Maart 2018 Nr. 26: Unieke kansen – baanbrekende ideeën

Onderzoeksdeelnemer tijdens een leukaferese-sessie, copyright: ErasmusMC

In het bloed meegevoerde tumorcellen bruikbaar als vloeibaar biopt

Unieke kansen: baanbrekende ideeën

Dr. Martijn Lolkema is oncoloog bij het ErasmusMC. Hij richt zich o.a. op verbeterde planning van medicijncombinaties en genetische indeling van prostaatkanker-patiënten. Voor een nieuw onderzoeksvoorstel heeft hij steunbetuiging gezocht en gekregen van PKS. De subsidieaanvraag werd gehonoreerd, en het onderzoek is juni 2016 gestart. De Nieuws-redactie wil graag weten wat dit onderzoeksproject inhoudt en of er al voorlopige resultaten zijn.

Dr. Martijn Lolkema

Levende cellen kweken

Onderzoek aan levende tumorcellen afkomstig van elke individuele patiënt zou kankerbehandeling op z´n kop kunnen zetten. Iedereen heeft op TV wel eens microbiologen in de weer gezien met glazen schaaltjes waarin op een voedingsbodem bacteriën worden gekweekt. Als er veel bacteriën gekweekt zijn, kun je aan die glazen schaaltjes verschillende (potentiële) antibiotica toevoegen. En daarna kun je bekijken welke van die stoffen het meest effectief is tegen een specifieke bacterie.

Iets dergelijks wordt nu geprobeerd met kankercellen. Kankercellen – verschillend per individuele patiënt – kunnen in glazen schaaltjes met voedingsbodem gekweekt worden. Als de groei aanslaat, ontstaat een drie-dimensionaal klompje functionerende cellen. Vervolgens kun je daar potentieel tumordodende stoffen op los laten.

Zo kun je zien of die specifieke tumor, althans in het glazen schaaltje, gevoelig is voor een bepaalde stof, of een combinatie van stoffen.

Deze klompjes levende cellen in glazen schaaltjes met voedingsbodem (´in vitro´) hebben misschien een beter voorspellende waarde dan de tot nu toe zoveel gebruikte dierproeven. Een gestreste labmuis blijkt in de medische praktijk toch geen mens. Bovendien weten we inmiddels dat ´prostaatkanker´ een verzamelnaam is voor veel verschillende subtypen. Onderzoek aan de klompjes levende cellen afkomstig van een patiënt kan hopelijk in de toekomst informatie opleveren over de meest kansrijke behandelstrategie voor juist die patiënt.

Er kan dan onderscheid gemaakt worden tussen de ene patiënt met prostaatkanker en een andere. De één krijgt een bepaalde chemokuur – ondanks de belasting – wel, want effectief, en de ander niet. Voor die man moet een andere therapie gevonden worden.

Revolutionair

´Klompje cellen´: het klinkt zo simpel. Maar het gaat hier om een revolutionaire ontwikkeling in biomedisch onderzoek. De officiële benaming is 3D organoid culture. Een organoïde is een heel klein, functionerend mini-orgaan dat 3-dimensionaal in een weefselkweek kan groeien. Eenmaal voldoende opgekweekt kan er steeds wat van afgenomen worden om onderzocht te worden.

Moeilijk

Maar hoe komen levende tumorcellen uit een patiënt in een glazen schaaltje? In theorie neem je een biopt uit de primaire tumor (de tumor in het orgaan waar de ziekte begonnen is), of een biopt uit een uitzaaiing. Vervolgens laat je deze met biopsie verkregen tumorcellen onder speciale omstandigheden groeien in een kweekbakje (een glazen schaaltje met voedingsbodem). Van veel kankersoorten liggen al zogenaamde biobanken vol met 3D-weefselkweken afkomstig van biopten uit patiënten.

In de praktijk blijkt dit bij prostaatkanker erg moeilijk. Prostaatkankercellen zijn heel moeilijk buiten het lichaam te kweken. Dit geldt zowel voor cellen uit de primaire tumor in de prostaat als voor cellen uit uitzaaiingen.

Zo geeft een biopt uit de tumor in de prostaat in kweekmedium heel weinig tumor-organoïden en heel veel normale-prostaat-organoïden. De normale prostaatcellen overwoekeren als het ware de prostaatkankercellen. Daar kan geen bruikbaar onderzoek mee gedaan worden. Maar ook uitzaaiingen van prostaatkanker leveren tot nu toe vaak onvoldoende bruikbaar materiaal op.

De uitzaaiingen zitten zoals bekend vaak in de botten. Het blijkt nu nog lastig om met de CT-scan gestuurde botbiopsie voldoende tumorcellen voor kweek af te nemen. Inmiddels is bekend dat er bij kankerpatiënten losse tumorcellen in het bloed kunnen zitten, afgekort tot CTCs: circulating tumor cells. Vermoedelijk zitten er meer losse tumorcellen in het bloed naarmate er meer uitzaaiingen zijn, maar de concentratie is ook dan heel erg laag.

Ook bij prostaatkanker belanden na verloop van tijd losse kankercellen in het bloed. Vanuit het bloed kunnen ze andere organen binnendringen en ontstaan er uitzaaiingen. Zou je misschien met die CTCs representatief prostaattumorweefsel kunnen kweken? Onderzoekswerk aan de winkel!

Unieke kansen

Om een drie-dimensionale, functionerende, organoïde weefselkweek te verkrijgen moet je met voldoende cellen starten, minimaal 300. Eén van de vele problemen hierbij is de zeer lage concentratie van die CTCs in het bloed. In de wetenschappelijke literatuur maken onderzoekers aan prostaatkanker een indeling in twee categorieën: zeer laag (minder dan vijf CTCs per testbuisje met 7,5 ml bloed) en laag (vijf of meer CTCs per testbuisje). Een buisje bloed afnemen is dus geen optie, want dan oogst je veel te weinig van die cellen.

Zou je dan misschien die CTCs uit al het bloed van een patiënt kunnen halen? Er is immers een medische techniek waarbij bloed door een apparaat stroomt, een bepaalde component afgescheiden wordt en de rest weer de bloedbaan in gaat. De algemene term is aferese.

Als je bijvoorbeeld rode bloedcellen (erythrocyten) uit het bloed wilt halen, spreek je van erythrocytaferese; bij het afscheiden van witte bloedcellen (leukocyten), spreek je van leukaferese. Ook wanneer gezonde mensen een bepaalde component doneren, gaat dat met aferese.

Bij leukaferese worden niet alleen witte bloedcellen afgescheiden, maar indien aanwezig ook een deel van de CTCs. Het zou natuurlijk fantastisch zijn, wanneer met leukaferese voldoende CTCs verkregen kunnen worden om daarmee organoïde weefselkweek te kunnen laten groeien.

Dr. Martijn Lolkema en collega´s hebben daarom een onderzoeksplan opgesteld:

• Selecteer mannen met uitgezaaide castratie-resistente prostaatkanker en met vijf of meer circulerende tumorcellen per testbuisje van 7,5 ml bloed.

• Vraag of ze leukaferese (afgekort: LA) willen ondergaan.

• Onderzoek of en hoe voldoende CTCs uit het aldus verkregen LA-materiaal geïsoleerd kunnen worden.

• Bewaar de helft van de CTCs voor toekomstige experimenten; verzamel de andere helft in glazen schaaltjes met voedingsbodem.

• Onderzoek of de verkregen CTCs uit kunnen groeien tot prostaatkankerorganoïden.

• Test de reactie van die organoïden op anti-hormonale medicijnen, en op verschillende chemotherapieën.

• Vergelijk die resultaten met de respons bij de betreffende patiënt.

Het plan is getiteld: ‘Towards liquid biopsies through leukapheresis: organoid culture of circulating tumor cells from blood of prostate cancer patiënts; is it feasible?’

Uiteraard heeft PKS dit onderzoeksvoorstel van harte aanbevolen bij het KWF en Alpe D´HuZes. Die financieren o.a. onderzoek in de categorie ´Unieke Kansen: baanbrekende ideeën´. Het voorstel werd gehonoreerd en in mei 2016 ging het onderzoek van start.

Uitdagingen …..

Het onderzoek blijkt nog uitdagender dan tevoren gedacht. Er zijn tot nu toe ruim 20 mannen met mCRPC (metastized Castration Resistant Prostate Cancer) geselecteerd voor deelname. Een ruime meerderheid blijkt echter heel weinig circulerende tumorcellen in het bloed te hebben: minder dan vijf CTCs per testbuisje van 7,5 ml bloed. ‘Dit is relatief goed nieuws voor al die patiënten, want hoe lager het aantal CTCs, des te beter de vooruitzichten, maar dat is een te lage concentratie voor dit type onderzoek’, aldus Martijn Lolkema. Een minderheid van de mannen heeft dus wel vijf of meer CTCs per testbuisje. Die mannen zijn eenmalig aangesloten op het leukaferese-apparaat.

Het aldus verkregen materiaal bevat leukocyten en CTCs. Er is wat gesleuteld aan de instellingen van het leukafereseapparaat om de opbrengst aan CTCs te verhogen. ‘Die techniek hebben we nu goed onder de knie. Maar let op: we verkrijgen één circulerende tumorcel op ongeveer 10 miljoen witte bloedcellen. Dat is dus heel erg verdund. Het is echt een uitdaging gebleken om vervolgens de concentratie CTCs voldoende te verhogen. We zitten inmiddels op een verrijkingsfactor van 10.000, m.a.w. een verhouding van ongeveer één CTC op 1000 witte bloedcellen.’ Die verrijking van 10.000 x is een prestatie van formaat, maar de resulterende CTC-concentratie is slecht 0,1%. De techniek om de opbrengst en concentratie aan CTCs te optimaliseren is dus nog volop in onderzoek.

En hoe zit het met de uitgroei van CTCs naar organoïde? Ook dat is een uitdaging.

‘Er zijn voor prostaatkanker weinig modelsystemen in het lab’, zegt Martijn Lolkema, en hij legt uit: ‘Prostaatkankercellen groeien moeilijk buiten het lichaam. Dat lijkt misschien contra-intuïtief, want je denkt: kanker groeit snel, maar bij prostaatkanker in een kweekbakje is dat niet zo. Voor veel kankervormen weten we inmiddels de samenstelling van het kweekmedium dat nodig is om de kankercellen in het glazen schaaltje te laten groeien. Zo kunnen we nu snel een organoïde kweken uit bijvoorbeeld een dikke-darmtumor.

Maar prostaatkanker is nog een uitzondering. Welke stof(fen) hebben prostaatkankercellen nodig om in een kweekbakje in leven te blijven en te kunnen groeien? De, zeg maar, ´pokon´ voor prostaatkankercellen weten we nu nog niet. Daar wordt, ook elders, nog onderzoek naar gedaan.’ Ook bij dit onderzoeksproject is het met het verrijkte leukaferese-materiaal (1 CTC op ongeveer 1000 witte bloedcellen), tot nog toe niet gelukt om een organoïde cultuur te kweken.

….. maar ook bruikbare resultaten

Dergelijke tegenvallers doen zich veel vaker voor bij wetenschappelijke onderzoek. De onderzoeksgroep blijft daarom druk bezig om te achterhalen hoe de gestelde, ambitieuze onderzoeksdoelen wel gerealiseerd kunnen worden. En om met de bevindingen tot nu toe nieuwe wegen in te slaan.

‘Wat we in ieder geval wel kunnen constateren is dat het verzamelen van CTCs met leukaferese voor de patiënt helemaal niet belastend is. Je krijgt in elke arm een naald (veel dunner dan de nierdialyse-naald voor diegenen die dat wel eens hebben gezien), en moet een paar uur in een stoel zitten. We hebben weliswaar nog niet de gehoopte organoïden kunnen kweken, maar we hebben wel heel veel CTCs verzameld.

We zijn nu plannen aan het ontwikkelen om die CTCs voor verder onderzoek te gebruiken. Het verrijkte leukaferesemateriaal kun je beschouwen als een ´liquid biopt´ waarmee we eigenschappen van de tumor kunnen bepalen’, concludeert Martijn Lolkema.

De redactie van Nieuws wenst Dr. Lolkema en collega’s veel succes bij dit vervolgonderzoek.

Het leukaferese-apparaat waarmee CTCs uit bloed gehaald worden. copyright: EramusMC

Korte filmpjes ter toelichting
https://www.youtube.com/watch?v=nyq1Zo6c_2Y
¨CTC Enumeration using the CellSearch System¨; 2 minuten; Engels
https://www.youtube.com/watch?v=2CnkYtl99Cc
¨Lab grown organoids¨; 6 minuten; Engels