Epitheliaal ovariumcarcinoom is de meest dodelijke gynaecologische maligniteit in Nederland. Het is een sluipmoordenaar omdat het pas in een laat stadium klachten geeft. Derhalve is het in de meeste gevallen reeds in een vergevorderd stadium dat de diagnose wordt gesteld. De behandeling bestaat in dat geval uit debulking chirurgie en adjuvante chemotherapie. Ondanks deze behandeling is de mediane overleving bij een hoogstadium ovariumcarcinoom slechts 2,5 jaar en de vijfjaarsoverleving bedraagt 20-60%. Dit is in de afgelopen decennia nauwelijks toegenomen. In mijn proefschrift Novel Strategies for the Targeted Treatment of Ovarian Cancer ben ik op zoek gegaan naar nieuwe invalshoeken voor de behandeling van het ovariumcarcinoom.
Fotocredit: Theo Hafmans Fotografie
In het eerste deel van mijn proefschrift heb ik me gericht op het ontwikkelen van een effectief drug delivery system voor de afgifte van oligonucleotiden, in het bijzonder mRNA. De cellulaire opname van deze moleculen is namelijk zeer beperkt. Tevens is mRNA zeer instabiel en wordt het snel afgebroken. Daarom moet het beschermd worden. Hiervoor heb ik gebruikgemaakt van celpenetrerende peptiden (CPP’s). Dit zijn peptiden die in staat zijn om moleculen over het celmembraan in de cel te brengen. Hiervoor worden ze covalent gekoppeld of ze worden – zoals in mijn onderzoek – verpakt in nanodeeltjes middels elektrostatische interactie.
PepFect14 nanoparticles
De opname van verschillende CPP’s heb ik in 3D-tumormodellen getest. Tevens heb ik onderzocht hoe CPP’s opgenomen werden in primair tumorweefsel dat met behoud van morfologie in het lab tot zeven dagen lang gekweekt werd. Uiteindelijk bleek het CPP PepFect14, een cationisch CPP met stearinezuur vetstaart, het meest effectief in de transfectie van mRNA. In een in-vitrokweek liet een commerciële lipidenformulatie efficiëntere transfectie zien. Echter, naarmate een complexer model werd gebruikt – 3D-tumorkweek, primaire tumorkweek, of in–vivomuismodellen, lieten de PepFect14 nanoparticles betere mRNA-transfectie zien ten opzichte van de standaard lipidenformulatie.
Fotodynamische therapie
In het tweede deel van mijn proefschrift heb ik me gericht op fotodynamische therapie. Hierbij worden lichtgevoelige moleculen op de tumor aangebracht en door een nabij-infrarood licht beschenen. Daardoor ontstaan zuurstofradicalen, wat resulteert in necrose of apoptose van de maligne cellen. Aangezien ovariumcarcinoom in veel gevallen niet metastaseert tot buiten de buikholte, zou het theoretisch mogelijk zijn om tijdens debulking chirurgie fotodynamische therapie toe te passen. Echter, gezien de aspecifieke binding van de huidige fototoxische moleculen kan dit tot forse nevenschade leiden. Met dit project wilde ik daarom de binding van het fototoxische molecuul IRDye 700DX specifieker en effectiever maken.
Hoogste celdood
Initieel is IRDye 700DX hiervoor gekoppeld aan een single-domain antibody (sdAb) tegen de epidermale groeifactorreceptor. Deze receptor wordt vaak tot overexpressie gebracht in ovariumcarcinoom. Zoals verwacht liet dit efficiënte binding zien. De complexen bleven echter gesitueerd aan het celmembraan. Derhalve werd ook een CPP aan het construct gekoppeld. Dit resulteerde in een hogere opname ten opzichte van de constructen zonder gekoppeld CPP. Tot onze verbazing leidde de hogere opname echter niet tot hogere effectiviteit en lieten de sdAB-IRDye 700DX de hoogste celdood zien in vitro.
DARPin-IRDye 700DX-constructen
Als laatste heb ik IRDye 700DX gekoppeld aan een designed ankyrin repeat protein (DARPin) dat bindt aan het epitheliale celadhesiemolecuul (EpCAM). Evenals antilichamen zijn DARPins zeer specifiek en hebben een hoge bindingsaffiniteit tegen geselecteerde epitopen, maar zijn ze ongeveer vele malen kleiner dan antilichamen. Ik liet zien dat deze DARPin-IRDye 700DX-constructen efficiënt en zeer specifiek binden aan EpCAM-expresserende ovariumcarcinoomcellen. Dit is aangetoond in zowel in-vitro- als in-vivostudies en tevens in primair tumorweefsel.
De Promotie
Dirk van den Brand promoveerde op 31 mei 2021 aan de Radboud Universiteit Nijmegen. Zijn proefschrift getiteld Novel Strategies for the Targeted Treatment of Ovarian Cancer kwam tot stand onder begeleiding van prof. dr. Roland Brock, prof. dr. Leon Massuger en dr. Wouter Verdurmen. Dirk is in opleiding tot gynaecoloog aan het Radboudumc en momenteel werkzaam in het Canisius-Wilhelmina Ziekenhuis te Nijmegen.