Bloedplaatjes, angiogenese en tumorgroei - nijbakker

Bloedplaatjes, angiogenese en tumorgroei
M. Belderbos
Samenvatting
Angiogenese is een belangrijke voorwaarde voor tumorgroei. Bloedplaatjes zijn een
belangrijke bron van VEGF, één van de belangrijkste stimulatoren van angiogenese.
Door afgifte van VEGF bevorderen bloedplaatjes angiogenese en tumorgroei.
Bloedplaatjes nemen verschillende eiwitten op uit het bloed, waaronder antilichamen.
Bevacizumab, een antilichaam tegen VEGF, wordt opgenomen door bloedplaatjes.
Wij veronderstellen dat bloedplaatjes ook andere antilichamen opnemen. In dit verslag
onderzoeken wij de opname in bloedplaatjes van verschillende klinisch toegepaste
antilichamen en het effect van deze opname op de werking van het antilichaam en de
functie van de bloedplaatjes.
Introductie
Angiogenese
Iedere cel is voor zijn overleving afhankelijk van zuurstof en voedingsstoffen. Deze
stoffen worden aangeleverd via het bloed. Angiogenese, of vaatnieuwvorming, is de
vorming van nieuwe bloedvaten uit het bestaande vasculaire netwerk (figuur 1).
Angiogenese is een fysiologisch proces, dat optreedt tijdens de embryonale ontwikkeling,
de menstruele cyclus en bij wondgenezing.
Daarnaast speelt angiogenese een belangrijke rol bij het ontstaan van tumoren[1].
Een kenmerk dat kankercellen
onderscheidt van normale cellen
is dat kankercellen ongeremd
delen. Om aan de hoge vraag
naar aan voedingsstoffen en
zuurstof te voldoen, hebben
tumoren behoefte aan een
uitgebreide bloedvoorziening. Al
in de jaren ’70 toonde Judah
Folkman aan dat tumoren de
vorming van hun eigen
bloedvoorziening stimuleren
(angiogenese)[2]. Eén van de
belangrijkste factoren die deze
Figuur 1: Angiogenese.
vaatnieuwvorming stimuleert is
VEGF, afkomstig uit de tumor en gastheercellen,
vascular endothelial growth
stimuleert de vorming van nieuwe bloedvaten uit het
factor (VEGF)[2].
bestaande vasculaire netwerk.
Bloedplaatjes en angiogenese
Ons bloed bestaat uit plasma, rode en witte bloedcellen en bloedplaatjes (trombocyten).
Bloedplaatjes zijn verantwoordelijk voor bloedstolling en het voorkomen van verder
bloedverlies. Als er ergens in het lichaam schade optreedt aan een bloedvat, dan leidt dit
tot een cascade aan reacties, met als uiteindelijke resultaat de vorming van een
plaatjesplug die verder bloedverlies voorkomt en wondgenezing bevordert.
Bloedplaatjes bevorderen de wondgenezing door afgifte van diverse groeifactoren[35].Vaatwandschade leidt tot blootstelling van het bloed aan eiwitten die bloedplaatjes
‘vangen’. Als plaatjes worden gevangen raken zij geactiveerd, en stoten zij hun
groeifactoren uit, waaronder VEGF. Hierdoor worden vaatnieuwvorming en
wondgenezing gestimuleerd[3, 4].
Naast wonden worden plaatjes ook gevangen in tumoren en vormen daar lokale
plaatjesaggregaten[6, 7]. Er wordt verondersteld dat de continue afgifte van VEGF leidt
tot angiogenese, een belangrijke voorwaarde voor tumorgroei[6, 8].
Figuur 2: Bloedplaatjes in tumorgroei en
angiogenese
Bloedplaatjes worden gevangen in de tumor en
stoten daar de hun groeifactoren uit, waaronder
VEGF. Dit bevordert angiogenese en
tumorgroei.
Antilichamen
Antilichamen zijn eiwitten die van nature in ons lichaam voorkomen. Ze spelen een rol in
de afweer tegen ziektekiemen. Binding van antilichamen remt verspreiding van virussen
en leidt via verschillende mechanismen tot vernietiging van bacteriën[9].
Sinds enkele jaren worden kunstmatig geproduceerde antilichamen gebruikt in de
behandeling van een scala aan ziekten, waaronder kanker[10]. Deze antilichamen zijn zó
ontworpen dat zij zich binden aan groeifactoren of andere eiwitten die essentieel zijn
voor de groei en overleving van de tumorcellen. Door de werking van deze groeifactoren
te blokkeren, of door de kankercellen direct aan te vallen, remmen deze antilichamen
tumorgroei[10]. Op dit moment worden vier therapeutische antilichamen toegepast in de
kliniek; een groot aantal andere is in ontwikkeling.
Bevacizumab
Bevacizumab is een antilichaam dat de activiteit van VEGF blokkeert[11]. Bevacizumab
is goedgekeurd voor de behandeling van darmkanker, en is in klinische studies voor
verschillende andere kankersoorten[11].
Eerdere onderzoeken hebben aangetoond dat bevacizumab wordt opgenomen in de
bloedplaatjes. Dit is een interessante bevinding, omdat VEGF, het ligand voor
bevacizumab, voornamelijk gelokaliseerd is in de bloedplaatjes[12]. Plaatjesopname van
bevacizumab blokkeert het VEGF in de plaatjes vrijwel volledig[12].
Opname van bevacizumab kan dus een belangrijk aspect zijn van het
werkingsmechanisme van dit antilichaam. Daarnaast kan plaatjesopname een algemeen
mechanisme zijn, dat van toepassing is op meerdere antilichamen.
Hypothese
Bloedplaatjes nemen antilichamen op, en deze opname beïnvloedt de werking van het
antilichaam en de functie van de plaatjes.
Methoden en resultaten
Om deze veronderstelling te toetsen, bestudeerden wij plaatjesopname van verschillende
antilichamen in in vitro en in vivo experimenten. Daarnaast verzamelden we bloed van
kankerpatiënten die behandeld werden met anti-VEGF antilichamen, om te bestuderen of
we ook in patiënten bewijs vonden voor plaatjesopname van antilichaam.
Plaatjes nemen verschillende antilichamen op
Om te bestuderen of bloedplaatjes ook andere antilichamen opnemen, werden plaatjes
geincubeerd met fluorescerende antilichamen. Na een uur werd het vrije antilichaam
verwijderd, en werd de fluorescentie van de plaatjes bepaald. Er was een
dosisafhankelijke toename van de plaatjesfluorescentie na incubatie met alle geteste
antilichamen (figuur 3). Plaatjes zijn dus in staat om verschillende antilichamen op te
nemen.
De concentratie anti-VEGF antilichaam in de plaatjes was vele malen hoger dan de
hoeveelheid VEGF. Deze grote overmaat aan antilichaam zou voldoende moeten zijn om
het plaatjes-VEGF volledig te blokkeren.
Figuur 3: Opname van antilichaam. Bloedplaatjes werden geïncubeerd met fluorescerende antilichamen
tegen EGFR, Her-2-neu, VEGF en controle (aspecifiek) antilichaam. Er is een dosisafhankelijke toename
van de plaatjesfluorescentie (Mean Fluorescence Intensity, MFI), wat duidt op opname van antilichaam in
de bloedplaatjes.
Gevolgen van antilichaam opname op de plaatjesfunctie
Vervolgens bestudeerden we de gevolgen van antilichaamopname op de functie van de
plaatjes door middel van een endotheelcelproliferatie assay. Endotheelcellen (de cellen
die de bloedvatwand bekleden) werden geïncubeerd met plaatjes die waren opgeladen
met anti-VEGF antilichaam. Normale bloedplaatjes stimuleren angiogenese, onder andere
door de groei van endotheelcellen (de cellen die de bloedvatwand bekleden) te
bevorderen. Na incubatie met anti-VEGF antilichaam was er significant minder groei van
de endotheelcellen (maximale remming 33%, p=<0.01, figuur 4).
Figuur 4: Opname van anti-VEGF antistof
remt de stimulerende werking van
bloedplaatjes op endotheelcellen.
Endotheelcellen werden gedurende 72 uur
geïncubeerd met toenemende concentraties
bloedplaatjes die waren opgeladen met
aspecifieke antistof (controle) of anti-VEGF
antistof. Incubatie met anti-VEGF antilichaam
resulteerde in een significante remming van de
endotheelcelgroei.
Gevolgen van antilichaam opname op de werking van het antilichaam
Bloedplaatjes worden gevangen in tumoren, en geven daar hun groeifactoren af. Wij
veronderstellen dat ook de opgenomen antilichamen actief worden uitgescheiden ter
plaatse van de tumor. Plaatjes zouden dus gebruikt kunnen worden om antilichamen
selectief naar de tumor te transporteren.
Op dit moment wordt gewerkt aan een methode om de in vivo verdeling van antilichamen
afkomstig uit bloedplaatjes te bestuderen.
Conclusie
In dit verslag beschrijven wij dat diverse klinisch toegepaste antlichamen worden
opgenomen in bloedplaatjes. Opname van anti-VEGF antlichaam blokkeert het VEGF in
de plaatjes, en remt zo hun angiogene activiteit. Opname in bloedplaatjes is dus mogelijk
een belangrijk aspect van het werkingsmechanisme van antilichamen.
Daarnaast beïnvloedt antilichaam-opname mogelijk ook de functie van de plaatjes.
Bijwerkingen van klinisch gebruikte antilichamen zijn onder andere bloedingsstoornissen
en trombose. Inzicht in de interactie tussen bloedplaatjes, antilichamen en tumorgroei zal
in de toekomst hopelijk leiden tot een meer gerichte behandeling van kankerpatiënten,
met minder schadelijke bijwerkingen.
Referenties
1.
2.
Ferrara, N. and R.S. Kerbel, Angiogenesis as a therapeutic target. Nature, 2005.
438(7070): p. 967-74.
Folkman, J., Tumor angiogenesis: therapeutic implications. N Engl J Med, 1971.
285(21): p. 1182-6.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Brill, A., H. Elinav, and D. Varon, Differential role of platelet granular mediators
in angiogenesis. Cardiovasc Res, 2004. 63(2): p. 226-35.
Kisucka, J., et al., Platelets and platelet adhesion support angiogenesis while
preventing excessive hemorrhage. Proc Natl Acad Sci U S A, 2006. 103(4): p.
855-60.
Plow EF, G.M., The molecular basis for platelet function, in Hematology: Basic
principles and practice., B.E. Hoffman DR, Shattil SJ, Furie B, Cohen HJ,
Silberstein LE, McGlave P, ed., Editor. 2000, Churchill Livingstone:
Philadelphia. p. 1741-1752.
Verheul, H.M., et al., Platelet and coagulation activation with vascular
endothelial growth factor generation in soft tissue sarcomas. Clin Cancer Res,
2000. 6(1): p. 166-71.
Dirix, L.Y., et al., Plasma fibrin D-dimer levels correlate with tumour volume,
progression rate and survival in patients with metastatic breast cancer. Br J
Cancer, 2002. 86(3): p. 389-95.
Caine, G.J., et al., Platelet activation, coagulation and angiogenesis in breast and
prostate carcinoma. Thromb Haemost, 2004. 92(1): p. 185-90.
Roitt I, B.J., Male D, Immunology 6th edition. 2002, London: Mosby.
Adams, G.P. and L.M. Weiner, Monoclonal antibody therapy of cancer. Nat
Biotechnol, 2005. 23(9): p. 1147-57.
Jain, R.K., et al., Lessons from phase III clinical trials on anti-VEGF therapy for
cancer. Nat Clin Pract Oncol, 2006. 3(1): p. 24-40.
Verheul HM, L.M., Quian DZ, Hilkes YH, Liapi E, Pili R, Voest ER. Uptake of
bevacizumab by platelets blocks the biological activity of platelet-derives
vascular endothelial growth factor. . in AACR Annual Meeting. 2006.
Dankwoord
Deze onderzoeksstage en het verslag zouden niet mogelijk geweest zijn zonder de
inspirerende begeleiding van dr. H. Verheul, dr. R. Pili en prof. Dr. E. Voest.
Ook wil ik de Nijbakker-Morra Stichting bedanken voor het mogelijk maken van deze
stage.