onderzoeken hebben een variabele sensitiviteit aangetoond van tumorcellen voor TRAIL (incluis GBM cellen), zonder evidente systemische of neurotoxiciteit. Uit verschillende dierexperimentele studies werd geconcludeerd dat er geen majeure systemische toxiciteit na behandeling met TRAIL aantoonbaar was. Fase 1 studies met rhtrail en anti-trail receptor antilichamen in solide (geen GBM tumoren) en hematologische tumoren zijn lopende of uitgevoerd. In overeenstemming met de preklinische studies komen de klinische studies tot de conclusie dat rhtrail-trail receptor behandeling mogelijk is zonder duidelijke systemische toxiciteit (voorlopige data). TRAIL toxiciteit lijkt dus niet een beperkend rol te spelen om TRAIL als antikanker medicament voor GBM patiënten te introduceren. Wat wel een beprekende rol kan spelen is de mogelijke resistentie van GBM cellen voor TRAIL. Diverse in vitro studies hebben aangetoond dat deze resistentie voor TRAIL overwonnen kan worden door TRAIL te combineren met (non) conventionele medicamenten of therapieën. Het is echter niet duidelijk of deze combinatie behandelingen wel zouden kunnen leiden tot systemische -of neurotoxiciteit.
Zoals beschreven in dit hoofdstuk kan TRAIL worden gecombineerd met conventionele en nieuwe therapeutische strategieën om daarmee versterkte apoptotische activiteit te induceren. In het kader van nieuwe therapeutische strategieën is het interessant om te kijken naar moleculen die een duale functie hebben. Het scfv425:strail fusie-eiwit, is een molecuul met een dubbel functie, enerzijds kan dit molecuul via de scfv425 zijde de EGF receptor (EGFR) binden en via de TRAIL zijde de TRAIL receptor binden. Op deze manier kan tegelijkertijd de EGFR geremd worden en de TRAIL receptor geactiveerd worden waardoor de cel extra geactiveerd wordt om in apoptose te gaan. Het is in de literatuur proefondervindelijk aangetoond dat deze strategie werkt en dat het fusie-eiwit efficiënt apoptose induceert zowel in vitro als in vivo. Hoofdstuk 2 gaat tevens verder in op diverse andere TRAIL combinatie strategieën die aangrijpen op zowel intrinsiek als extrinsieke cellulaire regelmechanismen en die kunnen bijdragen aan het bestrijden van het GBM. In hoofdstuk 3 beschrijven we de mate van expressie van TRAIL-R1 en TRAIL-R2 receptoren op primair glioblastoom weefsel. Wil TRAIL therapie succesvol zijn dan dienen TRAIL-R1 en TRAIL-R2 receptoren aanwezig te zijn op GBM cellen. De meeste studies die TRAIL receptor expressie hebben geanalyseerd hebben gebruik gemaakt van homogene cellijnen die duidelijk verschillen van primair GBM tumor weefsel. In dit hoofdstuk is de mate van TRAIL receptor expressie beoordeeld en tevens is geanalyseerd of de mate van TRAIL-R1 en TRAIL-R2 expressie geassocieerd kon worden met overleving. De conclusie was dat de mate van expressie van zowel TRAIL-R1 en TRAIL R2 receptoren een onafhankelijke prognostische factor was voor overleving. Beide receptoren kunnen targets zijn voor TRAIL therapie. Echter omdat TRAIL-R2 meer tot expressie wordt gebracht dan TRAIL-R1 lijkt TRAIL-R2 een meer geschikte kandidaat om als target te dienen voor toekomstige TRAIL therapie. 175 In hoofdstuk 4 worden de ontwikkeling, productie en intrinsieke eigenschappen beschreven van een single chain-trail fusie eiwit (scfvc54:strail). Het scfvc54:strail fusie-eiwit is ontworpen om apoptose te induceren door middel van het crosslinken van TRAIL-R2 receptoren wat alleen tot stand kwam na specifieke binding van het scfvc54- :strail fusie-eiwit aan het carcinoom geassocieerde oppervlakte antigeen EGP2 (Epithelial Glycoprotein 2). Analyse van de geproduceerde oplossing met daarin het scfvc54:strail fusie eiwit toonde aan dat het fusie-eiwit geproduceerd kon worden zonder dat fusie-eiwit aggregaten ontstonden. Dit is belangrijk aangezien aangetoond is dat geproduceerde TRAIL aggregaten kunnen leiden tot weefsel toxiciteit. Wanneer EGP2 positieve tumorcellen werden blootgesteld aan het scfvc54:strail, kon apoptose inductie worden geconstateerd, wat aantoonde dat de biologische functionaliteit van het fusie-eiwit behouden bleef na productie. Interessant was het feit dat er een positieve relatie bestond tussen de mate van apoptose inductie door het scfvc54:strail fusie-eiwit en de hoeveelheid TRAIL-R2
receptor crosslinking. De conclusie van dit hoofdstuk was dat het scfvc54:strail fusieeiwit efficiënt bicellulaire en/of multicellulaire apoptose induceert en dat dit op basis is van de specifieke targeting eigenschap van het fusie-eiwit. 176 In hoofdstuk 2 van dit proefschrift is al ingegaan op het feit dat bij de medicamenteuze behandeling van GBM tumoren de manier van toediening van een medicament van belang is voor de kans van slagen van de behandeling. In hoofdstuk 5 evalueerden we de alginaat micro-encapsulatie techniek als methode van toediening. Chinese Hamster Ovary cellen (CHO-K1) werden zodanig gemanipuleerd dat ze het scfv425:strail fusieeiwit konden produceren. Vervolgens werden deze CHO-K1 cellen geëncapsuleerd in een alginaat capsule met een semi-permeabel membraan waardoorheen het geproduceerde scfv425:strail kon worden afgegeven. Door middel van deze specifieke methode werd een constante productie en afgifte van scfv425:strail bewerkstelligd, waarbij een biologische scfv425:strail producerende fabriek werd gecreëerd. De biologische functionaliteit van het scfv425:strail fusie eiwit, na productie, werd in vitro getest. Tevens werd beoordeeld of lege alginaat capsules, die in een muizen brein waren geïmplanteerd, een intracerebrale immunologische reactie zouden opwekken. Het onderzoek toonde aan dat de functionaliteit van het geproduceerde fusie-eiwit in stand bleef en dat de alginaat capsules biocompatibel waren met de muizenhersenen. De volgende stap is om in een dierexperimenteel hersentumor model te evalueren of de alginaat micro-encapsulatie methode met scfv425:strail producerende cellen geschikt is om antitumor effecten te bewerkstelligen. Eerdere publicaties toonden aan dat een nieuw ontwikkeld scfv425:strail fusie-eiwit versterkte apoptose inductie veroorzaakte in kanker cellen. Deze positieve in vitro bevindingen rechtvaardigden een in vivo onderzoek. In hoofdstuk 6 onderzochten we de in vivo effectiviteit van het scfv425:strail fusie-eiwit in een muis hersentumor model. Een muis hersentumor model werd ontwikkeld door SW948 cellen aan te brengen in de hersenen van een SCID muis. Er werd gekozen voor dit model omdat SW948 cellen zeer sensitief waren voor het scfv425:strail fusie-eiwit en intracerebrale implantatie leidde to meer dan 90% graft acceptatie. Door middel van de convection enhanced delivery (CED) methode, met een Alzet osmotische pomp werd het scfv425:strail of een placebo intracerebraal, intratumoraal geïnfundeerd. MRI scans van de muizen hersenen werden voor en na behandeling uitgevoerd ter beoordeling van de tumor grootte. De mate van tumor reductie was een maat voor effectiviteit van het scfv425:strail fusieeiwit. Uiteindelijk kon, binnen het gekozen dierexperimentele model, geen evidente effectiviteit van het fusie-eiwit worden aangetoond. Na analyse van het resultaat kon worden aangetoond dat de totale dosis van het geïnfundeerd fusie-eiwit te laag was om anti-tumor effecten te bewerkstelligen. Nieuwe dierexperimenten, gebruik makend van het CED muis hersentumor model, waarbij de concentratie van het geïnfundeerde fusieeiwit geleidelijk wordt verhoogd, moeten uitwijzen bij welke minimale dosis antitumor effecten worden waargenomen.
Het is gesuggereerd dat een combinatie van bestraling met TRAIL de apoptose inducerende werking van TRAIL kan versterken. In hoofdstuk 7 werd het effect geanalyseerd van een combinatie behandeling van γ-radiotherapie en TRAIL op een A172 glioom cellijn. Hierbij werd zowel de vroeg apoptotische celdood als de clonogene overleving geëvalueerd. Hoewel de combinatie behandeling van bestraling en TRAIL een klein synergistisch effect vertoonde, gemeten met de korte termijn assay, vertaalde dit zich niet in een synergistisch effect gemeten m.b.v. de clonogene overlevingstest. Het combinatie effect gemeten m.b.v. een clonogene overlevingstest toonde geen synergie aan maar slechts additiviteit. Naast de conclusie dat er voor gliomen geen duidelijke synergistisch cel dodend effect ontstaat bij de combinatiebehandeling van bestraling en TRAIL pleiten onze data ook voor een herevaluatie van studies die een synergie hebben waargenomen, tussen deze twee modaliteiten, op basis van korte termijn assays. Het feit dat de mate van celdood, door TRAIL geïnduceerd, binnen de clonogene overlevingstest groter was dan gemeten door de korte termijn assay ondersteund mede ons pleidooi voor herevaluatie. Deze studie toont aan dat er een additief celdodend effect valt te verwachten van de combinatie behandeling van bestraling en TRAIL en er is dus een plaats voor TRAIL binnen de behandeling van patiënten met een GBM. Geconcludeerd kan worden dat TRAIL en TRAIL varianten unieke eigenschappen hebben en daardoor een rol kunnen spelen bij de behandeling van het GBM. Een GBM behandeling met een combinatie van multiple modaliteiten van zowel conventionele als non-conventionele aard geeft de meeste kans op een succesvolle behandeling. TRAIL-combinatie therapie kan wellicht bijdragen aan het overwinnen van chemo-radiotherapeutische resistentie van het GBM en hopelijk de overleving van deze patiëntengroep verlengen. 177