Zoeken naar medicijncombinaties om bestaande behandeling van moeilijk te bestrijden leukemie te verbeteren.

A.     Achtergrond en probleemstelling
Voorloper B cel leukemie (BCP-ALL) is een vorm van bloedkanker die zowel kinderen als volwassenen treft. Ondanks de verbeterde behandelingsstrategieën lukt het bij ongeveer 15% van de kinderen en 50% van de volwassenen niet om de ziekte in éen keer te genezen. Wanneer de leukemie terugkomt is deze vaak nog moeilijker te bestrijden. De kans op overlijden in deze patiëntengroep is dan ook nog steeds onacceptabel hoog.
Het gedrag van de leukemiecellen wordt voor een belangrijk deel bepaald door de afwijkingen in het DNA die de oorzaak zijn van het ontstaan en de ontwikkeling van de leukemie. Ook de gevoeligheid voor de gebruikte medicijnen en daarmee de kans op een succesvolle behandeling, wordt door deze afwijkingen beïnvloed. Zo hebben wij enkele jaren geleden laten zien dat een afwijking in het IKZF1-gen zorgt voor verminderde gevoeligheid voor glucocorticoiden, een groep medicijnen die essentieel is voor de behandeling van dit type leukemie. Mede hierdoor zijn leukemieën die worden gekenmerkt door een IKZF1 afwijking moeilijk te bestrijden, en worden deze gekwalificeerd als hoog-risico. De patiënten worden langer en intensiever behandeld. Hoewel dit de kans op genezing verhoogt, gaat het gepaard met meer en ernstigere korte en lange termijn bijwerkingen. 
B.     Onderzoeksrichting/voorgestelde oplossing
Wij streven er naar om de behandeling beter aan te passen aan de (genetische) kenmerken van de leukemie om de effectiviteit te verhogen, maar niet ten koste van de kwaliteit van leven tijdens en na de behandeling. Wij hebben nu ook de effecten van IKZF1 verlies op de gevoeligheid voor verschillende andere medicijnen bestudeerd. Hieruit bleek dat leukemiecellen met een IKZF1 afwijking eveneens minder gevoelig zijn voor cytarabine, een medicijn dat onderdeel uitmaakt van de behandeling van leukemie. Het doel van dit project is dan ook het verder zoeken naar de oorzaak en de gevolgen van resistentie tegen cytarabine en het verbeteren van de respons op dit type medicijnen.
C.     Relevantie
Met dit onderzoek willen wij de bestaande behandeling voor acute lymfatische leukemie verbeteren voor deze specifieke patientengroep. Echter, we verwachten dat de bevindingen breder toepasbaar zijn en ook de behandeling van andere vormen van leukemie verbeteren.
D.     Onderzoeksvragen
Het project is opgebouwd uit verschillende delen:
1.    We bestuderen hoe afwijkingen in het IKZF1 gen leiden tot ongevoeligheid van BCP-ALL cellen voor cytarabine en onderzoeken de mogelijkheden voor het inzetten van alternatieven uit dezelfde medicijnklasse.
2.    We gaan op zoek naar medicijncombinaties die de effectiviteit van cytarabine kunnen verhogen. 
3.    We onderzoeken in hoeverre deze medicijn combinaties ook werkzaam zijn bij andere vormen van Acute Leukemie
E.      Onderzoeksopzet
Voor het eerste deel bouwen we voort op het werk dat we hebben verricht in aanloop naar deze projectaanvraag. Eerst willen we het aantal bruikbare cel modellen uitbreiden, waarin het de gevolgen van IKZF1 verlies kunnen onderzoeken. We bestuderen welke (verstoorde) moleculaire processen ervoor zorgen dat deze cellen minder gevoelig worden voor cytarabine. Zo hebben we aanwijzingen dat verlies van IKZF1 ertoe leidt dat cellen meer enzymen maken die cytarabine kunnen omzetten in een niet-actieve stof. Tenslotte willen we onderzoeken of deze vorm van leukemie beter te behandelen is met medicijnen die sterk lijken op cytarabine. Er zijn veel andere zogenaamde nucleoside-analogen, de klasse van medicijnen waar ook cytarabine toe behoort, die worden ingezet in de behandeling van leukemie en andere vormen van kanker. We willen bestuderen of leukemiecellen met IKZF1 afwijkingen wellicht gevoeliger zijn voor deze sterk verwante medicijnen.

In het tweede deelproject gaan we op zoek naar slimme medicijncombinaties die de effectiviteit van cytarabine in zowel BCP-ALL als AML kunnen verhogen. Dankzij CRISPR/Cas9 gestuurde DNA-modificaties kunnen we in ons laboratorium alle genen in het DNA van gekweekte tumorcellen één voor één uitschakelen, en nagaan wat het effect daarvan is op de gevoeligheid van bepaalde medicijnen, waaronder cytarabine. Omdat we in totaal ongeveer 21.000 verschillende genen hebben, klinkt dit als een haast onmogelijke klus. Door gebruik te maken van moderne analysetechnieken kunnen we dit evenwel voor duizenden genen tegelijk doen. Door deze techniek toe te passen op onze resistente leukemiecellen, kunnen we bepalen welke genen onmisbaar zijn voor de leukemiecel om de behandeling te overleven. Omdat we in veel gevallen weten bij welke processen in de cel de diverse genen betrokken zijn, kunnen we uit bestaande en toegepaste medicijnen, de juiste selecteren die aangrijpen op deze processen. Ook maken we gebruik van de inzichten die worden verkregen uit deelproject 1. In het voorwerk hebben we de potentie van deze aanpak laten zien. Nu willen we deze studies uitbreiden om zo een combinatietherapie te ontwikkelen die zich richt op de zwakke plek van de leukemie. De inzichten van de CRISPR screen combineren we met de resultaten van een drugscreen waarin we van honderden medicijnen (zowel medicijnen die in gebruik zijn als medicijnen die in ontwikkeling zijn) testen of ze de werking van cytarabine versterken. Door deze twee screeningsmethoden te combineren krijgen we een goed inzicht in welke cellulaire processen de gevoeligheid voor cytarabine bepalen en hoe we deze gevoeligheid kunnen beïnvloeden. 
F.      Verwachte uitkomsten
Aan het einde van het project willen we advies uit kunnen brengen over de rol van cytarabine bij de behandeling van leukemie. Moet dit medicijn in de behandeling van door IKZF1 verlies gekenmerkte tumoren worden vervangen door een alternatief, of kan de werking in ALL en wellicht ook AML worden versterkt door de inzet van een slimme medicijncombinatie? We verwachten dat we met de resultaten van ons onderzoek de behandeling van leukemie kunnen verbeteren op een manier die de kans op overleving verbetert. Tegelijkertijd hopen wij dat door het gebruik van medicijncombinaties die beter afgestemd zijn op de specifieke kenmerken van de leukemie, er minder bijwerkingen zullen optreden.
G.     Omschrijving stappen nodig om resultaat te implementeren
Het Prinses Maxima is goed uitgerust om pre-klinische onderzoeksbevindingen te vertalen naar klinische studies om de werking in patienten te onderzoeken.