Arlene Oei

Baarmoederhalskanker is wereldwijd een van de meest voorkomende kankers bij vrouwen. De huidige behandelmethoden resulteren in een vijfjaarsoverleving van 65% voor baarmoederhalskanker. Dit betekent dat 35% van de patiënten komt te overlijden. Er is dus behoefte aan verbetering van de huidige behandelingen. Hyperthermie wordt al sinds begin tachtiger jaren klinisch toegepast voor diverse tumor-typen en verschillende klinische trials hebben bewezen dat hyperthermie een succesvolle behandeling is voor patiënten met lokale baarmoederhalskanker in een gevorderd stadium. Hyperthermie wordt toegepast op patiënten die contra-indicaties hebben voor het krijgen van de standaard chemo-radiotherapie, bijvoorbeeld op patiënten met nierfalen. Hyperthermie wordt ook omschreven als misschien wel de beste klinisch beschikbare methode, om cellen gevoeliger te maken voor radiotherapie en chemotherapie. Desondanks is hyperthermie geen standaardbehandeling. In dit proefschrift wordt uitgelegd hoe hyperthermie kankercellen gevoeliger maakt voor radiotherapie en chemotherapie. Als eerste wordt het mechanisme waardoor hyperthermie zo effectief is onder de loep genomen, waarbij diverse hypotheses worden getest (DEEL I). Daarnaast wordt in dit proefschrift beschreven waarom de combinatie van radiotherapie of chemotherapie met hyperthermie zo succesvol is in de behandeling van baarmoederhalskanker. Tevens wordt toegelicht hoe de huidige behandelstrategieën met hyperthermie kunnen worden verbeterd (DEEL II). Tot slot worden de voordelen van het toevoegen van hyperthermie aan combinatietherapieën onderzocht om zo tot een nog effectievere behandeling te komen (DEEL III).

Werkingsmechanisme van hyperthermie
Hyperthermie activeert verschillende mechanismen die tumorcellen gevoeliger maken voor de huidige anti-kanker behandelmethoden. Enerzijds kan hyperthermie de toevoer van zuurstof in tumoren verhogen, waardoor er meer reactieve zuurstofradicalen DNA-schade kunnen induceren en de DNA-schade kunnen fixeren. Aan de andere kant kan hyperthermie diverse DNA-herstelmechanismen uitschakelen, dit wordt beschreven in Hoofdstuk 2. Verschillende in vitro en in vivo experimenten en klinische trials hebben bewezen dat hyperthermie werkt. Het is misschien wel de beste manier om tumorcellen gevoeliger te maken voor bestraling. Desalniettemin, zijn de werkingsmechanismen van hyperthermie nog grotendeels onbekend. Hyperthermie kan de homologe recombinatie remmen, dat is een van de belangrijkste DNA-herstelmechanismen, maar hyperthermie heeft mogelijk ook invloed op andere DNA-herstel routes. Het feit dat hyperthermie de homologe recombinatie kan remmen en de daaruit volgende discussies of hyperthermie wel of geen invloed heeft op de andere belangrijke DNA-herstel route, de niet homologe ‘end joining’, is de basis geweest voor de experimenten beschreven in Hoofdstuk 3. In deze experimenten werd de gevoeligheid van cellen zonder homologe recombinatie – door mutaties in het BRCA2 gen – vergeleken met de gevoeligheid van BRCA2 wild-type cellen. Theoretisch gezien, als hyperthermie uitsluitend de homologe recombinatie remt, zouden BRCA2 wild-type cellen behandeld met hyperthermie dezelfde respons moeten geven als de onbehandelde BRCA2 gemuteerde cellen. Echter, BRCA2 wild-type cellen behandeld met hyperthermie toonden geen gelijke cel overleving in vergelijking tot de overleving van BRCA2 gemuteerde cellen. Bovendien hadden de BRCA2 gemuteerde cellen die met hyperthermie werden behandeld een lagere overleving dan de onbehandelde BRCA2 gemuteerde cellen. Dit duidt erop dat hyperthermie toch meer doet dan alleen het verstoren van de homologe recombinatie. Zodoende werd de andere zeer belangrijke DNA-herstel route, de niet homologe ‘end joining’ bestudeerd. Hieruit blijkt dat na hyperthermie in cellen die volledig afhankelijk zijn van niet homologe ‘end joining’ – omdat deze cellen niet beschikken over werkende homologe recombinatie – de eiwitlevels van de niet homologe ‘end joining’ omlaag gaan. In de cellen die daarentegen wel over beide herstelroutes beschikken, gaat na hyperthermie de homologe recombinatie omhoog, en lijken deze cellen voor reparatie van de DNA-schade over te schakelen naar de niet homologe ‘end joining’. Daarnaast was er tot dusver geen duidelijkheid of hyperthermie dubbelstrengsbreuken in het DNA kon induceren. Er wordt namelijk in verscheidene gevallen een lichte verhoging gevonden van het γ-H2AX eiwit na hyperthermie. Dit is een veel bestudeerd eiwit (histon H2AX) dat onmiddellijk gefosforyleerd wordt (dan genaamd γ-H2AX) op het moment dat er een dubbelstrengsbreuk plaatsvindt. Anderen claimen dat dit vals-positieve gekleurde eiwitten zijn en deze positieve spots geen indicatie zijn voor dubbelstrengsbreuken. De resultaten beschreven in hoofdstuk 3 laten, met behulp van een andere techniek (de comet assay), zien dat hyperthermie geen breuken induceert en bevestigt hierdoor de tweede theorie, namelijk dat het vals-positieve gekleurde eiwitten kunnen zijn die worden gedetecteerd met de γ-H2AX kleuring.

In voorgaande hoofdstukken kwam niet aan de orde waarom hyperthermie bijzonder effectief is in het bestrijden van baarmoederhalskanker. Om dit te onderzoeken, zijn diverse HPV-positieve en HPV-negatieve baarmoederhalskanker cellijnen getest op hun gevoeligheid voor hyperthermie met verschillende temperaturen en behandelduren, dit wordt beschreven in Hoofdstuk 4. De data gepresenteerd in dit hoofdstuk suggereren dat hyperthermie de mogelijkheid heeft om de onderdrukking van het tumor suppressor eiwit p53 door het virale E6 eiwit weg te nemen. Daarom is hyperthermie waarschijnlijk essentieel in de behandeling van HPV-positieve baarmoederhalskanker.

Dosis, volgorde en tijdsinterval tussen radiotherapie en hyperthermie
Patiënten met baarmoederhalskanker die contra-indicaties hebben voor cisplatinum-bevattende chemotherapie, komen in aanmerking voor behandeling met radiotherapie en hyperthermie. Echter, er is geen wereldwijde consensus over de optimale behandelvolgorde en het tijdsinterval tussen radiotherapie en hyperthermie. In Europa wordt meestal de tumor eerst bestraald alvorens hyperthermie plaatsvindt, terwijl in de Verenigde Staten de therapieën in de omgekeerde volgorde worden toegepast. De achterliggende gedachte om eerst te bestralen is om eerst DNA-schade te veroorzaken, en dan hyperthermie te gebruiken om de DNA-herstelmechanismen lam te leggen. De rationale achter de omgekeerde volgorde wordt ondersteund door het feit dat wanneer eerst hyperthermie wordt gegeven dit leidt tot een verhoogde zuurstoftoevoer en daarmee een grotere hoeveelheid zuurstofradicalen, met als gevolg dat er meer indirecte DNA-schade wordt gecreëerd en gefixeerd door radiotherapie. Het vraagstuk welke volgorde de beste uitkomsten biedt, vraagt om uitgebreid onderzoek. In Hoofdstuk 5 is niet alleen gekeken naar de volgorde tussen beide behandelingen, ook het tijdsinterval tussen radiotherapie en hyperthermie is geanalyseerd op verschillende cellijnen. De resultaten laten zien dat de verschillende volgorden geen verschil geven, noch in de cel overleving, noch in welke fase van de celcyclus de cellen zich bevinden, noch in de hoeveelheid DNA-schade, maar een korter tijdinterval tussen beide behandelingen resulteerde in meer celdood van kankercellen. Beide uitkomsten zijn te verwachten als de hyperthermie vooral interfereert met een traag DNA-herstel mechanisme. Echter, de re-oxygenatie kan niet uit in vitro experimenten worden beoordeeld, daarom kan nog steeds niet worden geconcludeerd wat vanuit een klinisch perspectief het dominante mechanisme is.

Volgend op de conclusie uit het voorgaande hoofdstuk dat het tijdinterval tussen radiotherapie en hyperthermie belangrijk is om de cel overleving te minimaliseren, is dit ook in een klinische setting onderzocht. Daarvoor is een retrospectieve studie uitgevoerd op patiënten met baarmoederhalskanker die zijn behandeld met hyperthermie en radiotherapie. Resultaten van deze studie worden gepresenteerd in Hoofdstuk 6. Deze klinische resultaten bevestigen de in vitro resultaten uit Hoofdstuk 5, omdat een kort tijdsinterval resulteerde in lager voorkomen van recidieven en een hogere gemiddelde overlevingskans.

Nieuwe combinatiebehandelingen met hyperthermie
Het laatste deel van dit proefschrift onderzoekt de opties voor combinatiebehandelingen ten behoeve van patiënten voor wie volledige bestralingsdoses niet meer mogelijk waren. Dit kan het geval zijn als tumoren in gebieden liggen die voorheen al zijn bestraald. Combinaties van cisplatinum met hyperthermie en de toevoeging van een PARP-inhibitor resulteren zowel in vitro als in vivo in een effectievere therapie, zonder ernstige bijwerkingen (Hoofdstuk 7). Cisplatinum is één van de oudste en wereldwijd meest gebruikte chemotherapeutica, maar het middel kan ernstige en permanente bijwerkingen hebben. Daarom werd onderzocht of het mogelijk is de kwaliteit van leven van patiënten te verbeteren zonder de effectiviteit van de behandelingen te verminderen met behulp van nieuwe combinatiebehandelingen. In Hoofdstuk 8 leidde de toevoeging van PARP-inhibitor aan de combinatie van hyperthermie en cisplatinum ertoe dat cisplatinum doseringen met een factor tien konden worden gereduceerd, zonder de effectiviteit van de therapie te verminderen. Behandelen met hogere temperaturen resulteert in meer celdood. Hyperthermie is dus effectiever naar gelang de behandeltemperatuur die bereikt wordt hoger is. Hoe hoog de bereikte behandeltemperatuur is, wordt in overleg met de patiënt tijdens de behandeling bepaald. Dit varieert per tumorsoort en is afhankelijk van de ligging van de tumor. Naast de voorafgaand beschreven opties om de behandeluitkomsten met hyperthermie te verbeteren, is een andere mogelijk om de werkzaamheid van hyperthermie te versterken met het gebruik van een remmer van het Heat Shock Protein 90 (HSP90-remmer). De resultaten in Hoofdstuk 9 demonstreren dat de toevoeging van HSP90-remmer de gevoeligheid voor radiotherapie en chemotherapie door hyperthermie verhoogt.

In Hoofdstuk 10 van dit proefschrift wordt ook besproken dat het vernietigen van alle tumorcellen een grote uitdaging blijft, aangezien veel anti-kankerbehandelingen niet alle tumorcellen kunnen uitschakelen. Het behandelen van deze therapie-ongevoelige cellen blijft daardoor een belangrijk probleem. Deze categorie tumorcellen heeft de mogelijkheid om recidieven of metastasen te veroorzaken en worden ook wel de kanker-initiërende cellen of kanker stamcellen genoemd. Deze therapie-ongevoelige kankercellen bevinden zich onder meer in zuurstofarme (hypoxische) en voedingsstofarme gebieden van de tumor. Dit zijn helaas precies de locaties waar radiotherapie en chemotherapie het minst effectief zijn. Een belangrijk gegeven is dat hyperthermie vaak wordt beschreven als een zeer goede behandeling om hypoxie te verminderen in tumoren, waardoor de omstandigheden in het hypoxische gebied, de comfort-zone van deze hypoxische cellen, wordt veranderd. Het is cruciaal om deze therapie-ongevoelige cellen te elimineren en daarom wordt in deze thesis een combinatiebehandeling inclusief hyperthermie voorgesteld als een veelbelovende behandeling om juist deze cellen aan te pakken en daarmee hun DNA-herstellende eigenschappen te verminderen.