Abstract | Keywords | Export | Availability | Bookmark

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Gerichte behandelingen voor rectumtumoren: moleculaire effecten en predictie van respons. De huidige standaardbehandeling voor gevorderde rectumtumoren bestaat uit chirurgie (totale mesorectale excisie) voorafgegaan door (chemo)radiotherapie. Om deze behandeling verder te optimaliseren is er nood aan nieuwe medicatie die de efficiëntie kan verbeteren zonder de toxiciteit te verhogen. Moleculair gerichte behandelingen werken, in tegenstelling met de klassieke chemotherapeutica, specifiek in op proteïnen die van belang zijn voor de tumorgroei. In deze thesis werd de potentiële rol van twee van deze drugs, namelijk de COX-2 inhibitor celecoxib en de EGFR inhibitor cetuximab, nagegaan in de preoperative behandeling van patiënten met rectumtumoren. Naast de ontwikkeling van nieuwe specifieke antitumorale behandelingen, is er ook een hoge nood aan de identificatie van biomerkers die kunnen voorspellen welke patiënten wel of niet zullen reageren op een specifieke behandeling. Op die manier zouden patiënten met primair resistente tumoren gespaard kunnen worden van de behandelingen waarop ze niet zullen reageren en een alternatieve behandeling aangeboden kunnen worden. Daarom gingen we in deze thesis op zoek naar predictieve en prognostische merkers die de respons en de overleving van de patiënten kunnen voorspellen bij behandeling met de klassieke chemoradiotherapie of een gecombineerde behandeling bestaande uit chemoradiotherapie en celecoxib of cetuximab. In het eerste onderdeel werd het klinische en moleculair effect van de toevoeging van chemotherapie (5-FU) aan de bestralingsbehandeling (45Gy) nagegaan in 95 patiënten geïncludeerd in een gerandomiseerde studie waarbij preoperatieve radiotherapie vergeleken werd met preoperatieve chemoradiotherapie. Daarnaast gingen we op zoek naar predictieve en prognostische merkers in deze patiëntengroep. Op ‘tissue micro arrays’ bestaande uit weefselbiopten van deze patiënten, werden er immunohistochemische kleuringen uitgevoerd voor COX-2, EGFR, Ki67, gekliefde CK18 en werd de aanwezigheid van fibro-inflammatoire veranderingen nagegaan in het resectiestuk. Op het moleculaire niveau zagen we na de combinatiebehandeling met chemoradiotherapie minder proliferatie, minder COX-2 expressie en meer inflammatie in het resectiestuk in vergelijking met patiënten behandeld met enkel radiotherapie, wat suggereert dat de toevoeging van chemotherapie aan de bestralingsbehandeling kan leiden tot een betere respons. De meest beloftevolle eiwitten voor het voorspellen van respons leken gerelateerd te zijn aan inflammatie (IL-6, OPN, fibro-inflammatoire veranderingen), wat het belang van inflammatie voor de respons op behandeling benadrukt. De eerste moleculaire gerichte behandeling die wij onderzochten in combinatie met (chemo)radiotherapie was de COX-2 inhibitor celecoxib. De klinische evaluatie van deze drug in combinatie met chemoradiotherapie werd voorafgegaan door in vitro en in vivo studies om het radiosensitizerend effect van celecoxib te bepalen . In vitro werd er zowel in de COX-2 negatieve als de COX-2 positieve cellijn geen radiosensitizerend effect van celecoxib waargenomen. In vivo daarentegen zagen we een vertraging van de tumorgroei in de muizen behandeld met de combinatiebehandeling in vergelijking met muizen die enkel bestraald werden. Deze bevindingen benadrukken het belang van de tumor micro-omgeving, die niet aanwezig is in vitro, voor de respons op behandeling met celecoxib. Voor de klinische evaluatie van celecoxib in combinatie met chemoradiotherapie werden er 35 patiënten geïncludeerd in een fase II dubbel-blind gerandomiseerde studie waarin patiënten behandeld werden met chemoradiotherapie in combinatie met celecoxib of placebo. Bij deze patiënten werden er bloed- en weefselstalen genomen voor, tijdens en na de behandeling. Het klinisch effect van deze combinatie werd nagegaan door het vergelijken van de tumorrespons op het moment van chirurgie en het optreden van nevenwerkingen in de twee behandelingsgroepen. Daarnaast werd het moleculair effect van celecoxib bestudeerd door het vergelijken van de expressie van COX-2, Ki67, c-CK18, fibro-inflammatoire veranderingen, OPN en IL-6 voor en na behandeling. Ook werd de predictieve en prognostische waarde van deze proteïnen geëvalueerd. De klinische resultaten van deze studie toonden aan dat de combinatie van celecoxib en chemoradiotherapie veilig toegediend kan worden. Patiënten die behandeld werden met de combinatiebehandeling leken een iets betere respons te tonen, hoewel dit effect niet significant was. De expressie van de verschillende proteïnen was niet significant beïnvloed door de toevoeging van celecoxib aan de behandeling. Van de bestudeerde proteïnen bleek enkel IL-6 in staat om de respons op de behandeling te kunnen voorspellen. Aangezien IL-6 zowel de repons van patiënten behandeld met chemoradiotherapie als patiënten behandeld met de combinatiebehandeling kon voorspellen, is het waarschijnlijk dat IL-6 vooral een voorspeller is van de respons op chemoradiotherapie en niet zozeer van celecoxib. Een hoge OPN expressie correleerde met het ontwikkelen van metastasen na de behandeling. In het laatste onderdeel van dit project werd het translationeel onderzoek uitgevoerd van de fase II studie waarin de combinatie van cetuximab met chemoradiotherapie (45Gy + capecitabine) uitgetest werd in patiënten met geavanceerde rectumtumoren. De klinische resultaten van deze studie, waaruit bleek dat patiënten behandeld met de combinatie van chemoradiotherapie en cetuximab een slechtere respons toonden dan de patiënten behandeld met chemoradiotherpie alleen, waren in grote tegenstelling met de veelbelovende resultaten in hoofd- en halskanker met de combinatie van cetuximab en bestraling. Om dit antagonistisch effect beter te kunnen plaatsen, werden er moleculaire analyses (immunohistochemie voor Ki7 en EGFR; ELISA’s voor EGFR liganden, proteomic analyses en cDNA micro-array analyses) uitgevoerd op weefsel- en bloedstalen van deze patiënten genomen voor behandeling, na de eerste dosis cetuximab maar voor chemoradiotherapie en op het moment van chirurgie. De vergelijking van de stalen voor behandeling en na de eerste dosis cetuximab toonden ons een sterke inhibitie van de proliferatie door cetuximab. Daarnaast leidde behandeling met cetuximab tot een inflammatoire reactie en de vrijzetting van verschillende EGFR liganden (TGF-α, amphiregulin). Het sterk inhiberend effect van cetuximab op proliferatie kan een mogelijke verklaring zijn voor het antagonistisch effect van cetuximab en chemotherapie, aangezien chemotherapie vooral inwerkt op prolifererende cellen. Deze resultaten suggereren dat een combinatiebehandeling waarbij cetuximab niet voor of gelijktijdig met chemotherapie toegediend wordt, een betere respons zou kunnen opleveren.Voor het voorspellen van respons en overleving werd de waarde van EGFR expressie, KRAS mutaties en de expressie van EGFR liganden nagegaan. Terwijl EGFR expressie voor de start van de behandeling geen predictieve of prognostische waarde bleek te hebben, correleerde een hogere EGFR expressie na de eerste dosis wel met een betere ziekte-vrije overleving. Hoewel er een trend gezien werd voor een correlatie tussen patiënten met een KRAS mutatie en een slechtere respons, was dit niet significant. De meest beloftevolle biomerker voor het voorspellen van de respons op de gecombineerde behandeling met chemoradiotherapie en cetuximab was in onze patiëntengroep TGF-α, in het bijzonder de expressie van TGF-α na de eerste dosis cetuximab. Uit dit onderzoek kunnen we concluderen dat de toevoeging van chemotherapie aan radiotherapie leidt tot een sterkere daling van proliferatie en stijging van apoptose. De toevoeging van celecoxib aan preoperatieve chemoradiotherapie gaf geen aanleiding tot een verhoogde toxiciteit, zoals aangetoond in de klinische studie, en heeft mogelijks een radiosensitizerend potentieel, zoals gezien in de in vivo studies en in mindere mate in de klinische studie. Onze resultaten suggereren bovendien dat de combinatie van cetuximab met radiotherapie zonder de gelijktijdige behandeling met chemotherapie mogelijks zouden kunnen leiden tot een betere tumorrespons en benadrukken dat deze behandelingscombinatie verder onderzocht dient te worden. Voor het voorspellen van de respons op behandeling, waren de meeste beloftevolle merkers betrokken in inflammatoire pathways. Specifiek voor de combinatiebehandeling met cetuximab leek TGF-α de meest geschikte merker. Verder onderzoek is nodig voor de identificatie van goede biomerkers voor de verschillende behandelingen die gebruikt worden bij patiënten met geavanceerde rectumtumoren. Targeted treatments for rectal cancer: molecular effects and prediction of response . The standard treatment for advanced rectal cancer is total mesorectal excision preceeded by (chemo)radiotherapy. The challenge for further optimization is to increase the efficacy of the treatment without further enhancing the toxicity. Molecular targeted agents, specifically targeting proteins that are of importance for the growth of the tumour, may have the potential to achieve this aim. In this thesis, the potential use and the interaction of the drugs with radiation were studied for two molecular targeted agents: the COX-2 inhibitor celecoxib and the EGFR inhibitor cetuximab. Another major issue in the treatment of rectal cancer is the heterogenous response of the tumours to (chemo)radiation or combined treatment consisting of (chemo)radiation and molecular targeted agents. This poses a considerable clinical dilemma because patients with a priori resistant tumours could be spared exposure to radiation or cytotoxic drugs and could be offered an alternative treatment. Therefore we assessed the use of several proteins as predictive or prognostic markers for treatment with chemoradation alone or chemoradiotherapy with celecoxib or cetuximab. In a first clinical study we assessed the role of the addition of chemotherapy (5-FU) to the radiation treatment (45Gy) on the clinical and molecular level in 95 patients included in a randomized study comparing preoperative radiotherapy with preoperative chemoradiotherapy. We also aimed to identify potential predictive and/or prognostic markers in this patient group. To adresss these issues, tissue micro-arrays from biopsies of these patients were stained for COX-2, EGFR, Ki67, cleaved cytokeratin 18 and the presence of fibro-inflammatory changes in the resection specimen was assessed. From these results we could conclude that the addition of chemotherapy to the radiation treatment was beneficial on the molecular level as assessed by the lower proliferation rate (Ki67), lower COX-2 expression and more inflammation in the resection specimen. To predict the response to (chemo)radiation, the mechanism that seem to be of most interest was inflammation (IL-6, OPN, fibro-inflammatory changes). The first molecular targeted drug that was evaluated in combination with chemoradiation in this work was the COX-2 inhibitor celecoxib. Before the clinical evaluation of this drug in combination with chemoradiation, we assessed the radiosensitizing effect of celecoxib in vitro and in vivo. In vitro, no radiosensitizing effect was seen in either the COX-2 negative (HCT1116) or the COX-2 positive cell line (HCA7). In contrast, treatment of mice injected with the same COX-2 negative cell line, showed a significant growth delay when compared to radiation alone, underlining the importance of the tumour micro-environment. For the clinical evaluation of celecoxib in combination with chemoradiation, we included 35 patients in a phase II double blind randomized study where patients were treated with chemoradiation (45 Gy + 5-FU) combined with either celecoxib or placebo. Of these patients, tissue and blood samples taken before, during and after treatment were available. We examined the clinical effect of the addition of celecoxib to the treatment by comparing tumour response at moment of surgery and by scoring the occurrence of side effects. We also assessed the molecular effect by comparing expression of COX-2, Ki67, cleaved cytokeratin 18, fibro-inflammatory changes, osteopontin and IL-6 before and after treatment and we evaluated the potential role of the above mentioned proteins as predictive or prognostic markers. The analysis of the clinical (side) effects of the drug taught us that celecoxib can be safely combined with chemoradiation. Moreover, a trend towards a better pathological response was seen in patient treated with the combination. On the molecular level, no significant difference was seen in the expression of the different proteins (COX-2, Ki67, cleaved cytokeratin 18, fibro-inflammatory changes, osteopontin and IL-6). As predictive factors only IL-6 seemed to have some value in predicting response to treatment, although not specifically for patients treated with celecoxib. The expression of OPN seems to be able to predict which patients will develop metastases after treatment with chemoradiation. The last part of this project handled on the translational research of the clinical trial in which the EGFR inhibitor cetuximab was combined with chemoradiation. In this study 41 patients were treated with a combination of chemoradiation (45 Gy + capecitabine) and cetuximab. The clinical results of this trial were in sharp contrast with the good clinical results obtained in head and neck cancer, where cetuximab was combined with radiation, showing a worse response in patient treated with chemoradiation and cetuximab in comparison with the standard treatment. To better understand this antagonistic effect, we performed molecular analyses (immunohistochemistry for Ki67, EGFR; ELISA’s for EGFR ligands; proteomics analyses and cDNA micro-array analyses) on the tissue and blood samples of these patients taken before treatment, after the first loading dose but before chemoradiation and at moment of surgery. The comparison of samples taken before treatment and after the first loading dose of cetuximab showed us the strong inhibiting effect of cetuximab monotherapy on proliferation as well as the activation of an inflammatory reaction and the release of some EGFR ligands (TGF-α, amphiregulin). The strong inhibition of proliferation caused by cetuximab treatment might be the reason for the antagonistic effect with chemotherapy since chemotherapy is attacking the proliferating cells. Possibly, a combination treatment where chemotherapy is not given simultaneously with cetuximab might offer better chances for the treatment of patients with rectal cancer. For the prediction of response/survival to/after treatment with chemoradiation and cetuximab, we assessed the usefulness of EGFR expression, KRAS mutations and the expression of EGFR ligands. While pretreatment EGFR expression did not correlate with outcome at all, patients with an upregulation of EGFR after the first cetuximab dose did seem to have a longer disease free survival. KRAS mutations were not significantly correlated with a worse response, although a trend was seen. The biomarker that seemed most valuable in our patient group was the EGFR ligand TGF-α, especially the increase of TGF-α after the first dose of cetuximab. In conclusion, this work showed that the addition of chemotherapy to the preoperative radiation regimen has a beneficial effect on the molecular level with less proliferation and more apoptosis after treatment. Celecoxib can be safely combined with chemoradiaton, as evidenced by the results of our phase II study, and may have some radiosenstizing potential, as shown by our in vivo results and the clinical study. Cetuximab might still prove to be usefull in the preoperative treatment of rectal cancer when combined with radiation alone and needs to be investigated further. For the prediction of response to treatment, the most valuable markers were involved in inflammation and specifically for the combined treatment of chemoradiation with cetuximab, TGF-α seems most promising. Further research is needed to optimize the treatment of patients with rectal cancer and to identify usefull predictive markers for each combined modality treatment.