kwaadaardige hersentumoren treden vaak op relatief jonge leeftijd op en hebben een zeer slechte prognose op korte termijn. de bestrijding van de meest gevreesde tumor – het hooggradige glioma – is dan ook een grote medische uitdaging. naast neurochirurgie, radiotherapie en chemotherapie is er nu ook de ontwikkeling van immuuntherapie, waarbij het eigen afweersysteem wordt ingezet om een kwaadaardige hersentumor te bestrijden.
Het menselijk afweersysteem in de strijd tegen hersentumoren
Er zijn bij de mens meer dan honderd verschillende soorten hersentumoren beschreven. Bij kinderen is de meest frequente hersentumor het laaggradige glioma. Bij volwassenen komt het hooggradige glioma het vaakst voor. Gliomen zijn tumoren die ontstaan in de steuncellen van de zenuwcellen. Laaggradige tumoren groeien niet zo snel, ze zijn niet echt infiltratief in het gezonde hersenweefsel en zullen doorgaans niet uitzaaien. Hooggradige tumoren daarentegen groeien wel snel, ze zijn agressief en infiltratief en kunnen metastaseren binnen de hersenen en zelfs – hoewel zelden – daarbuiten. In vergelijking met andere tumoren komen deze tumoren zeer weinig voor bij volwassenen en nog minder bij kinderen. Ondanks hun zeldzaamheid veroorzaken ze wel een zeer grote maatschappelijke last. De oorzaak hiervan ligt in het feit dat die tumoren op relatief jonge leeftijd kunnen voorkomen en dat de prognose op korte termijn zeer slecht is. Daarnaast neemt de maatschappelijke belasting nog toe doordat er bij de patiënten allerlei functionele beperkingen optreden.
Ook in het domein van de radiotherapie wordt vooruitgang geboekt en kunnen dankzij de moderne apparatuur en bijbehorende technieken betere veldaflijningen worden gerealiseerd rond de tumor. Hierdoor worden op de eerste plaats gezonde hersenstructuren beter beschermd tegen de stralen. Dit kan uiteindelijk aanleiding geven tot een hogere lokale dosis radiotherapie. In de chemotherapie gebeurde een grote sprong vooruit in het laatste decennium met de introductie van temozolomide. Dit medicament heeft veel minder nevenwerkingen dan andere chemotherapiemiddelen en is duidelijk effectief om de tumorgroei af te remmen. Bovendien versterkt temozolomide het tumordodende effect van de radiotherapie. Door temozolomide te combineren met radiotherapie en daarna in onderhoudschemotherapie verder toe te dienen, kon voor het eerst een klein percentage van de patiënten meerdere jaren langer overleven.
Toch dwingt de blijvend slechte prognose wetenschappers om te zoeken naar nieuwe therapeutische opties. Verschillende pistes worden onderzocht. Vooreerst is er de zogenaamde ‘targeted therapy’, waarbij geheel nieuw ontwikkelde medicaties specifiek gaan inwerken op tumorbevorderende membraanreceptoren en intracellulaire signaalwegen. Daarnaast gebeurt er ook veel onderzoek naar anti-angiogenese, waarbij wordt gepoogd om de bloedtoevoer naar de groeiende tumor af te remmen. Ten slotte is er de gentherapie, waarbij de cellen genetisch worden gemanipuleerd om ze gevoelig te maken tegen bepaalde medicamenten. De klinische toepassingen hier waren eerder ontgoochelend.
Omdat een tumor ongecontroleerd groeit, gedraagt hij zich eigenlijk vreemd voor het lichaam
Aangezien een tumor ongecontroleerd groeit, gedraagt hij zich eigenlijk vreemd voor het lichaam. Bijgevolg zou het afweersysteem die lichaamsvreemde tumor moeten kunnen herkennen. En toch slaagt het immuunsysteem er niet in om te reageren tegen de tumor, vooreerst omdat de immuuncellen niet geactiveerd raken door daartoe gespecialiseerde cellen binnenin de lymfoïde organen (de lymfeknopen, in de volksmond ook ‘klieren’ genoemd). Een andere reden is dat de tumor zelf beschikt over heel veel immuunonderdrukkende mechanismen, waardoor geïnfiltreerde immuuncellen in de tumor vleugellam worden gelegd.
Er zijn verschillende vormen van immuuntherapie. De meest gekende vorm is de toediening van antistoffen tegen bepaalde celoppervlaktemoleculen, waardoor de tumorcel rechtstreeks wordt vernietigd, of waardoor de tumorcel kan worden opgenomen door immuuncellen. Theoretisch is een beenmergtransplantatie ook een vorm van immuuntherapie. Nadat een heel hoge dosis chemotherapie gegeven wordt om de tumorcellen – maar ook de bloedmakende stamcellen – te doden, wordt het beenmerg vervangen door bloedmakende stamcellen van een donor. We weten nu echter dat een dergelijke transplantatie niet alleen beenmergvervangend is, maar zich ook kan richten tegen de tumor. Andere vormen van immuuntherapie bestaan uit het aspecifiek stimuleren van de immuuncellen door het inspuiten van bijvoorbeeld interferon, wat het afweersysteem globaal versterkt. Het doel is om het immuunsysteem zo te stimuleren dat de immuunonderdrukkende mechanismen overwonnen worden. Meer specifieke immuuntherapie bestaat uit het in grote hoeveelheden aanmaken in het laboratorium van immuuncellen, die een specifieke antitumorale werking hebben omdat ze een tumorantigeen kunnen herkennen en zo de tumor kunnen aanvallen. Ten slotte worden de gespecialiseerde antigeen-presenterende cellen gebruikt om in het lichaam een specifieke immuunrespons tegen de tumor op te wekken.
De meest gespecialiseerde antigeen-presenterende cellen noemen we dendritische cellen (DC). Deze nog immature cellen zijn overal in het lichaam verspreid, ze nemen overal lichaamseigen materiaal op en circuleren permanent tussen de weefsels en de lymfoïde organen om het immuunsysteem stil of tolerant te houden tegen het lichaamseigen materiaal. Maar eenmaal er een gevaarsignaal aanwezig is – bijvoorbeeld door een infectie die lichaamsvreemd is – worden die dendritische cellen geactiveerd. Ze worden matuur en brengen de vreemde antigenen naar de lymfoïde organen, nu niet meer om de immuuncellen stil te houden, maar om ze te activeren zodat ze kunnen reageren tegen het gevaar dat zich voordoet in het lichaam. Wetenschappers zijn erin geslaagd om uit gewone witte bloedcellen in het laboratorium onrijpe dendritische cellen te maken. Die dendritische cellen kunnen in het laboratorium tumorantigenen opnemen, en kunnen ook in het laboratorium worden gematureerd. Wanneer die cellen dan terug ingespoten worden, kunnen ze zich naar de lymfoïde organen verplaatsen om daar de immuuncellen te stimuleren tegen de tumorantigenen. Dit is actieve specifieke immuuntherapie of tumorvaccinatie. Het verschil met een ‘gewone vaccinatie’ is duidelijk: bij een ‘gewone vaccinatie’ – bijvoorbeeld tegen mazelen, bof of rodehond – wordt het immuunsysteem voorbereid opdat het efficiënt leert te werken in het geval een infectie zich voordoet. Hier is de tumor er reeds en wordt het immuunsysteem nadien specifiek tegen de tumor gestimuleerd. Het is dus geen preventieve vaccinatie maar een therapeutische vaccinatie.
Tumorvaccinatie is geen preventieve vaccinatie maar een therapeutische vaccinatie
Het principe van immuuntherapie op basis van de dendritische cellen die in het laboratorium beladen werden met tumorantigenen, wordt nu verder uitgewerkt voor hooggradige gliomen. Een grote moeilijkheid die moet worden overwonnen, is het feit dat er in deze per definitie heterogene tumor geen specifieke tumorantigenen gekend zijn. Vele tumorantigenen zijn wel beschreven, maar de expressie ervan is verschillend tussen verschillende patiënten en zelfs binnen de tumor van één patiënt. Daarom werd het principe ontwikkeld om dendritische cellen te beladen met een lysaat van de totale tumor, waarbij beoogd wordt dat de dendritische cellen de eiwitten in het lysaat zullen verwerken en de tumorantigenen zo aan de oppervlakte zullen brengen in de daartoe voorziene MHC-moleculen. Om te bewijzen dat de dendritische cel dat echt doet, worden de tumoreiwitten groen gekleurd. Tot nu toe heeft men kunnen waarnemen dat de dendritische cel groengekleurde eiwitten in zich opneemt en groengekleurde eiwitfragmenten aan de celoppervlakte brengt in de context van MHC-moleculen, die met rood gekleurd waren, zodat de colokalisatie onder de confocale microscoop als gele kleur zichtbaar wordt. Zo worden mature dendritische cellen bekomen die beladen zijn met lysaat van hooggradige gliomen, de DCm-HGG-L. Vervolgens werd dan in het laboratorium aangetoond dat DCm-HGG-L in staat zijn om immuuncellen te stimuleren en dat die immuuncellen in het laboratorium HGG-tumorcellen kunnen doden. Antigeen-specificiteit, MHC-specificiteit en MHC-restrictie zijn het absolute bewijs dat de antitumorale activiteit wordt uitgeoefend door de beoogde immuuncellen.
Heel wat immunologische vraagstellingen kunnen eenvoudigweg niet worden opgelost met celculturen. In de stap van celculturen naar de behandeling bij de mens is onderzoek op proefdieren noodzakelijk. Omdat het immuunsysteem het best gekend is bij de muis – en toch een beetje vergelijkbaar functioneert als bij de mens – worden vooral muizen gebruikt voor experimenten om immunologische mechanismen te ontrafelen. De muizen krijgen in hun hersenen een cellijn van hooggradig glioma GL261 ingespoten en ontwikkelen een zeer aggressieve vorm van hooggradig glioma. Doorgaans sterven de dieren na een kleine maand als gevolg van de tumor. Deze muizen kunnen worden behandeld met dendritische cellen, die worden opgeladen met het genetische materiaal van de GL261-tumorcellen. Het product wordt DCm-GL261-RNA genoemd. Omdat de tumor zo aggressief is, worden de muizen voor de implantatie van de tumor reeds behandeld met DCm-GL261-RNA en wordt dan gekeken welke muizen een beschermend immuunsysteem hebben kunnen opbouwen. Het is een verrassende vaststelling dat inderdaad ongeveer de helft van de muizen beschermd is tegen tumorgroei. In controle-experimenten, waarbij de dendritische cellen beladen werden met genetisch materiaal van andere tumorale cellen, was geen enkele muis beschermd.
Om nu na te gaan welke verschillende soorten immuuncellen een rol spelen, werden via antistoffen specifiek enkele celpopulaties uitgeschakeld. Om het in dit artikel eenvoudig te houden spreken we van antitumorale immuuncellen (de CD8+ cytotoxische T-cellen) en van immuunonderdrukkende regulatoire cellen (CD4+CD25+foxP3+ T-cellen). Wanneer de antitumorale immuuncellen worden uitgeschakeld, blijkt dat geen enkele muis meer overleeft. Wanneer de immuunonderdrukkende regulatoire cellen worden uitgeschakeld, zien we dat alle muizen overleven, met of zonder voorbehandeling met DCm-GL261-RNA. In die muizen heeft men een verhoogde activiteit in de hersenen van antitumorale immuuncellen gevonden, die specifiek GL261 maar geen andere tumorcellen konden doden. In die muizen werd echter ook een enorme instroom van macrofagen aangetroffen.
Wanneer de antitumorale immuuncellen worden uitgeschakeld, dan blijkt dat geen enkele muis meer overleeft
Wanneer ten slotte overlevende en dus genezen muizen opnieuw werden ingespoten met de tumor, dan was er enkel een beschermend immuunsysteem wanneer de muizen voor de eerste tumorinjectie gevaccineerd waren, al dan niet met uitschakeling van de immuunonderdrukkende regulatoire cellen. Dat betekent dus dat er een heel complexe interactie is tussen verschillende celtypes: de tumorcellen, de antitumorale immuuncellen, de immuunonderdrukkende regulatoire cellen, geheugenimmuuncellen die zorgen voor het immunologische geheugen bij een toekomstige tumorale aanval, en macrofagen. Die laatste verglijden waarschijnlijk functioneel van antitumorale macrofagen naar immuunonderdrukkende en tumorbevorderende macrofagen door de tumorcellen en door de immuunonderdrukkende regulatoire cellen. Immers, wanneer deze laatste uitgeschakeld zijn, stijgt het aantal macrofagen, maar behouden ze hun antitumorale activiteit en wordt de tumor uitgeschakeld. Dit toont hoe complex de balansen tussen al deze cellen zijn. Het toont eveneens aan dat actief specifieke immuuntherapie waarschijnlijk een immunologisch antwoord veroorzaakt dat slechts één deelaspect is van een complex geheel. Verder onderzoek moet nu uitmaken hoe de interagerende balansen verder kunnen worden beïnvloed en gewijzigd om de antitumorale werking te verhogen. De toekomst van efficiënte immuuntherapie zal dus waarschijnlijk liggen in een multimodale therapeutische aanpak.
De hier beschreven techniek wordt reeds toegepast bij patiënten met een herval van een hooggradig glioma en bij patiënten die voor het eerst gediagnosticeerd werden en de standaardtherapie krijgen in combinatie met de immuuntherapie. De klinische ervaring leert dat de therapie kan worden doorgevoerd terwijl de patiënt ambulant is. Er zijn nagenoeg geen nevenwerkingen en de gemeten levenskwaliteit tijdens de therapie is zeer goed. Dat de immuuntherapie werkzaam is tegen de tumor, kan worden afgeleid uit een verbeterde overleving van de patiënten. Het is dan ook vanzelfsprekend dat verder onderzoek zal worden uitgevoerd om deze vierde vorm van therapie – naast neurochirurgie, radiotherapie en chemotherapie – verder te ontwikkelen voor patiënten met hooggradige gliomen.
W. Maes, C. Deroose, V. Reumers, O. Krylyshkina, R. Gijsbers, V. Baekelandt, J. Ceuppens, Z. Debyser en S.W. Van Gool, ‘In vivo bioluminescence imaging in an Experimental Mouse model for dendritic cell based immunotherapy against malignant glioma’, in: Journal of Neuro-oncology, 2009, 91,127-139.
Stefaan van Gool is als oncoloog verbonden aan de KU Leuven.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License