Light-enhanced delivery of cancer stem cell-based vaccines

Det er behov for nye behandlingsstrategier som omgår terapiresistens og forbedrer kreftpasienters overlevelse. Det overordnede målet med denne doktoravhandlingen var å utvikle og studere effekten av nye lys-baserte strategier for å overvinne medikamentresistens i kreftbehandling. Fotokjemisk internalisering (PCI) er en lys-basert intracellulær legemiddelleveringsteknologi som bygger på mange av de grunnleggende egenskapene til fotodynamisk terapi PDT, hvor man bruker lysaktivering av lyssensitive medikamenter for å drepe kreftceller. Hovedmålet med å bruke PCI er imidlertid å frigjøre medikamenter (inne i f.eks: kreftceller), som er kapslet inn i endosomer og lysosomer og ut i cellens cytosol eller cellekjerne hvor de kan utføre sin virkning. PCI-teknologien har derfor et lovende potensiale til å redusere bivirkninger av mange kjemoterapeutika ved å redusere dosene uten å redusere effekten. Avhandlingen hadde følgende delmål som ble inndelt og svart på i artikkelform, I-IV: I: Å undersøke bruken av kreftlegemidlet sunitinib i kombinasjon med PCI i sunitinib-resistente kreftceller. PCI av sunitinib hvor fotokjemisk skade på endosomer/lysosomer utføres før levering av sunitinib virket lovende på enkeltceller (in vitro). Men, i kreftsvulster i mus ble det ikke oppnådd positive resultater. Det ble utført bl.a. immunhistokjemiske analyser som bl.a. viste at man fikk mindre innfluks at T-celler i kreftsvulstene som fikk PCI av sunitinib i forhold til svulster som fikk sunitinib alene eller PDT alene. Dette antyder at denne kobinasjonsbehandlingen kan virke antagonistisk og vil derfor ikke videreføres. II: Å in vitro studere virkningen av kreftstamcelle-(CSC)-markøren aldehyd dehydrogenase (ALDH) på PCI. Her ble det i hovedsak sett på responser på PDT ved å bruke fimaporfin (TPCS2a) som er det PCI-baserte og lyssensitive medikamentet som er under klinisk utvikling. Hovedresultater: I dette arbeidet ble kreftceller med svært høy eller lav ekspresjon av ALDH sortert ut i to forskjellige populasjoner og sammenlignet for respons etter stråleterapi, kjemoterapi og fimaporfin-PDT. Her fant vi, i tråd med publiserte arbeider fra internasjonale forskningsrapporter, at kreftceller med høyt nivå av ALDH er resistente mot stråleterapi. For første gang viste vi derimot at samme type celler (ALDH-høy) er like sensitive for fimaporfin-PDT som kreftceller med lav ALDH. Konklusjonen på dette arbeidet er at PCI-teknologien kan være lovende for behandling og eliminering av kreftstamceller. III: Å undersøke effekten av kombinasjonen ATRA (Vitamin A-syre) med TPCS2a-PDT (ATRA+PDT) i ulike krefttyper (bryst og tykktarmkreft). Denne kombinasjonsbehandlingen virket svært lovende i både kreftceller og på kreftsvulster i immunsvekkede mus. Vi viste at kombinasjonen øker frekvensen av en type dødsrespons kalt apoptose. Analyse av data fra helgenomisk mRNA sekvensering (RNA-seq) bekreftet at anti-apoptose signalveier er oppregulert, i tillegg til "unfolded protein respons" (UPR), som er en kjent stress-respons som kan resultere i apoptose hvis skadene på cellene er høy. Sterk opp-regulering av stress-faktoren ATF3, som også er linket til UPR ble påvist på RNA -og proteinnivå. To av fem mus som fikk ATRA+PDT ble kurert i motsetning til ingen i de andre kontrollgruppene. Metoden filet som patentsøknad i USA. IV: Å vurdere PCI av anti-PD-L1-saporin, et immuntoksin (IT) beregnet for målrettet eliminering av immunsuppressive stromale og tumorceller. I dette studiet på kreftceller i kultur viste vi at man selektivt kan eliminere brystkreftceller som er positive for PD-L1 med PCI. PD-L1 er en svært aktuell markør for svekkelse av pasienters immunsystem (immune checkpoint) og som ved bruk av immunterapi (antistoff mot PD-L1) kan blokkeres og dermed øke immunsystemets mulighet til å eliminere tumorcellene. PCI av PD-L1-saporin har potensiale til å raskere eliminere PD-L1-postive kreftceller i ikke-oprererbare svulster enn anti-PD-L1-antistoff alene. Dette prosjektet har ført til melding av oppfinnelse og innsending av DOFI til Inven2, som har ledet prosessen med å få patentsøknad innlevert i USA. Produkt: ATRA+PDT fra Artikkel III: J.J.W.Wong and P.K.Selbo, Photodynamic therapy with retinoic acid, Filed patent: US 63/282,267 (2021). Patentet det er søkt om dekker en kombinatorisk behandlingsmetode basert på bruk av ATRA pluss PDT for behandling av kreftsvulster. Kombinasjonsmetoden har potensiale for bruk som lokal behandling av ikke-opererbare solide kreftformer eller kreftformer som er vanskelig å behandle. Oppfinnelsen vår har også potensiale til å forbedre effektiviteten av fotokjemisk internalisering (PCI) med hensyn til både kreftbehandling, og til å forbedre PCI-basert vaksinasjonseffektivitet, ettersom de mest betydningsfulle signalveiene identifisert av RNAseq-analysen er kjent for å sette i gang inflammatoriske og immunrelaterte responser.