Doorbraak in voorspelbare werking Temozolomide (TMZ) bij hersentumor patiënten
Medicijnscreen op patiënt-afkomstige tumorcellen voorspelt de respons op temozolomide bij glioblastoompatiënten en identificeert potentiële biomarkers
Martine Lamfers, Afd Neurochirurgie, Erasmus MC, Rotterdam
In de afgelopen 5 decennia zijn grote inspanningen geleverd voor de ontwikkeling van effectieve behandelingen tegen een ernstige vorm van hersenkanker genaamd glioblastoom (GBM). Hoewel voor vele medicijnen veelbelovende preklinische resultaten zijn behaald, hebben deze tot dusver niet geleid tot betere resultaten voor patiënten. Dit komt deels doordat eerdere onderzoeken met tumor celmodellen werkten die niet goed overeenkwamen met de eigenschappen van deze tumoren in patiënten. Een andere reden is dat er geprobeerd is één enkele behandeling te vinden die voor alle patiënten werkt. Echter, meerdere grootschalige GBM-karakteriseringsstudies hebben aangetoond dat deze tumoren op moleculair niveau juist heel verschillend zijn van patiënt tot patiënt, en dus waarschijnlijk ook heel verschillend reageren op therapie. Klinisch relevante celmodellen die deze variabiliteit wel vertegenwoordigen kunnen een hulpmiddel bieden om onderscheid te kunnen maken tussen tumoren die wel en die niet gevoelig zijn voor een bepaalde/specifieke behandeling.
In deze studie is gekeken naar een aanpak waarbij het tumorweefsel van patiënten in het lab onder specifieke omstandigheden in leven wordt gehouden. Daarmee werd ontdekt dat cellen die uit deze tumoren komen, in kweekbakjes (in vitro) kunnen blijven groeien en ons belangrijke informatie kunnen geven over eigenschappen van de tumor en hoe deze reageert op een bepaalde behandeling. Dergelijke kweken staan bekend als glioom stamachtige cellen (GSC’s), tumorneurosferen of tumorganoïden.
Op basis van deze GSC-kweek techniek, is nu een medicijnscreen opgezet waarmee een snelle en eenvoudige beoordeling van tumorgevoeligheid voor een bepaalde behandeling kan plaatsvinden. In vitro celkweek haalt echter GBM-cellen weg uit hun natuurlijke omgeving in het brein, en het wordt steeds duidelijker dat interacties met de lokale omgeving bijdragen aan de groei en overleving van GBM. Het was dan ook onbekend in hoeverre een in vitro medicijnscreen op geïsoleerde GSC’s de klinische werkzaamheid van een anti-kanker medicijn kan voorspellen en uiteindelijk de identificatie van succesvolle nieuwe behandelopties kan ondersteunen.
Om dit te onderzoeken, hebben we eerst de moleculaire overeenkomsten en verschillen tussen GBM-weefsels en afgeleide GSC-kweken in kaart gebracht. Tumor DNA- en RNA-sequenties vertoonden een sterke gelijkenis met overeenkomstige GSC-kweken, maar, zoals verwacht, werd verlies van neuronale en immuuninteracties waargenomen met de transitie van de tumor naar het kweekbakje. Desondanks werd de mate van expressie van GBM kenmerkende genen over het algemeen goed behouden. Dit geeft aan dat de GSC-kweken de patiënt-specifieke tumorkenmerken, die de respons op een behandeling kunnen beïnvloeden, netjes vertegenwoordigen.
Om de voorspellende kracht van de screen te testen, hebben we een analyse uitgevoerd op de respons van patiënten alsmede hun afgeleide GSC kweken op temozolomide (TMZ), de standaard chemotherapie voor GBM-patiënten. Gevoeligheid voor TMZ werd bepaald op een panel van 66 GSC-kweken. We correleerden drie verschillende TMZ-respons uitkomstmaten met de klinische uitkomst (overleving) van patiënten die het standaard behandelschema ontvingen. Uitkomsten werden ook vergeleken met de gevestigde biomarker voor TMZ-respons, de MGMT-promotor methylatie status. Onze resultaten geven aan dat in vitro TMZ-respons, met name % effect bij een concentratie van 100 µM, een betere voorspelling van behandelrespons bij patiënten gaf dan de MGMT status. We ontdekten niet alleen wie goed reageerde op de behandeling en wie niet, maar ook een groep met een tussenliggende respons werd geïdentificeerd, wat een aanzienlijke verbetering biedt ten opzichte van de binaire classificatie door MGMT-promotor-methylatie analyse.
Door zowel de genetische informatie van de tumoren als van de gekweekte GSC’s te bestuderen, konden ook genen en ‘pathways’ worden geïdentificeerd die te maken hebben met respons op TMZ. De 121 genen, waaronder MGMT, die werden gevonden waren voornamelijk gelinkt aan eerder geïdentificeerde pathways betrokken bij TMZ-resistentie, zoals DNA-reparatie en controle op celdeling. Validatie van de geïdentificeerde genen in 2 aanvullende datasets van GBM-patiënten (TCGA en GLIOTRAIN) bevestigde dat 21 van de 121 genen inderdaad significant gecorreleerd zijn met de overleving in TMZ behandelde patiënten. Medicijntests op patiënt-afkomstige GSC kweken kunnen dus klinisch relevante biomarkers voor respons identificeren.
Al met al geeft onze studie steun aan het idee om functionele medicijntests uit te voeren op gekweekte GBM-cellen die afkomstig zijn van patiënten om daarmee te voorspellen of TMZ-behandeling zinvol is. Onze resultaten suggereren tevens dat dit model ook kan dienen om effectieve nieuwe therapieën te ontwikkelen die specifiek gericht zijn op subtypes van GBM. In parallel kunnen daarmee ook respons-geassocieerde biomarkers gevonden worden. Een platform dat de gevoeligheid van individuele tumoren voor medicijnen kan voorspellen, kan ook bijdragen aan het ontwikkelen van een toekomstige persoonlijke behandeling voor GBM-patiënten.
Maar voordat deze aanpak grootschalig kan worden toegepast, is verder onderzoek nodig. Een aanvullende studie in patiënten moet worden uitgevoerd om de bevindingen van deze studie te bevestigen. Ook is het belangrijk dat andere laboratoria de voorspellende waarde van deze test bevestigen. Daarnaast is het van belang dat er aanvullende (al dan niet bestaande) medicijnen worden gevonden die een alternatief voor TMZ kunnen bieden. Wanneer succesvol, is deze benadering een opstap naar een op maat behandeling voor patiënten met deze vorm van hersenkanker.