Neoadjuvant treatment for pancreatic cancer: towards improved patient selection and assessment of treatment effect

Neoadjuvant treatment for pancreatic cancer: towards improved patient selection and assessment of treatment effectPreoperativ cellegiftterapi er en ny behandlingsstrategi for kreft i bukspyttkjertelen (pancreaskreft) som retter seg mot kreftceller både inni og utenfor operasjonsfeltet. Men hva skjer egentlig under kjemoterapi med vevet som omgir kreftsvulsten, det såkalte tumorstroma som spiller en sentral rolle i tumorens vekst og spredning?I Norge dør hvert år 800-900 personer av pancreaskreft. Gjennomsnittlig overlevelse er på 5 måneder, men prognosen er bedre (ca. 24 måneder) for pasienter med en tumor som kan fjernes kirurgisk. Imidlertid er kreftsvulsten i ca. 30% av pasientene ved oppdagelsen allerede for stor for å være operabel. I rammen av en ny klinisk studie i Norge (NorPACT-2) prøver man flere cellegiftkurer for å redusere tumorens størrelse slik at den kan opereres og dermed forbedre pasientens prognose. I en tidligere fase av dette prosjektet viste vi at den totale mengden av resttumorvev etter preoperativ cellegiftbehandling (såkalt neoadjuvant terapi, NAT) fremdeles er høy, selv i tumores med tydelig terapieffekt (e-rapporter 2016 & 2017). Samtidig tydeliggjorde resultatene at resttumorvevet er svært heterogent. I tillegg viste påfølgende undersøkelser at heterogeniteten i tumorvevet beror på både strukturelle og funksjonelle forskjeller i selve kreftcellene men særlig også i tumorstroma (e-rapport 2018). Sistnevnte er uvanlig fremtredende i pancreaskreft og spiller en viktig aktiverende rolle i tumorcellenes vekst og spredning. Dessuten er tumorstromaet et mekanisk hinder for at cellegift kan nå frem til kreftcellene. Til tross for den viktige cancer-promoterende rollen av tumorstroma, er det ikke kjent om og hvordan stromaet påvirkes av NAT. Dette ville vi nærmere undersøke. Tumorstroma har en kompleks sammensetning av mange ulike biokjemiske substanser som produseres av såkalte stellatceller. For å kunne analysere effekten av NAT på de mangfoldige egenskaper og funksjoner av stellatceller, isoleres disse cellene fra tumorvev fra pancreaskreftpasienter og dyrkes i laboratoriet (Lenggenhager et al. Cells 2019). I tillegg utviklet vi en ny forsøksmodell som er basert på ko-kultur, dvs. på samtidig dyrkning av både stellatceller og selve kreftceller som ble isolert fra den samme kreftsvulsten (Amrutkar M et al. Cells 2020). Analysene viser at NAT forårsaker endret ekspresjon av henholdsvis 37 og 15 gener i stellatceller og kreftceller, selv om disse cellene er resistente mot cellegiftbehandlingen. Terapi-resistente kreftceller viser overveiende en oppregulering av gener som er knyttet til glukose-, lipid- og aminosyremetabolismen. Overraskende nok viser stellatceller etter NAT mer uttalte forandringer enn kreftceller, nemlig overveiende en nedregulering av gener som er involvert i et bredt spektrum av cellefunksjoner. Samtidig tyder første immunhistokjemiske undersøkelser på at etter avsluttet NAT viser stellatceller en økt produksjon av fibronektin, som er en av mange molekyler som finnes i tumorstromaet. Denne observasjonen er av spesiell interesse, fordi det kunne vises i en separat forsøksserie at fibronektin produsert av stellatceller spiller en sentral rolle i utviklingen av resistens mot cellegiftbehandling (med gemcitabine) i pancreaskreftceller (Amrutkar M et al. BMC Cancer 2019). Dette kunne bety at effekten av NAT på stellatceller kunne øke motstanden til cellegiftbehandling i resttumorvevet. Prosjektet mottok midler til en postdoktor (Petra Sántha). Resultatene ble presentert på årsmøtet i European Pancreatic Club (Amrutkar M et al. Comparative quantitative proteomic profiling of neoadjuvantly treated versus treatment-naive human pancreatic ductal adenocarcinoma. Pancreatology 2019;19:S76).

Effekt av neoadjuvant behandling for pancreaskreftPreoperativ cellegiftterapi er en ny behandlingsstrategi for kreft i bukspyttkjertelen (pancreaskreft), men nøyaktig evaluering av terapi-effekten viser seg å være vanskelig. Kan forandringer i vevet som omgir kreftsvulsten - det såkalte tumorstroma - gi informasjon om svultens evne til å motstå cellegiftbehandlingen?Pancreaskreft har en svært dårlig prognose, noe som skyldes bl.a. at sykdommen oftest oppdages sent, når svulsten ikke lenger kan fjernes kirurgisk. I to norske kliniske studier undersøkes effekten av cellegiftterapi (i) på overlevelsen hos pasienter med primært operable tumores (NorPACT-1) og (ii) på “skrumpning” av større, primært inoperable tumores, slik at de allikevel kan fjernes kirurgisk (NorPACT-2). Å evaluere effekten av slik preoperativ cellegiftbehandling (eller neoadjuvant terapi, NAT) på tumorvevet er svært viktig, men viser seg å være vanskelig. Som vi har vist tidligere i denne studien (kfr. e-rapport 2017) er resttumorvevet ofte svært heterogent: områder med tydelig tilbakegang av tumor - såkalt god respons - kan forekomme side om side med områder med liten eller ingen terapi-effekt (dårlig respons). Denne heterogeniteten gjør det vanskelig å bestemme om terapien har hatt den ønskete effekt og hva dette betyr ift eventuell tilbakefall og pasientens overlevelse. Hittil har forskningen fokusert på effekten av NAT på selve tumorcellene, mens vevet som omgir og støtter kreften - det såkalte tumorstroma - har i denne sammenheng vært upåaktet. Vi vet at tumorstroma i pancreaskreft er uvanlig fremtredende, slik at det er et mekanisk hinder for at cellegift kan nå frem til kreftcellene. Tradisjonelt blir tumorstroma oppfattet som et bindevev som har samme sammensetning i alle pancreastumores, og som ikke blir påvirket av NAT. I vår studie har vi undersøkt om dette stemmer, først ved å karakterisere og sammenligne tumorstroma i 12 pancreastumores som ikke var neoadjuvant behandlet. Totalt 12 strukturelle og funksjonelle karakteristika ble undersøkt direkte i tumorvev fra operasjonspreparater, bl.a. mengde og orientering av bindevevsfibre (såkalte kollagener) og uttrykk av integriner, molekyler som er viktige i interaksjonen mellom stroma og kreftcellene. Analysen viser betydelig variasjon i stromal struktur og funksjonell aktivitet mellom tumores fra forskjellige pasienter og mellom forskjellige områder innen én tumor (såkalt inter- og intratumor heterogenitet). Basert på disse funn ble i et neste forsøkstrinn 4 typer av stroma definiert, hver med et spesifikt sett av strukturelle og funksjonelle egenskaper. Samtidig ble selve kreftcellene undersøkt på 6 viktige egenskaper (bl.a. vekstrate). Kombinert analyse av stroma- og kreft-relaterte data viser at det er en sammenheng mellom stroma og kreftcellene, med andre ord at kombinasjonen av en viss stroma-type med en kreftcellepopulasjon med visse egenskaper ikke er tilfeldig, men at hver type av stroma forekommer sammen med kreftceller med bestemte egenskaper. Funnene tyder på at heterogeniteten som finnes i resttumorvev etter NAT sannsynligvis ikke bare er en følge av forskjeller i følsomhet i kreftcellene for cellegiften, men at den også er påvirket av stromale faktorer. Dette betyr at ved evaluering av NAT-effekten, bør forandringer i både selve kreftcellene og tumorstroma analyseres. Om og hvordan NAT påvirker tumorstroma og de komplekse interaksjoner mellom stroma og kreftceller, vil bli undersøkt i et neste forsøkstrinn. Prosjektet mottok midler til en postdoc (Petra Santha), som gjennomførte de morfometriske og statistiske analysene av stroma og kreftceller. Resultatene ble presentert på årsmøtene i European Pancreatic Club og European Society of Pathology.

Effekt av neoadjuvant behandling for pancreaskreftPreoperativ cellegiftbehandling for pancreaskreft er en ny behandlingsform. Men hva skjer faktisk med tumorcellene under kjemoterapi? Vår studie viser at i de fleste tilfeller er det kun en del av tumoren som reagerer på terapien, og at resttumorvevet er en kompleks sammensatning av romlig adskilte, forskjellige subpopulasjoner av kreftceller med hver sin egen biologi.Behandling med cellegift har vanligvis en begrenset effekt i bukspyttkjertelkreft (eller pancreaskreft), i det kun en del av tumorcellene forsvinner under behandlingen. De antatt to viktigste årsaker til behandlingsresistens i denne kreftformen er (i) den store mengden av bindevev ("stroma") som vanligvis finnes i pancreaskreft og forhindrer at cellegift tas opp av tumorcellene, og (ii) intratumorheterogenitet. Sistnevnte betyr at pancreaskreft ikke består av en uniform populasjon av identiske tumorceller, men at det finnes undergrupper (eller subpopulasjoner) av tumorceller som skiller seg fra hverandre mhp for eksempel antall og type av genetiske feil, uttrykk av bestemte molekyler, veksthastighet, vekstmønster, osv. I dette prosjektet analyseres pancreaskreftvev fra pasienter som har undergått kirurgisk reseksjon etter flere sykler med cellegiftbehandling. Dette tumorvevet er av særlig interesse fordi det representerer de deler av tumoren som ikke har respondert på cellegiftbehandlingen, og er dermed terapiresistente. Hele resttumorvevet ble komplett innstøpt og nøyaktig undersøkt på morfologisk heterogenitet, dvs. forskjeller i vekstmønster og tetthet av tumorcellevekst. De forskjellige tumorområdene ble kartlagt, tredimensjonalt rekonstruert, og immunhistokjemisk undersøkt på uttrykk av diverse faktorer relatert til tumorvekst (proliferasjon), celledød (apoptose), og molekyler som kan påvirke begge prosessene (nukleær/cytoplasmatisk survivin, p53). Pga den uvanlig spredte forekomsten av resttumorceller og tilblanding av ikke-tumorceller, kunne programvare for automatisert kvantifisering av immunhistokjemiske farginger ikke brukes og alt har derfor måtte gjøres manuelt. Data fra 8 kasus er nå innsamlet og analysert. Dette dataset er unikt fordi det visualiserer for første gang forekomsten av intratumorheterogenitet i pancreaskreft, den komplekse tredimensjonale sammensetningen av de forskjellige subpopulasjoner, samt deres markante forskjeller i bl.a. proliferasjon. I tillegg viser kvantifiseringen av totalantallet resttumorceller at den totale mengden av resttumorvev (såkalte residual tumour burden) fremdeles er høy, selv i tumores med tydelig terapieffekt. Dette har viktige konsekvenser, først og fremst for pasientbehandlingen, fordi resultatene viser at kirurgisk fjerning av resttumoren er et viktig bidrag til "tumour debulking", selv i pasienter med god respons på preoperativ kjemoterapi. Samtidig tydeliggjør resultatene spesielt to utfordringer for postoperativ cellegiftbehandling: for det første er resttumorvevet svært heterogent, og dernest kreves kjemoresistenstesting etter gjennomgått preoperativ cellegiftbehandling. Resultatene er også av interesse for å oppnå bedre forståelse av hva som skjer med tumoren - tumorevolusjonen - under kjemoterapi. Som et neste skritt i dette prosjektet, skal data brukes for matematisk modellering. Dette er et samarbeid med Ole Christian Lingjærde, professor i bioinformatikk ved Instituttet for Informatikk, Universitetet i Oslo.

Effekt av neoadjuvant behandling for pancreaskreftPreoperativ (neoadjuvant) terapi for pancreaskreft er en ny behandlingsform som retter seg mot kreftspredning og -residiv som årsak til redusert overlevelse. Hovedmålet med dette prosjektet er å karakterisere resttumorvev for å øke kunnskap om resistensmekanismer og utvikle prediktive markører for pasientprognose og terapiresistens.Prosjektet mottok midler til en postdoc, som begynte sitt arbeid 1.8.2016. Pancreaskreft har en gjennomsnittlig overlevelse på 5 måneder. Pasienter med en tumor som er operabel har en bedre prognose (ca. 24 måneder), men selv de utvikler nærmest alle tumorresidiv i det videre forløpet. Preoperativ (neoadjuvant) terapi (NAT) er en ny behandlingsform som retter seg mot kreftceller som har spredt seg utenfor operasjonsfeltet og er årsaken til tumorresidiv og redusert overlevelse. I de fleste tilfeller er tumorregresjon etter NAT ufullstendig, og hovedmålet med prosjektet er å karakterisere residualt, dvs. terapiresistent, tumorvev, både morfologisk og molekylært. I denne studien bruker vi humant pancreascancervev fra pasienter som gjennomgikk NAT samt fra pasienter som ikke fikk NAT (= kontrollgruppe). Fordi tumorregresjon er en svært flekkvis prosess, er bruk av in-situ metoder essensielt. Morfologisk undersøkelse med detaljert topografisk mapping viser uttalt inter- og intratumor heterogenitet i terapirespons. I tillegg foreligger det en markant heterogenitet i morfologi, vekstmønster og densitet av tumorcellene mellom de forskjellige residuale tumorfoci. Nøyaktig kvantifisering av antallet resttumorceller («residual cancer bulk») viser at det diagnostiske systemet som nå brukes for å evaluere tumorregresjon er upresist og har en tendens til å overvurdere tumorregresjon. Det finnes ingen korrelasjon mellom terapiresistens og de forskjellige mikroanatomiske kompartimenter der tumorceller er beliggende (f.eks. peripancreatisk fett, duodenum), men tumores med infiltrasjon i duodenalveggen er underrepresentert i analysen, og inklusjon av slike kasus er planlagt for 2017. Immunhistokjemisk undersøkelse for cellekinetikk-relaterte markører viser likeledes uttalt inter- og intratumor heterogenitet i proliferasjon, apoptotisk aktivitet og ekspresjon av survivin, som har en dobbeltrolle som apoptose-inhibitor og mitose-facilitator. Totalt sett tyder funnene hittil på at intratumor heterogenitet ikke er signifikant redusert etter NAT, og at derfor blir mer målrettet adjuvant terapi fortsatt sannsynligvis ineffektiv. Kombinasjonen av intratumor heterogenitet og flekkvis fordeling av resttumor gjør at vanlige metoder for semiquantitativ vurdering av immunhistokjemi ikke er aktuelle, og alternative modeller er testet for å identifisere det optimale tiltaket for de forskjellige markører. Pancreaskreft har et usedvanlig prominerende stroma med stellatceller som viktige aktører i tumorprogresjon og terapiresistens. Karakterisering av tumorens stroma etter NAT er derfor del av dette prosjektet. Vi har etablert primærkulturer av stellatceller fra pancreascancere fra en rekke opererte pasienter, inkl. fra to tumores som ble behandlet med NAT. Pga. langsom vekst måtte komparativ analyse utsettes/ er planlagt for tidlig i 2017.