Development of in vitro three-dimensional primary cultures of head and neck cancer to examine drug sensitivity and identify predictive biomarkers

Imke Demers
Afdeling Pathologie, Maastricht Universitair Medisch Centrum

In het kader van mijn promotieonderzoek aan de Universiteit Maastricht heb ik de maand Januari 2020 doorgebracht bij de Sectie Experimentele en Translationele Hoofd-Hals Oncologie in de Universiteitskliniek in Heidelberg. Ik ben hier te gast geweest binnen de groep van Prof. Hess. Mijn werkbezoek aan Heidelberg is medegefinancierd door de René Vogels Stichting, aan welke ik veel dank verschuldigd ben.

Aangekomen op het laboratorium in de Kopfklinik kreeg ik van mijn collega’s een koffiemok aangereikt met de opdruk ‘Ich kom gelökkig oet Mestreech’. Ik was blij verrast met dit warme welkom, zelfs in het Maastrichts dialect. Het doel van mijn werkbezoek aan de Universiteitskliniek in Heidelberg was om kennis te maken met een door hen opgezet model om intact tumorweefsel, direct afkomstig van de patiënt, in het laboratorium te kunnen kweken en in leven te kunnen houden. Voor mijn promotietraject ben ik zeer geïnteresseerd om de toepassing van dit kweekmodel te onderzoeken in de predictie van therapie gevoeligheid van individuele patiënten.

Hoofdhals-kanker is de zesde meest voorkomende kankersoort ter wereld en wordt gekenmerkt door een slechte 5-jaar overleving van maar 40-50% (1). Bij een groot deel van de patiënten wordt de ziekte pas in een vergevorderd stadium ontdekt, is er sprake van terugkerende ziekte of uitzaaiingen. Hoewel er de laatste jaren veel onderzoek is gedaan naar de beste behandeling voor hoofd-hals tumoren, heeft dit niet dusdanig bijgedragen aan een verbeterde overlevingskans voor de patiënten. De standaardbehandelingen, zoals chirurgie, chemotherapie en radiotherapie brengen veel bijwerkingen met zich mee in het hoofd-hals gebied, waar functiebehoud een belangrijke rol speelt. De doelgerichte therapie Cetuximab en de immuuntherapie Nivolumab worden inmiddels ook toepast. Echter heeft maar een selecte groep patiënten daadwerkelijk baat bij deze behandelingen en is de werkzaamheid lastig te voorspellen. Deze kwesties maken het belangrijk dat er meer onderzoek gedaan wordt naar nieuwe behandelingen voor hoofd-hals tumoren en geschikte modellen om therapie gevoeligheid te kunnen testen.

Het weefselkweek-model dat in Heidelberg al jaren in gebruik is voor onderzoek lijkt een geschikt model voor het voorspellen van therapie gevoeligheid (2,3). Omdat in dit model het tumorweefsel intact wordt gelaten, kan daarbij ook goed de invloed van verschillende celtypen op elkaar worden onderzocht, waaronder de rol van immuuncellen en stromale cellen in de tumor. Er wordt een klein stukje tumorweefsel gebruikt nadat bij een operatie de tumor van de patiënt verwijderd wordt. Dit stukje tumor kan worden gezien als restmateriaal en is niet nodig voor diagnostische doeleinden. Het stukje weefsel wordt in kleine stukjes gesneden en kan vervolgens worden behandeld met een therapie naar keuze, al dan niet in combinatie met radiotherapie. Met behulp van verschillende methoden voor het bepalen van celdeling, celdood en DNA-schade kan vervolgens worden gekeken of de tumor gevoelig is voor de toegepaste (combinatie van) behandelingen. Op deze manier hoop ik in de toekomst te kunnen bijdragen aan de juiste therapie selectie per individuele patiënt.

In de lijn van ons lopende onderzoek in Maastricht is het doel om dit model daarnaast ook te gebruiken voor het testen van nieuwe medicatie. Ons huidig onderzoek focust zich op de therapeutische mogelijkheden van PI3K remmers, een enzym dat onder andere zorgt voor een verhoogde celdeling, overleving en zodoende tumorprogressie. Ook wil ik graag onderzoeken of deze PI3K remmers gebruikt kunnen worden om tumorcellen gevoeliger te maken voor radiotherapie. Mijn tijd in Heidelberg was helaas te kort om hier al veel resultaten over te verkrijgen, maar dit is zeker iets waar ik in Maastricht mee door zal gaan!

Tijdens mijn laatste weekend breng ik een bezoek aan het Heidelberger Schloss. De ruïnes van dit kasteel boven op de heuvel geven mij een waanzinnig uitzicht over het stadscentrum van Heidelberg aan rivier de Neckar. Binnen de oude muren van dit kasteel bevindt zich het Deutches Apotheken Museum, waar ik stuit op een expositie van oud laboratorium materiaal uit de 17e en 18e eeuw. Terwijl ik mij verwonder over de eenvoud maar vindingrijkheid van dit oude laboratorium, ben ik trots dat ik, met dank aan de René Vogels Stichting, mijn eigen kleine steentje mag bijdragen aan de medische wetenschap van onze 21ste eeuw.

  1. Leemans, C., Braakhuis, B. & Brakenhoff, R. The molecular biology of head and neck cancer. Nat Rev Cancer 11, 9–22 (2011)
  2. Affolter, A., Muller, M.‐F., Sommer, K., et al. Targeting irradiation‐induced mitogen‐activated protein kinase activation in vitro and in an ex vivo model for human head and neck cancer. Head Neck, 38: E2049-E2061 (2016)
  3. Freudlsperger, C., Horn, D., Weißfuß, S., et al. Phosphorylation of AKT(Ser473) serves as an independent prognostic marker for radiosensitivity in advanced head and neck squamous cell carcinoma. Int. J. Cancer, 136: 2775-2785 (2015)