IMMUUNTHERAPIE voor HERSENTUMOREN bij KINDEREN en VOLWASSENEN Professor Dr. Stefaan W. Van Gool Professor Dr. Steven De Vleeschouwer Departement van microbiologie en immunologie, pediatrische neuro-oncologie (SWVG); Departement van neurowetenschappen, neurochirurgie (SDV); KU Leuven en UZ Leuven Post-docs in het programma An Coosemans Tina Verschuere PhD studenten die werken in het programma Tina Verschuere (tot 30/6/13) Lien Vandenberk Carolien Koks Jeroen Plessers Matthias Van Woensel Jochen Belmans Anke Vanderstraeten Joost Dejaegher Isabelle Dierckx de Casterlé Iris Elens Liana Kafetzopoulou Study coordinatoren Femke Pauwels Lien Solie Laboranten die werken in het programma Goedele Stegen Anaïs Van Hoylandt Kim Morias Daniel Carels
Verruiming naar andere oncologische aandoeningen •
Gynaecologische tumoren: Prof. Dr. Frédéric Amant, Dr. An Coosemans, Dr. Sandra Tuyaerts, Anke Vanderstraeten
Immuuntherapie voor hersentumoren We ontwikkelen een methode om het afweersysteem van de patiënt te stimuleren tegen een kwaadaardige hersentumor, het maligne glioma. Deze tumor komt eerder zeldzaam voor op de kinderleeftijd, maar is de meest frequent voorkomende hersentumor bij de volwassenen. Jaarlijks wordt deze tumor gevonden bij ongeveer 4 per 100000 volwassenen, wat natuurlijk in vergelijking met andere tumoren nog steeds eerder zeldzaam is. Maar de persoonlijke en de maatschappelijke gevolgen van deze tumor zijn bijzonder groot. Het leven van de patiënt verandert zeer abrupt. Niet alleen is er de bedreiging van de diagnose en de intensieve therapie (neurochirurgische ingreep, radiotherapie gecombineerd met en gevolgd door chemotherapie). Daarenboven blijft de patiënt dikwijls aangewezen op hulpverlening, door neurologische uitvalstekenen, of door het gevaar voor een epileptische aanval. Tenslotte zijn de genezingskansen minimaal, omdat de tumor steeds terugkeert. De 5 jaarsoverleving na diagnose is 10%. Door het afweersysteem met een therapeutische vaccinatie te stimuleren tegen de tumor, her-positioneren we het lichaam als het ware ten opzichte van de tumor cellen, en proberen we op deze manier controle te bekomen over hun ongecontroleerde groei. Het is een techniek die zeer arbeidsintensief is, omdat de grondstoffen voor de productie van de vaccins bestaan uit enerzijds de tumor van de patiënt en anderzijds de witte bloedcellen. Voor elke patiënt worden dus vaccins op maat gemaakt. Maar met deze techniek zijn meerdere patiënten nu al langdurig zonder ziekte in leven, met hernemen van de normale activiteiten. Onze bemoedigende bevindingen worden bevestigd door onderzoeksgroepen in de Verenigde Staten van Amerika en in Japan. Immuuntherapie is intussen een vaste topic geworden op congressen met betrekking tot hersentumoren. Patiënten uit 27 landen werden reeds verwezen naar UZ Leuven om de immuuntherapie voor maligne glioma te bekomen. Het onderzoekswerk bestaat uit meerdere luiken. Via celcultuur experimenten ontdekten we dat dendritische cellen, een bepaald soort witte bloedcellen die gekend zijn voor hun functie om het afweersysteem te stimuleren, tumorale antigenen uit maligne glioma kunnen opnemen en de antigenen kunnen presenteren aan hun celoppervlakte om de immuuncellen specifiek tegen het maligne glioma te kunnen stimuleren. Zo komen we tot de ontwikkeling van een therapeutisch vaccin: we stimuleren het afweersysteem tegen de tumor. Dit therapeutisch vaccin is verschillend van een klassiek vaccin zoals bijvoorbeeld bij mazelen, omdat in dit laatste geval het immuunsysteem gestimuleerd wordt door het vaccin vooraleer het lichaam in contact komt met de ziekte. Muizen werden behandeld met dergelijke dendritische cellen die beladen werden met tumor antigenen. We vonden dat met het vaccin ongeveer de helft van de muizen in leven bleven, wanneer maligne glioma cellen in de hersenen werden ingespoten. In dit model hebben we vastgesteld dat er heel wat immuuncellen deelnemen om uiteindelijk een balans te maken die de tumor al dan niet onderdrukt. Ook het immunologisch geheugen tegenover een volgende inspuiting van tumorcellen werd gedemonstreerd indien de muis op juiste wijze werd gevaccineerd. Een klinische toepassing werd gestart bij patiënten met een herval van maligne glioma na de standaardtherapie. Stapsgewijs werd de toepassing geoptimaliseerd. Hoewel tot hiertoe nog geen enkele therapie een lange termijn overleving heeft kunnen induceren bij deze patiënten, stellen wij vast dat ongeveer een 20% van de patiënten nu wel een onverwacht lange overleving bekomen. De therapie is bovendien niet toxisch, veroorzaakt geen nevenwerkingen, en kan ambulant toegediend worden.
Een verdere klinische toepassing werd ontwikkeld waarbij het vaccin geïntegreerd wordt in de multimodale standaardtherapie bij patiënten met een eerste diagnose van maligne glioma,. Ook in deze groep patiënten vinden we een duidelijke verbetering van de prognose. Ons onderzoeksprogramma omvat dus de volledige stap van labo ontwikkeling tot en met klinische toepassing, en geeft aan onze universiteit en onze universitaire ziekenhuizen een nationale en internationale uitstraling. Er is een vaste samenwerking met nagenoeg alle neuro-oncologische centra in België zodat alle Belgische patiënten toegang hebben tot deze therapie. Patiënten uit 27 landen buiten België werden reeds verwezen naar UZ Leuven voor deze therapie. Omdat de therapie zich in UZ Leuven uitbreidt voor andere tumoren, en omdat er een internationale samenwerking ontstaan is, waarbij meerdere laboratoria in het buitenland onze dendritische cel technologie willen overnemen, werd het immuuntherapie platform Leuven (www.itpl.be) opgericht. Op deze manier wordt de nodige structuur geschapen om deze groeiende activiteit in het translationeel klinisch wetenschappelijk onderzoek aan onze universiteit en in de andere centra van het internationaal netwerk (HGG-IMMUNO-Group) in stand te houden. Binnen deze structuur kan ook dienstverlening ontstaan voor het aanmaken van patiënt-specifieke celproducten voor toepassingen in het gebied van de immunologie buiten de oncologie. De installatie van een immuun therapeutisch platform betekent een rationele aanpak om met minimum aan middelen een maximum van expertise ter beschikking te stellen voor een brede groep patiënten met verschillende oncologische aandoeningen. De translatie van het labo naar de klinische toepassing is het verst gevorderd voor patiënten met hersentumoren. Veel R&D resultaten kunnen nu toegepast worden voor oncologische aandoeningen zoals gynaecologische tumoren. De kosten voor de productie van een vaccinatie therapie voor een patiënt varieert tussen 17000 en 25000 € in functie van de benodigde specifieke technologieën (variabele kost) en het totaal aantal patiënten per jaar (aandeel vaste kost). Dit staat tegenover het feit dat elke dag, maand, jaar kwaliteitsvol leven dat gewonnen wordt door deze therapie in principe van onschatbare waarde is.
EXPERIMENTELE IMMUNOLOGIE ONDERZOEK
Volgende onderzoeken worden gevoerd dankzij de bijdragen van het Olivia Hendrickx Research Fund. Muizen lokaal
Injectie van een muizen hersentumor cellijn in de hersenen van een muis (Tina Verschuere). Niet alle wetenschappelijke vragen kunnen opgelost worden met celculturen. Soms zijn proefdier-modellen noodzakelijk. In dit model kunnen we heel goed de interactie tussen de tumor en het gestimuleerde immuunsysteem na tumorvaccinatie bestuderen, met name welke cellen allemaal een rol spelen in het bepalen van de uiteindelijke balans tussen de tumor en de gastheer. Tina probeert een stof galectine-1 in de tumorcel uit te schakelen waardoor de tumor niet alleen gevoeliger wordt voor de immuuntherapie, maar ook voor chemotherapie.
Isolatie van beenmerg uit de muis (Isabelle Dierckx-de-Casterlé). Om sommige kankers te behandelen wordt beenmerg van een donor getransplanteerd. Men mikt hierbij op een “graft-versustumor” effect (het vreemde beenmerg stoot de tumor af). Het grote probleem is echter de afstoting van het lichaam (“graft-versus-host”). Op basis van nieuwe en spannende inzichten probeert Isabelle om een “graft-versus-tumor” effect te induceren in een muismodel voor neuroblastoma (een pediatrische tumor die nog dikwijls niet te genezen is) zonder een “graft-versus-host” effect te hebben. Als het lukt kunnen we dit relatief snel in klinische praktijk brengen in ons GMP laboratorium, en bekomen we misschien betere genezingskansen voor deze kinderen. Het beenmerg wordt uit een beentje van een muizenpootje gehaald.
FACS lokaal (Anaïs Van Hoylandt en Jochen Belmans) Jochen bindt tumor antigenen aan nanopartikels als een nieuwe vorm van vaccinatie. Doel is dat de nanopartikels dan de dendritische cellen in de huid bereiken en zo het immuunsysteem stimuleren. Dit betekent dat de stap om buiten het lichaam dendritische cellen te differentiëren niet meer nodig is. FACS toestel. Cellen hebben kenmerken aan hun oppervlakte. Antistoffen, gericht tegen deze oppervlakte kenmerken kan je merken met een fluorescerende kleurstof. Indien de antistof bindt aan de cel, en een laserstraal erop gericht w ordt, zal deze een afbuiging hebben door de fluorescerende kleurstof. Zo kan men de soorten cellen en de functionele status van deze cellen bepalen. Diepvriezen en stikstofvaten. Eiwitten kunnen langdurig bewaard worden op -80°C. Cellen kunnen langdurig bewaard worden in vloeibare stikstof.
Laboruimte 1 (Carolien Koks, Liana Kafetzopoulou, Matthias Van Woensel en Lien Vandenberk) Carolien en Liana proberen om immuuntherapie op te zetten voor de dodelijke hersenstamtumor. We gaan hierbij proberen om het effect van een antitumorale immuunreactie te combineren met het effect van heel speciale oncolytische virussen, die specifiek tumorcellen kunnen doden. Matthias is mee onderzoeker in het galectine-1 project samen met Tina. Lien probeert om een bepaalde immuunonderdrukkende cel in de tumor om te buigen via celculturen tot immuunstimulerende cellen om zo het effect van immuuntherapie te versterken. Microscoop om tumor cellen te bekijken. In de broedstoven worden de tumor cellen en de immuuncellen gekweekt. De broedstoof behoudt binnenin een temperatuur van 37°C en heeft een bepaalde vochtigheidsgraad, 21% zuurstof en 5% CO2 hoeveelheid. Sommige stamcellen worden gekweekt in broedstoven met 5% zuurstof. De culturen worden regelmatig beoordeeld aan de hand van deze microscoop. PCR toestel. Elke cel heeft genetisch materiaal. Dit materiaal kan men analyseren, en de hoeveelheid ervan bepalen. Dit gebeurt via een gecontroleerde polymerase chain reactie. Tumor verwerking. Tumoren komen uit de kliniek in het laboratorium om de witte bloedcellen te isoleren en de karakteristieken te bestuderen.
Dendritische cellen muizen. In dit laboratorium worden ook de vaccins aangemaakt om in muizenexperimenten te gebruiken. De dendritische cellen van de muis worden uit beenmerg gedifferentieerd.
Laboruimte 2 (Jeroen Plessers) Jeroen probeert de mechanismen te achterhalen hoe de MAPC (de stamcellen van Professor Dr. Catherine Verfaillie) immuun-onderdrukkend werken.
IMMUNOTHERAPIE VACCIN Dankzij de bijdragen van het Olivia Hendrickx Research Fund kunnen de vaccins betaald worden voor de behandeling van de patiënten. GMP ruimte voor productie van het vaccin Dit laboratorium is geopend in juli 2010 als GMP (Good Manufacturing Practice) labo voor de aanmaak van de tumor vaccinaties voor klinisch gebruik. Er zijn 2 clean rooms klasse C/B met Laminair Airflow kasten klasse A, afgescheiden door een dubbel sas. Er is 1 klasse D preparatie ruimte voor het aangeven van materialen via een pass box. Bewaring • • • •
Vloeibare stikstof vat Diepvries -80°C Diepvries -20°C Koelkast
ELUTRA toestel: Dendritische cellen worden gedifferentieerd vanuit monocyten. Om de monocyten te isoleren kan men de adherentiemethode gebruiken (deze cellen kleven op de bodem van een cultuurfles), of kan men de elutra methode gebruiken (een scheiding op basis van cel grootte en densiteit door centrifugatie tegenin een flow). Invriestoestel: cellen kan men in vloeibare stikstof bewaren. Hiertoe moeten de cellen opgelost worden in speciale vloeistoffen, en langzaam en gecontroleerd ingevroren worden. Microscoop om dendritische cellen te evalueren. Deze toestellen werden door het Olivia Hendrickx Research Fund aangekocht. Een laatste aankoop is het diepvries toestel.
