Stefan Pool

Neuro-endocriene tumoren zijn relatief zeldzaam met een incidentie van 2-5 per 100.000 inwoners. Bij initiële diagnose is de tumor in de meerderheid van de gevallen al gemetastaseerd en is de enige behandeling met kans op volledige curatie, chirurgie, geen optie meer. De standaard behandeling bestaat meestal uit het gebruik van een langwerkend somatostatine analoog mogelijk gecombineerd met (palliatieve) chirurgie, chemotherapie, radiotherapie, transarteriële (chemo) embolisatie, radiofrequente ablatie (RFA), cryoablatie en laser geïnduceerde thermotherapie (LITT) en intra-arteriële radio embolisatie met yttrium-90 of holmium-166 microsferen.

De veelgebruikte langwerkende somatostatine analogen binden aan somatostatine receptoren (voornamelijk de somatostatine-2-receptor) die tot overexpressie worden gebracht op zowel functionele als niet functionele neuro-endocriene tumoren wat resulteert in een significante verlenging van progressievrije overleving in vergelijking met placebo. De behandeling met somatostatine analogen kan ook de overproductie van hormonen door functionele neuro-endocriene tumoren remmen en hiermee een verlichting van de symptomen bij patiënten met gemetastaseerde ziekte. De overexpressie van somatostatine receptoren op neuro-endocrine tumoren wordt ook gebruikt voor diagnose/visualisatie van deze tumoren door middel van radioactief gelabelde somatostatine analogen zoals [111In-DTPA]-octreotide (Octreoscan, Covidien, Petten, Nederland) en de meer recent ontwikkelde positron emissie tomografie (PET) tracers 68Ga-DOTA-Tyr3-octreotide of 68Ga-DOTA-Tyr3-octreotate (68Ga-DOTATATE). Gebaseerd op hetzelfde principe wordt voor therapie gebruik gemaakt van somatostatine analogen gelabeld met hoog energetische bèta deeltjes uitzendende radionucliden zoals bijvoorbeeld 177Lu-DOTATATE en 90Y-DOTATOC. De resultaten bij deze vooralsnog niet geregistreerde middelen zijn veelbelovend. Relatief nieuw is de toepassing van radionucliden die alfa deeltjes uitzenden. Het gebruik van deze radionucliden zal waarschijnlijk een erg succesvolle strategie zijn door de hoge lineaire energie transmissie (LET) van alfa straling. Recent zijn veelbelovende resultaten gepubliceerd met 213Bi-DOTATOC peptide receptor radionucliden therapie (PRRT) bij zeven patiënten met neuro-endocriene tumoren die weer progressief waren na 90Y/177Lu-DOTATOC PRRT.

In dit proefschrift zijn verschillende manieren beschreven om de therapie voor neuro-endocriene tumoren te optimaliseren. Zo ook de toepassing en resultaten hiervan in verschillende studies. Hoofdstuk 1 is een algemene introductie in het veld van de neuro-endocriene tumoren en in de verschillende behandelingsmogelijkheden. Ook wordt er een korte uitleg gegeven over het gebruikte diermodel in de beschreven studies in dit proefschrift.

Hoofdstuk 2 is een review van de literatuur over preklinische en klinische PRRT. De therapie effecten van somatostatine analogen met verschillende radionucliden worden er beschreven. Ook mogelijke nieuwe peptiden voor PRRT zoals glucagon-like peptide 1, gastrin-releasing peptide, CCK2 en peptiden die binden aan de epidermal growth factor receptor en αvβ3 integrine. Mogelijke strategieën zoals bijvoorbeeld het gebruik van 177Lu voor kleinere tumoren en 90Y voor grotere tumoren, locoregionale toediening en de combinatie PRRT met chemotherapie, worden besproken.

Hoofdstuk 3 beschrijft de effecten van intra-arteriële (IA) toediening in vergelijking met intraveneuze (systemische) toediening op de opname van [111In-DTPA]-octreotide in levermetastasen (CA20948 tumor) in een diermodel en in 3 patiënten met neuro-endocriene levermetastasen met een variërende somatostatine 2 receptor expressie en een verschillende tumormassa. In ratten met een somatostatine 2 receptor positieve tumor in de lever resulteerde IA toediening in een tweemaal zo hoge opname van 111In in de tumor vergeleken met systemische toediening. In de patiëntenstudie bleek dat IA toediening ook kan resulteren in een significant hogere 111In opname in NET levermetastasen maar dat dit effect kan variëren per patiënt. De resultaten bij één patiënt lieten zien dat lokalisatie van de tip van de katheter essentieel is voor optimale IA toediening in de gehele lever. Bij deze patiënt bleek dat een in de linker kant van de lever gelegen levermetastase niet werd geperfundeerd met het radiofarmacon tijdens de IA toediening. Deze levermetastase bleek uiteindelijk dezelfde hoeveelheid 111In te bevatten als na systemische toediening. IA toediening via de leverslagader hoeft dus niet te resulteren in een lagere opname van het radiofarmacon in tumoren elders in het lichaam in vergelijking met systemische toediening. Farmacokinetische modelering en theoretische schatting van 177Lu dosimetry werd uitgevoerd op de verkregen metingen bij één patiënt en liet een 30% reductie van de stralingsdosis op de nieren zien na IA toediening. In patiënten met diffuse of grote somatostatine receptor positieve levermetastasen kan locoregionale PRRT de voorkeur hebben boven systemische toediening. Toekomstige meer uitgebreide klinische studies zullen moeten bewijzen dat hogere opname van het radiofarmacon na IA toediening resulteert in een betere tumor respons en een betere overleving.

In Hoofdstuk 4 beschrijven wij een studie waarin 177Lu-DOTATATE PRRT wordt gecombineerd met de mTOR inhibitor RAD001 (Affinitor, Novartis, Basel, Switzerland) bij ratten met een onder de huid geplaatste neuro-endocriene (CA20948) tumor. Het doel van deze studie was om te onderzoeken of deze twee behandelingen elkaar zouden versterken. In eerdere studies is namelijk aangetoond dat RAD001 tumoren gevoeliger kan maken voor bestraling. Verrassend genoeg bleek de combinatietherapie minder effectief te zijn dan 177Lu-DOTATATE behandeling alleen. Maar belangrijker was dat dieren die voor 4½ week twee maal per week RAD001 toegediend hadden gekregen (in combinatie met of zonder 177Lu-DOTATATE) uiteindelijk uitzaaiingen bleken te ontwikkelen. Controledieren en dieren die alleen 177Lu-DOTATATE hadden gekregen bleken geen uitzaaiingen te krijgen. Dit tumormodel wordt op onze afdeling al meer dan 10 jaar gebruikt en niet eerder hebben wij uitzaaiingen bij deze dieren gevonden. Onze hypothese was dat het stoppen met de RAD001 therapie na 4½ week mogelijk het ontstaan van de uitzaaiingen had veroorzaakt. Mogelijk door een versterkte reactivatie van de intracellulaire mTOR pathway. Ook remming van het immuunsysteem door RAD001 zou een oorzaak van de metastasering kunnen zijn.

Hoofdstuk 5 beschrijft verdere analyses van de resultaten gevonden bij de in hoofdstuk 4 beschreven combinatiestudies. Ook wordt een bijkomende studie beschreven waarin RAD001 behandeling gedurende 4½ week wordt vergeleken met 12 weken durende RAD001 therapie. Het doel van deze studie was om te onderzoeken of het stoppen van de therapie na 4½ week de oorzaak van het ontwikkelen van uitzaaiingen was. De dieren die 12 weken RAD001 kregen bleken echter ook uitzaaiingen te ontwikkelen. Ook werd de mate van 177Lu-DOTATATE opname in de tumor gemeten met en zonder de combinatie met RAD001. Een lagere opname in de tumor zou namelijk een verklaring kunnen zijn voor het feit dat de combinatie therapie minder effectief was dan 177Lu-DOTATATE alleen. De mate van 177Lu-DOTATATE opname in de tumor was echter niet afhankelijk van de behandeling met RAD001. In dit experiment werden ratten gebruikt van een andere sub-stam van Lewis ratten die vaak gebruikt wordt voor auto-immuun studies omdat deze dieren een immuunsysteem hebben met een hogere CD4+ en CD8+ T cel (auto)-immuun respons. Deze auto-immuniteit wordt gelinkt aan een hogere anti-tumor immuniteit. In deze dieren verdwenen 50% van de tumoren spontaan in de controle groep terwijl in de RAD001 groep maar 12½% van de tumoren verdwenen, waarschijnlijk veroorzaakt door remming van het immuunsysteem en in lijn met onze hypothese. Een recente publicatie door Yin et al. laat soortgelijke effecten zien na behandeling met een mTOR inhibitor in BALB/c muizen met onderhuidse 4T1 muizen borstkankers. De mTOR remmer Rapamycine bleek het ontstaan van uitzaaiingen naar de longen te versterken. Rapamycine bleek de productie van immuun remmende moleculen en cytokines zoals TGF-β, arginase-1, indoleamine 2,3-dioxygenase, IL-6 en IL-10 in de longen te induceren. De auteurs postuleren dat behandeling met Rapamycine resulteert in een immuun remmend microklimaat ter plaatse van de uitzaaiingen. Een definitief antwoord op het ontstaan van uitzaaiingen bij RAD001 behandeling in het CA20948 tumormodel in de rat is er helaas nog niet en meer studies zijn nodig om de resterende vragen te beantwoorden. Het gebruik van mTOR remmers in de klinische setting zal echter goed moeten worden gemonitord voor het ontstaan van onverwachte (nieuwe) uitzaaiingen.

Hoofdstuk 6 beschrijft de transfectie (genetische modificatie) van CA20948 tumor cellen met een plasmide dat het gen voor een groen fluorescerend eiwit en voor het eiwit luciferase bevat. Dit met het doel om in toekomstige PRRT experimenten de tumoren op een niet invasieve manier te kunnen vervolgen middels bioluminescentie imaging (BLI). We hebben, zoals beschreven in dit hoofdstuk, deze getransfecteerde CA20948-luc cellen succesvol onderhuids in een naakte muis model en in een levermetastase model in de rat kunnen gebruiken.

Toekomstvisie
De huidige gepubliceerde klinische data over de effectiviteit van 177Lu-DOTATATE PRRT voor neuro-endocriene tumoren zijn gebaseerd op niet gerandomiseerde studies waarbij de uitkomsten vergeleken worden met historische controles. In 2012 is er echter een prospectieve gerandomiseerde multicenter klinische studie gestart waarin patiënten gerandomiseerd 177Lu-DOTATATE (vier toedieningen van 7.4 GBq (200 mCi) met 8±1-week interval) gecombineerd met Octreotide LAR 30 mg (gediscontinueerd tijdens PRRT) of alleen behandeling met een hoge dosis Octreotide LAR (60 mg) krijgen. Het primaire eindpunt van deze studie is progressievrije overleving gebaseerd op objectieve centrale meting van tumor respons elke 12±1 weken na de eerste behandeling bij 280 patiënten middels de RECIST criteria (response evaluation criteria in solid tumors). Voor bescherming van de nieren worden er bij de toediening van 177Lu-DOTATATE aminozuren gegeven. De geschatte primaire einddatum van deze studie is december 2014. (www.clinicaltrials.gov; Identifier: NCT01578239)

Het combineren van PRRT met nieuwe biologicals en/of chemotherapeutica zou kunnen resulteren in een beter therapeutisch effect. Een prospectieve gerandomiseerde klinische studie bij patiënten met gastro-entero-pancreatische neuro-endocriene tumoren (GEPNET) waarin RAD001 met Octreotide LAR wordt vergeleken met 177Lu-DOTATATE PRRT + Octreotide LAR zou zeer interessant zijn. Gelukkig zijn de effecten van RAD001 behandeling zoals beschreven in hoofdstuk 4 en 5 niet bij patiënten gerapporteerd. Op dit moment is er een gerandomiseerde klinische studie gaande in ons ziekenhuis waarin 177Lu-DOTATATE PRRT wordt vergeleken met 177Lu-DOTATATE PRRT in combinatie met het orale chemotherapeuticum capecitabine (Xeloda; Roche, Basel, Switzerland). Eerdere studies hebben al laten zien dat de combinatie van deze twee therapieën veilig en tenminste even effectief is als 177Lu-DOTATATE PRRT alleen. Het doel van de studie in ons ziekenhuis is om aan te tonen dat chemosensitisatie met capecitabine resulteert in een hoger percentage van patiënten met een objectieve tumor respons na 177Lu-DOTATATE PRRT. De resultaten van deze studie worden waarschijnlijk in de nabije toekomst gepubliceerd.

Ondanks de teleurstellende en verrassende resultaten van de combinatie van Everolimus (RAD001) met 177Lu-DOTATATE PRRT zoals beschreven in hoofdstuk 4 en 5 is deze combinatietherapie in Australië al gegeven met minimale bijwerkingen aan patiënten met uitgezaaide neuro-endocriene tumoren. In Australië zijn er plannen voor een fase II gerandomiseerde gecontroleerde trial waarin 177Lu-DOTATATE PRRT met capecitabine/temozolomide zal worden vergeleken met 177Lu-DOTATATE met RAD001. Met onze preklinische resultaten in het achterhoofd zullen deze patiënten extra goed gemonitord moeten worden voor het ontstaan van nieuwe uitzaaiingen tijdens/na behandeling met RAD001.

Een andere veelbelovende therapie, Sunitinib (Sutent, Pfizer), een VEGF-receptor remmer, is ook een zeer interessante optie om te vergelijken met PRRT in een gerandomiseerde klinische studie. Combinatie van Sunitinib met PRRT zou dan een logische volgende stap zijn. Tijdelijke normalisatie van de vaatvoorziening van de tumor door middel van VEGF-receptor remming resulteert in een verlaging van de intratumorale druk en een betere zuurstof toevoer met hierdoor facilitatie van een betere penetratie van het radiopeptide in de tumor en een verhoogd effect van de bestraling door de betere oxygenatie.

Intra-arteriële PRRT is van grote waarde in bepaalde patiënten met neuro-endocriene tumoren zoals beschreven in Hoofdstuk 3 van dit proefschrift en elders. In de nabije toekomst zullen patiënten met een tumormassa die voornamelijk in de lever is gelegen IA 177Lu-DOTATATE PRRT worden aangeboden. Bij deze patiënten zou het ook interessant zijn om een gecombineerde aanpak van IA 177Lu-DOTATATE PRRT met 166Ho-bevattende poly(L-lactic acid) microsphere radio-embolisatie te vergelijken met IA 177Lu-DOTATATE PRRT alleen. 166Ho-microspheren hebben de voorkeur ten opzicht van 90Y-microspheren, vanwege het feit dat 166Ho laag energetische gamma fotonen uitzendt die gebruikt kunnen worden voor gamma camera imaging. Tevens is 166Ho paramagnetisch, waardoor het goed zichtbaar is met magnetic resonance imaging (MRI).

Hopelijk zal er op korte termijn 177Lu-DOTATATE PRRT dosimetry worden uitgevoerd. Dit zal dan resulteren in een patiënt specifieke dosis berekening wat uiteindelijk zal resulteren in een optimale bestraling van de tumor met een minimale bestralingsdosis op de gezonde organen. Mogelijk worden veel patiënten die nu de standaard dosis van 4 keer 7,4 GBq 177Lu-DOTATATE krijgen onder behandeld en zouden zij een hogere dosis kunnen krijgen zonder significante bijwerkingen en waarschijnlijk een hogere tumor respons. Patiënten met bijvoorbeeld een gestoorde nierfunctie zouden juist een lagere dosis krijgen waarbij nierfalen voorkomen zou worden. Het variëren van de specifieke activiteit van 177Lu (hoeveelheid radioactiviteit/gram), van de peptide massa van DOTATATE (nu ongeveer 200 μg/7,4 GBq) en van de infusiesnelheid zijn interessante opties om de opname van 177Lu in de tumor te verhogen en zo mogelijk ook het therapeutisch effect. Meer (pre)klinische studies zullen gedaan moeten worden om deze strategieën te onderzoeken.

177Lu-DOTATATE PRRT als neoadjuvante therapie bij patiënten met initieel niet-resecteerbare pancreatische neuro-endocriene tumoren is reeds gebruikt in ons centrum en is veelbelovend. Een prospectieve studie waarin 177Lu-DOTATATE PRRT als neoadjuvante therapie wordt gegeven zou daarom gestart moeten worden. De onlangs gepubliceerde en veelbelovende resultaten over het gebruik van de alfa-emitter 213Bi voor α-PRRT in preklinische dierexperimenten en in patiënten met 90Y- of 177Lu-DOTATOC β-PRRT refractaire neuro-endocriene tumoren zullen zeker resulteren in klinische studies waarin 213Bi α-PRRT alleen als behandeling voor neuro-endocriene tumoren wordt gegeven of in combinatie met bijvoorbeeld 90Y of 177Lu β-PRRT. De acute en middellange bijwerkingen lijken minimaal te zijn maar opvolging op de lange termijn is nog nodig. Preklinische en klinische studies hebben een hogere opname van somatostatine receptor antagonisten in vergelijking met somatostatine receptor agonisten in neuro-endocriene tumoren laten zien met een veelbelovende tumor respons. Toekomstige studies zullen deze antagonisten moeten vergelijken met de huidige agonisten met betrekking tot therapeutisch effect en mate van bijwerkingen.

We kunnen in ieder geval concluderen dat het veld van PRRT snel evolueert en dat dit hopelijk zal resulteren in een steeds hogere progressievrije overleving van patiënten met neuro-endocriene tumoren met hierbij een hogere kwaliteit van leven. Hopelijk zullen al de hierboven beschreven ontwikkelingen uiteindelijk resulteren in een hoger percentage echte curatie van deze patiënten met een neuro-endocriene tumor.