Typering van het humane peritoneale immuunsysteem om nieuwe immuun-modulerende therapie te ontwikkelen voor peritoneaal gemetastaseerde dikke darmkanker

Probleemomschrijving
Uitzaaiingen naar het buikvlies (peritoneum) komt vaak voor bij dikke darmkanker (CRC). De behandelopties zijn zeer beperkt en de prognose is daarom slecht. Hypertherme intraperitoneale chemotherapie (HIPEC) na cytoreductieve chirurgie heeft voor geselecteerde patiënten een goed resultaat opgeleverd, maar het recidiefpercentage is hoog, evenals de bijbehorende morbiditeit. Helaas zijn peritoneale uitzaaiingen vaak resistent tegen de momenteel beschikbare therapieën. Er is daarom een dringende behoefte aan de ontwikkeling van nieuwe behandelingen voor patiënten met peritoneale uitzaaiingen, om de kwaliteit van leven te verbeteren, en de mortaliteit te verlagen.  

Oplossing
Een van de grootste doorbraken in de oncologie van de afgelopen jaren is de ontwikkeling van immunotherapie: geneesmiddelen die het immuunsysteem activeren om tumorcellen aan te vallen. Immunotherapie heeft in geselecteerde patiëntengroepen bij bepaalde soorten kanker geleid tot ongekende, langdurige responsen, zelfs bij uitgezaaide kankers. In het huidige project willen we nieuwe behandelopties (met immunotherapie) ontdekken voor patiënten met naar het buikvlies uitgezaaide kanker. Hiertoe zullen we de cellulaire en fenotypische kenmerken van het peritoneale immuunsysteem in peritoneale gemetastaseerde ziekte bestuderen met behulp van ‘state of the art’ technieken, zoals single cell RNA-sequencing en CyTOF. In de tweede fase van dit project zullen we de meest veelbelovende targets testen in preklinische muismodellen, met als uiteindelijk doel onze resultaten snel te vertalen naar de klinische praktijk.

Onderzoeksrichting
We zijn begonnen met het karakteriseren van het peritoneale immuunsysteem in de mens. We vonden dat dit voornamelijk bestaat uit T cellen en peritoneale macrofagen met een immunosuppressief fenotype (CD163+, CD206+, PD-L1+). Het is bekend is dat deze macrofagen ontstekingsremmende cytokines produceren, waaronder TGF-ß en IL10. Met behulp van scRNA-sequencing, een ‘unbiased’ techniek die ontdekking van nieuwe en zeldzame immuun subsets mogelijk maakt, ondersteund door uitgebreide immunofenotypering met CyTOF, zullen we het peritoneale immuunsysteem bij mensen verder in kaart brengen en met name de veranderingen die optreden bij peritoneaal gemetastaseerde ziekte. In preklinische muismodellen zullen we zowel beschikbare immunomodulerende strategieën testen als ook de meest veelbelovende nieuwe targets die door ons worden geïdentificeerd. Op basis van onze preliminaire data zullen we ons met name richten op het effect van het remmen van ontstekingsremmende peritoneale macrofagen en hun cytokines, zowel als monotherapie als in combinatie met anti-PD1-therapie om 'uitgeputte' T-cellen te activeren. Onze studies moeten snel leiden tot klinische trials bij patiënten met peritoneale uitzaaiingen. We denken met dit onderzoeksproject een nieuwe doorbraak te kunnen forceren in de behandeling van peritoneaal uitgezaaide ziekte, om de kwaliteit van leven van deze patiëntengroep te verbeteren en de mortaliteit te verlagen.

Hypothesen

1. De samenstelling van imuuncellen in het humane peritoneum is uniek en dit resulteert in een unieke tumor immuun (micro-)omgeving bij peritoneaal uitgezaaide dikke darmkanker
2. Het peritoneale immuunsysteem van de mens is immunosuppressief van aard en onderdrukt daardoor de anti-tumor immuunrespons. Dit bevordert de groei van peritoneale metastasen en is betrokken bij resistentie tegen immunotherapie.

Doelen

1. Fundamenteel inzicht ontwikkelen in het peritoneale immuunsysteem bij peritoneaal gemetastaseerde dikke darmkanker - we zullen de samenstelling en kenmerken van het humane peritoneale immuunsysteem in kaart brengen om de immuun (micro)omgeving van de tumor te begrijpen
2. Ontdekken en testen van nieuwe behandelstrategieën - we zullen specifieke eigenschappen van het peritoneale immuunsysteem identificeren die het mogelijk maken dat peritoneale uitzaaiingen de anti-tumor immuunrespons omzeilen. We zullen de meest veelbelovende leads die in dit project worden geïdentificeerd testen, als ook de behandelingen die momenteel beschikbaar zijn

In WP1 zullen we de samenstelling van het peritoneale immuunsysteem bij mensen met en zonder peritoneale uitgezaaide dikke darmkanker vaststellen. Dit zal worden gedaan door peroperatief peritoneale spoelingen van de peritoneale holte te verzamelen, die zullen worden geanalyseerd met scRNA-Seq en CyTOF. Daarnaast zullen peritoneale uitzaaiingen worden onderzocht door multi-color immunohistochemie en CyTOF.
In WP2 zullen we beschikbare immuunmodulerende behandelstrategieën testen, evenals de meest veelbelovende nieuwe targets die we geïdentificeerd hebben in WP1. We zullen in het bijzonder vaststellen of ontstekingsremmende peritoneale macrofagen, of hun cytokines TGF-ß en IL10, betrokken zijn bij het onderdrukken van de anti-tumor immuunrespons. Dit doen we door macrofagen, TGF-ß en/of IL10 te remmen met behulp van neutraliserende antilichamen (respectievelijk anti-CSF-1R, anti-TGF-ß en anti-IL10), al dan niet gecombineerd met anti-PD1 therapie om cytotoxische CD8+ T cellen te activeren. Deze therapieën worden getest in zowel immunocompetente muismodellen voor peritoneale metastasering als in nieuw ontwikkelde peritoneale metastase modellen in muizen met gehumaniseerd immuunsysteem (HIS), om zo een ​​snelle vertaling naar de klinische praktijk mogelijk te maken.

Verwachte resultaten
We verwachten nieuwe targets voor immunotherapie te ontdekken voor patiënten met naar het buikvlies uitgezaaide dikke darmkanker. Deze targets zullen direct worden getest in preklinische muismodellen, om zo snelle vertaling naar de klinische praktijk mogelijk te maken.