Zijn circulerende hematopoiëtische stam- en voorlopercellen een biomarkerkandidaat voor therapierespons en ziekteprogressie in patiënten met plaveiselcelcarcinoom van het hoofd-halsgebied?

Hematopoietische stam- en voorlopercellen (HSPCs) zijn verantwoordelijk voor
het vernieuwen van bloedcellen. Zij resideren hoofdzakelijk in het beenmerg,
maar zijn ook aanwezig in de circulatie en in weefsel. Kleine aantallen HSPCs
lekken continu uit het beenmerg in het bloed, circuleren door het lichaam en
keren terug in het beenmerg via de lymfe. HSPCs spelen daarnaast ook een rol in
de immuunrespons tegen verschillende aandoeningen. Zo kunnen HSPCs in een
geïnfecteerd weefsel achterblijven en aldaar opgebruikte populaties
immuuncellen aanvullen.

Kanker gaat ook gepaard met verstoringen in de hematopoiese. Wu et al. toonden
aan dat de samenstelling van circulerende HSPCs significant was veranderd in
patiënten met verscheidene soorten kanker (hoofd-halskanker niet inbegrepen)
vergeleken met gezonde controlepersonen. Het aantal circulerende
granulocyte-monocyte progenitors (GMPs), een zeer proliferatieve subgroep van
HSPCs dat slechts een beperkt aantal immuuncellen kan vormen, wasvier- tot
zevenmaal hoger in kankerpatiënten vergeleken met gezonde vrijwilligers.
Daarnaast toonden de circulerende HSPCs een neiging tot myeloide (en dan met
name granulocytaire) differentiatie in kankerpatiënten. Deze myeloide
voorlopercellen werden ook aangetoond in tumorweefsel en bleken bovendien
positief gecorreleerd met een geavanceerd tumorstadium. In een in vitro
experiment werden deze bevindingen onderstreept: het toevoegen van
gralunocyte-monocyte colony-stimulating factor (GM-CSF) en IL-6, stoffen die
door veel solide tumoren worden geproduceerd, aan gezonde HSPCs (verkregen uit
navelstrengbloed) leidde tot een expansie van GMPs en myeloid-derived
suppressor cells (MDSCs). Laatstgenoemde MDSCs zijn belangrijke regulatorcellen
bij immuundysfunctie. Ze kunnen kankercellen meer stamcel-achtige eigenschappen
geven, alsmede tumorprogressie, metastase en angiogenese faciliteren.

Hoofd-hals plaveiselcelcarcinoom (HNSCC) is de zesde meest voorkomende
kankersoort wereldwijd. De behandelopties bestaan grofweg uit chirurgie,
radiotherapie en gecombineerde chemo-radiotherapie. Hoewel de diagnostiek en
behandeling zeker zijn verbeterd en verfijnd, stagneert de 5-jaarsoverleving al
jarenlang rond de 50-60%. Deze matige prognose wordt waarschijnlijk deels
veroorzaakt door het feit dat HNSCC het immuunsysteem op meerdere manieren
onderdrukt. Het aantal MDSCs is verhoogd in het bloed van HNSCC-patiënten en
hun aantallen zijn significant gecorreleerd aan het tumorstadium en overall
survival. Het verband tussen MDSCs en HSPCs is echter nog niet onderzocht bij
patienten met HNSCC.

Tumoren communiceren met het immuunsysteem tijdens hun ontstaan en progressie.
Therapierespons en klinische uitkomst zijn dan ook afhankelijk van de antitumor
immuunrespons. HSPCs zijn in dat opzicht niet goed onderzocht bij HNSCC,
terwijl ze wel een een groot proliferatief potentieel hebben en als primare
immuunrespons tegen kanker worden ingezet. Het is daarom interessant om de
aantallen en samenstelling van HSPCs te onderzoeken bij HNSCC.

Verscheidene studies opperen dat het aantal immuun-inhiberende CD34+
voorlopercellen geassocieerd is met GM-CSF uitscheiding door de tumor. Deze
aantallen waren ook verhoogd in hoofdhalskankerpatienten, zowel intratumoraal
als perifeer. Ook correleerde een hogere concentratie GM-CSF en een hoger
aantal CD34+ met een gevorderder ziektestatus en lymfekliermetastasering. In
vitro leidde depletie van deze CD34+ cellen tot een verhoogde uitscheiding van
IL-2 door intratumorale T-cellen. Deze studies werden echter verricht voordat
geavanceerde multicolor flow cytometry beschikbaar was, waardoor de CD34+
cellen niet gedetailleerd gefenotypeerd konden worden. De onderzoekers
gebruikten enkel Lin- en CD34- als markers voor deze cellen: beslist niet
adequaat om de ware identiteit van deze cellen te achterhalen. Sommige in vitro
studies demonstreerden weliswaar dat deze Lin-CD34+ cellen onder invloed van
cytokinen konden differentiëren in myeloide en dendritische cellen in staat om
antigenen te presenteren, maar een slechte zuiverheid van de celpopulatie maakt
de uitkomsten onbetrouwbaar. De werkelijke samenstelling van HSPCs in patiënten
met HNSCC moet daarom verder onderzocht worden.

De hematopoiese wordt strak gereguleerd door een aantal circulerende
hematopoietische groeifactoren. Deze factoren kunnen ook door solide tumoren
worden uitgescheiden en kunnen in vitro leiden tot differentiatie van HSPCs tot
immuun-onderdrukkende MDSCs. Onze hypothese is dat dit ook geldt voor
hoofd-halstumoren: cytokine- en groeifactorproductie door hoofd-halstumoren
beïnvloedt de hematopoiese. Gezien het hogere aantal circulerende MDSCs in
hoofd-halskankerpatiënten vergeleken met gezonde personen verwachten we dat de
tumor een myeloide voorkeur geeft aan de hematopoiese, waarbij met name het
granulocytaire deel wordt bevoordeeld. Ook verwachten we dat adequate
behandeling van de tumor leidt tot een normalisering van de hematopoiese. We
willen dit onderzoeken in patienten die middels chirurgie en/of radiotherapie
worden behandeld, al dan niet in combinatie met neoadjuvante immunotherapie.

Onze hypothese is dat cytokinen die door de hoofd-halstumor worden
uitgescheiden de hematopoiese verstoren, en dat deze verstoring normaliseert na
adequate behandeling.

Het primaire doel van deze pilot study is het prospectief onderzoeken van de
aantallen, samenstelling en differentiatie van hematopoiëtische stam- en
voorlopercellen (HSPCs) in patiënten met plaveiselcelcarcinoom van het
hoofd-halsgebied. Hiervoor willen we zowel perifeer bloed als tumorweefsel
onderzoeken. De verkregen gegevens zullen worden vergeleken met een gezonde
controlegroep. Daarnaast willen we onderzoeken of behandeling van deze tumor
bestaande uit chirurgie, immunotherapie, radiotherapie of een combinatie van
deze modaliteiten leidt tot een normalisering van de mogelijk gestoorde
bloedaanmaak. We zullen onze bevindingen correleren aan klinische parameters,
zoals ziekteprogressie en overlevingsdata.

Een secundaire doelstelling van dit onderzoek is het opzetten van een
mechanistische in vitro studie naar de oorzaak van de veranderde HSPC
samenstelling in patienten met HNSCC vergeleken met gezonde proefpersonen.
Hierbij zijn we benieuwd of onze bevindingen in het laboratorium nagebootst
kunnen worden.

Dit is een single-center, prospectieve studie die in het NKI-AVL zal
plaatsvinden. 30 patiënten die aan alle relevante criteria voldoen zullen
worden geincludeerd. Hiervan zullen tien patienten met neoadjuvante
immunotherapie worden behandeld in het kader van een andere NKI-AVL studie. Op
baseline zal 26ml bloed bij hen worden afgenomen. Ook zal van hen een extra 5mm
tumorbiopt worden gevraagd; dit is echter niet verplicht voor studiedeelname.
Bij immunotherapie-patiënten zal na 2 giften immunotherapie (=net na de
operatie) nogmaals 26ml bloed worden afgenomen. Bij alle dertig patiënten wordt
10-12 weken na het einde van de behandeling nogmaals 26ml bloed afgenomen.
Hierna zullen alle proefpersonen de voor hun gepaste follow-up ingaan;
participatie in deze studie heeft daar geen invloed op. Klinische parameters en
overlevingsdata van studiedeelnemers worden tot 2 jaar na behandeling
verzameld. In het onfortuinlijke geval van een tumorrecidief binnen 2 jaar
zullen wij nogmaals 26ml bloed en een 5mm biopt afnemen.

Als controles hebben we gezond bloed nodig van 20 gezonde, in leeftijd gelijke
proefpersonen. De onderzoekers zullen deze gezonde vrijwilligers benaderen
binnen hun eigen kring van collegae, vrienden en familie.

Risico:
Deelnemende patiënten moeten driemaal (immunotherapie-patienten) of tweemaal
(alle overige patienten) 26ml bloed afstaan. Van het afstaan van 52-78ml bloed
verwachten wij geen risico. Wij zullen altijd trachten dit samen te laten
vallen met een bloedafname voor reguliere, diagnostische doeleinden. De patiënt
hoeft dan niet opnieuw een venapunctie te ondergaan. In het onfortuinlijke
geval dat dit niet lukt, is een extra venapunctie hoogstens licht
ongemakkelijk. Al het verplichte tumormateriaal wordt verkregen na de
chirurgie, en zal in samenspraak met de patholoog gebeuren. Hiervan verwachten
we geen risico voor de patiënt. Een niet-verplicht tumorbiopt van 5mm zal
worden verzocht van alle patiënten. Waar mogelijk zal dit plaatsvinden tezamen
met een biopsie voor diagnostische doeleinden. Als patiënten hiervoor
toestemming geeft, zal dit worden afgenomen onder lokale verdoving. Deze
bioptname kan licht pijnlijk en ongemakkelijk zijn. Ook kan de patiënt wat
bloed verliezen. Er wordt van deze extra bioptname geen aanzienlijke
morbiditeit verwacht.

Voordelen
Er zijn geen directe voordelen voor onze deelnemende patiënten.