De centrale rol van exosomes bij kolonisatie van de lever en voor de selectie van effectieve geneesmiddelen tegen uitgezaaide alvleesklierkanker.

Ondanks de vele inspanningen in de kliniek en onderzoekslaboratoria, zijn de therapeutische opties voor de behandeling van pancreas ductaal adenocarcinoma (PDAC) nog steeds beperkt waardoor het 5-jaars overlevingspercentage lager dan 9% is. Deze slechte klinische prognose van PDAC heeft meerdere oorzaken zoals het gebrek aan methoden voor screening/vroege detectie en het feit dat deze tumor al vroeg tijdens de ontwikkeling uitzaait naar andere organen. Hierdoor hebben de meeste patiënten al uitzaaiingen naar de lever op het moment dat de tumor ontdekt wordt. Het is dus noodzakelijk om nieuwe strategieën te ontwikkelen om de groei van deze uitzaaiingen te stoppen, te voorkomen dat er nieuwe uitzaaiingen ontstaan en om de leverfunctie te behouden.

Extracellulaire vesicles (EV), blaasjes van ~50-200 nm die door cellen worden uitgescheiden in de lichaamsvloeistoffen, werden in het verleden voornamelijk beschouwd als containers voor het afvoeren van afval uit de cel. Recente studies hebben echter aangetoond dat EVs ook een belangrijke rol hebben in cellulaire communicatie, zowel tussen tumorcellen onderling als tussen cellen in de directe nabijheid van deze tumorcellen, het tumor microenvironment (TME). Opvallend is dat EVs afkomstig van PDAC-cellen noodzakelijk zijn voor de ontwikkeling van ‘metastatic niches’ in de lever. In eerdere experimenten hebben we aangetoond dat EVs de vorming van metastases ondersteunen door communicatie met zowel de uitgezaaide tumorcellen maar ook door communicatie met de cellen in het tumor microenvironment.

Door gebruik te maken van weefselbiopten en vloeibare (liquid) biopsies en het gebruik van nieuwe preklinische modellen die de heterogeniteit en metastase vorming van PDAC nabootsen zijn we in staat geweest om vast te stellen dat EVs bepakt met AXL  belangrijke modulatoren zijn voor de metastase capaciteit van PDAC. Ook hebben we kunnen aantonen dat tumoren in staat zijn om de cellen van het microenvironment te kunnen aanzetten tot de productie van TGF-β, wat een belangrijke factor is voor het ontstaan en progressie van tumorgroei. 

Ondanks dat alleen een verhoogde AXL-expressie onvoldoende is om tumoren te ontwikkelen, is de aanwezigheid van AXL wel gerelateerd aan resistentie voor chemotherapie, immuun suppressie en uitzaaiingen bij PDAC en in het algemeen een minder goede prognose voor de patiënt. Wanneer AXL-activiteit wordt verminderd door knockdown of specifieke behandeling gericht tegen AXL leidt dit tot verminderde migratie van tumorcellen en een remming van ziekteprogressie. In preklinische PDAC-modellen waren de positieve effecten van behandeling gericht tegen AXL zelfs vergelijkbaar met de effecten die verkregen worden met de huidige standaard behandelingsmethoden. 

Het is bekend dat tyrosine kinase receptoren AXL/TYRO3/MER en hun liganden (protein-S/GAS6) betrokken zijn bij 1) de opname van virussen en microparticles en 2) bij het ontstaan van metastases. Op basis hiervan komen we tot een alternatieve verklaring voor de gunstige effecten van anti-AXL behandeling namelijk dat bij de vorming van metastases, EVs bepakt met AXL een cruciale rol spelen. Onderzoek naar de specifieke rol van AXL in de EVs van respectievelijk tumorcellen en de cellen van TME bij de vorming van metastases zullen mogelijkheden bieden voor de ontwikkeling van betere behandelmethoden. 

Verder onderzoek is ook noodzakelijk om de exacte ‘downstream signalling’ van EV-AXL te achterhalen en op grond hiervan goed onderbouwde combinatie therapieën te ontwerpen om de groei van lever metastases te kunnen remmen. 

Doel

In dit project zullen we bepalen wat de rol is van EVs in communicatie tussen PDAC-cellen en tussen cellen in het tumormicroenvironment. Het uiteindelijke doel is nieuwe therapeutische strategieën voor de behandeling van PDAC-patiënten te ontwikkelen door effectieve verstoring van deze communicatie.

Onderzoeksplan

Voor dit project maken we gebruik van de gecombineerde expertise, op het gebied van PDAC, farmacologie, TME en EV, van onderzoeksgroepen waarbij de modernste innovatieve technologieën, proefdiermodellen en methoden voor moleculaire en klinische profilering zullen worden gedeeld. 

Het project is onderverdeeld in 3 onafhankelijke werkpakketten (WPs). Deze WPs zijn zodanig met elkaar verweven dat de resultaten van elk WP gebruikt kunnen worden om het onderzoek van de andere WPs te sturen [Fig.1-2]. De eerste focus van deze studie wordt gedreven door onze nieuwe data waaruit naar voren lijkt te komen dat EVs met AXL betrokken zijn bij de progressie van PDAC-metastases. 

WP1. Biologische rol van EVs in lever kolonisatie van ex vivo organotypische modellen van plakjes leverweefsel en samengestelde cell-kweek culturen van metastaserende PDAC-cellen en TME-cellen (waaronder parenchymale hepatocyten, Kupffer cellen en lever stellaatcellen). De rol van EVs zal worden vastgesteld door EV, afkomstig van PDAC-cellen en/of TME-cellen, aan de weefsel modellen toe te voegen en vervolgens te identificeren welke tumor- en TME-cellen deze EVs opnemen, wat hun invloed is op metastase progressie. De verkregen weefsels zullen worden gebruikt voor ‘-omics’ analyses om eiwitten in de EVs te identificeren die de groei van metastases bevorderen, zoals TGF-β. Vergelijkbare experiment zullen worden uitgevoerd nadat via CRISPR-Cas9 is gebruikt voor de knock-out van AXL en nieuw geïdentificeerde eiwitten. 

WP2. Met behulp van in vivo modellen, waaronder modellen met het CreLoxP/mTmG reporter systeem, zullen farmacologische combinatie therapieën worden getest die gericht zijn tegen AXL en nieuwe kandidaat eiwitten. Hieruit zal de therapeutische waarde van de geïdentificeerde kandidaat eiwitten en innovatieve farmacologische strategieën blijken op het remmen van de metastase groei.

WP3. De voorspellende waarde van de meest veelbelovende geïdentificeerde kandidaat eiwitten die in WP1/WP2 gevonden zijn zullen worden gevalideerd in longitudinale datasets van monsters afkomstig uit de weefsel- en liquid biopsies. De focus zal liggen op kandidaat eiwitten die gebruikt kunnen worden als nieuwe biomarkers om tumor progressie van lever metastases te kunnen vaststellen en die in toekomstige klinische trials gebruikt kunnen worden voor de monitoring van de hierboven gemelde nieuwe therapeutische strategieën en om de behandeling van patiënten die behandeld worden met conventionele chemotherapie te kunnen verbeteren. 

Verwachte uitkomst

Onze studies zullen nieuwe inzichten verschaffen in de biologie voor het ontstaan van uitzaaiingen in PDAC, met een nadruk op de rol van EVs in dit proces. 

De moleculaire onderbouwing van dit principe zal worden gebruikt voor de ontwikkeling van nieuwe, gepersonaliseerde therapieën voor de behandeling van PDAC-patiënten