Ontwikkelen en karakteriseren van een muizenmodel voor de zeldzame kindertumor neuroblastoom

Probleem
Patiënten met hoog-risico neuroblastoom hebben een slechte overlevingskans. Na 5 jaar is minder dan de helft van de patiënten nog in leven, ondanks een zwaar behandelingstraject. Immunotherapie is een veelbelovende nieuwe behandeling van kanker, die in sommige patiënten tot langdurige genezing heeft geleid. Bij kinderen met neuroblastoom is dergelijke therapie helaas nog niet effectief genoeg. Immunotherapie met een antilichaam tegen GD2 heeft enige verbetering in de overleving opgeleverd, maar deze therapie heeft veel bijwerkingen en bovendien komt de ziekte in 30% van de behandelde patiënten weer terug.
Resultaten van immunotherapie bij volwassenen met vaste tumoren geven aanleiding om te onderzoeken hoe immunotherapie met meer succes toegepast kan worden bij kinderkankers. Het ligt hierbij voor de hand om T cel immuniteit tegen neuroblastoom te versterken, bijvoorbeeld door adoptieve T cel-therapie (ACT), waarbij patiënten T cellen krijgen toegediend, die gericht zijn tegen hun tumoren. Zo zijn grote successen zijn geboekt bij de behandeling van bepaalde vormen van leukemie met T cellen waarin een tumor-specifieke chimere antigeen receptor (CAR) tot expressie komt. Hoewel CAR T cellen ook neuroblastoma tumoren konden elimineren in muizen, vallen resultaten bij behandeling van neuroblastoma patiënten tegen. Waarom dergelijke therapie niet goed werkt in patiënten is niet duidelijk. Er zijn verschillende mogelijke verklaringen, waaronder het (on)vermogen van de T cellen om de tumoren te infiltreren, de aanwezigheid in de tumoren van tolerogene celtypes en metabole factoren alsmede T cel-intrinsiek (epi)genetisch verlies van functie (soms “uitputting” genoemd). Afhankelijk van het mechanisme kunnen verschillende oplossingen worden bedacht en onderzocht. Veel wordt verwacht van combinatie-therapieën, waarbij immunotherapie bijvoorbeeld wordt toegepast samen met chemotherapie. Welke combinaties het beste werken en hoe deze het beste op elkaar kunnen worden afgesteld is nog niet duidelijk. Het is niet mogelijk om op basis van louter theoretische argumenten te voorspellen welke van de vele mogelijke therapeutische aanpakken de beste is. Hiervoor zijn test systemen onontbeerlijk. Muizenproeven hebben geleid tot grote inzichten in de werking van het immuunsysteem in- en tegen tumoren, maar directe vertaling naar mensen is niet mogelijk, omdat er grote verschillen bestaan in het immuunsysteem tussen muizen en mensen. Onderzoek naar de werking van het humane immuunsysteem vindt veelal plaats in vitro, in weefselkweek. Het wordt echter steeds duidelijker dat uitkomsten van dit soort onderzoek vaak niet goed voorspellen wat uiteindelijk in het lichaam zal werken. Zo worden T cellen sterk beïnvloed door diverse andere immuunceltypes en door de metabole omstandigheden in de tumor, maar deze complexiteit wordt niet benaderd door in vitro proeven. Effectiviteit van nieuwe therapieën moet tenslotte in preklinische modellen worden aangetoond, voordat een klinische trial wordt overwogen. Er bestaat dus grote behoefte aan een in vivo testsysteem waarin humane immuunresponsen tegen kanker kunnen worden onderzocht in de metabole en cellulaire omgeving van de tumor.
Oplossing
We willen een testsysteem ontwikkelen waarin immuun-therapeutische modaliteiten voor behandeling van neuroblastoma kunnen worden onderzocht en verbeterd. Hiertoe ontwikkelen wij een gehumaniseerd muis-model waarin humane immuniteit kan worden bestudeerd in de tumoromgeving, en waarin de metabole omstandigheden en de cellulaire complexiteit van echte neuroblastomen worden benaderd. In eerdere gehumaniseerde modellen kwamen belangrijke immuun-celtypes niet (goed) tot ontwikkeling, hetgeen de waarde van deze modellen verminderde. Door genetische modificaties, waarbij diverse humane immuunrespons-genen zijn ingebracht in het muizengenoom, is een sterk verbeterd model beschikbaar gekomen. In deze zogenaamde MISTRG muizen komen naast lymfocyten ook andere belangrijke cellen, zoals myeloide en NK cellen tot ontwikkeling. Preliminaire studies laten zien dat melanomen en kleincellig longkanker tumoren, die in deze muizen worden geïmplanteerd, bloedvaten vormen en veel groter groeien dan in traditionele gehumaniseerde muizenmodellen. Bovendien laten onze resultaten zien dat dergelijke tumoren geïnfiltreerd worden door een divers scala aan immuun-cellen, waaronder verschillende typen DC, macrofagen, neutrofiele granulocyten, NK, B, en T cellen. T cellen in deze muizen geven blijk van herkenning van de tumor, maar vernietigen deze niet. Dit wordt waarschijnlijk verklaard door de aanwezigheid van tolerogene cellen (zoals regulatoire T cellen, type 2 macrofagen en myeloid derived suppressor cells) en doordat de T cellen kenmerkende verschijnselen van “uitputting” vertonen, die in de patiënten ook gezien worden. De cellulaire samenstelling van het immuuncel-infiltraat, het fenotype van de T cellen en hun expressie van regulatoren van het uitputtingsprogramma verschillen per tumor en lijken sterk op die gevonden in primaire tumoren van patiënten. Deze resultaten suggereren dat het MISTRG model geschikt is om humane immuunresponsen in neuroblastoma te bestuderen.
Studieopzet
Het primaire doel van dit pilot-project is om vast te stellen of een neuroblastoma model in gehumaniseerde MISTRG muizen geschikt is om immuuntherapie tegen deze vorm van kanker te bestuderen en te ontwikkelen. Hiertoe zullen tumoroids van humane neuroblastomas worden geïmplanteerd in muizen waarin een humaan immuunsysteem is opgebouwd. Een vergelijking zal worden gemaakt tussen veel gebruikte subcutaan geïmplanteerde tumoren, die experimentele voordelen bieden, en orthotopische tumoren, die mogelijk de immunologische eigenschappen van de tumoren in patiënten beter representeren. Onderzocht zal worden 1) of de humane immuun-cellen, die de tumoren infiltreren, vergelijkbaar zijn qua samenstelling en eigenschappen met immuun-cellen, die neuroblastoomtumoren in patiënten infiltreren, 2) of de bestaande therapie met anti-GD2 ook in deze muizen werkt. Voor dit tweede punt zal ook worden onderzocht hoe de compositie van het immuun-infiltraat veranderd na behandeling met anti GD2. Hiermee biedt dit project de mogelijkheid om inzichten te verkrijgen in mechanistische aspecten van deze behandeling, die onmogelijk van behandelde patiënten kunnen worden verkregen.
De informatie uit dit project is essentieel om te bepalen of, en zo ja, hoe, dit model kan worden gebruikt om immunotherapieën tegen neuroblastoma te ontwikkelen/testen, het uiteindelijke doel van deze researchlijn. Gewapend met dergelijke informatie zullen vervolgproeven worden ontworpen, waarin zal worden getest of de veel gebruikte anti-GD2 behandeling kan worden verbeterd door combinatie met cytokines (bv. GCSF), chemotherapie, of additionele immuun-interventies, zoals het gebruik van adoptieve T cel therapie. Voor zulk onderzoek zal een nieuwe aanvraag worden ingediend voor verdere financiering.