Het begrijpen en benutten van eosinofielen ter verbetering van de effectiviteit van immuuntherapie voor borstkanker

Achtergrond en probleemstelling
Hoewel immuuntherapie met checkpointremmers (ICB) voor een doorbraak heeft gezorgd in de behandeling van verschillende kankersoorten, heeft slechts een minderheid van de borstkankerpatiënten baat bij behandeling met checkpointremmers alleen1-3. Het percentage patiënten dat reageert op immuuntherapie kan verhoogd worden tot ongeveer 20% door patiënten te selecteren met PDL1+ triple negatieve borstkanker (TNBC)4,5 en door het toevoegen van chemotherapie6-8. Deze bemoedigende maar bescheiden resultaten laten zien dat er nog veel ruimte is voor verbetering van het succes van immuuntherapie-behandeling van borstkanker. Een dieper begrip van de mechanismen die de respons op immuuntherapie in borstkanker reguleren is essentieel voor het rationeel ontwerpen van effectievere immuuntherapie strategieën.

Onderzoeksrichting
In ons recente KWF Unique High Risk project (KWF10653; Kok & de Visser) en in vervolgstudies hebben we ontdekt dat een toename van bepaalde afweercellen, zogenaamde eosinofielen, in het bloed van borstkankerpatiënten die werden behandeld met de checkpointremmer anti-PD-1 (TONIC-studie) geassocieerd is met het aanslaan van de behandeling (manuscript in voorbereiding). Eosinofielen zijn veelzijdige immuuncellen die betrokken zijn bij wondheling, astma en allergieën, maar in de context van kanker grotendeels over het hoofd zijn gezien. Onze bevindingen roepen de vraag op of eosinofielen slechts dienen als een biomarker voor het aanslaan van de immuuntherapie-behandeling, of dat ze causaal betrokken zijn bij ICB-respons. Om de causaliteit tussen de dynamiek van eosinofielen en de uitkomst na ICB te onderzoeken, hebben we chemo-immuuntherapie interventiestudies uitgevoerd in het K14cre;Cdh1F/F;Trp53F/F muismodel voor uitgezaaide borstkanker. In lijn met onze waarnemingen in reagerende borstkankerpatiënten, resulteerde chemo-immuuntherapie in een verhoging van eosinofielen in het bloed en tumoren van muizen met uitgezaaide borstkanker, wat op zijn beurt geassocieerd was met een langere overleving. Opvallend was dat depletie van eosinofielen in het muismodel door middel van een antilichaam de door immuuntherapie geïnduceerde verlengde overleving volledig ophief, terwijl het therapeutische effect van behandeling met alleen chemotherapie onafhankelijk was van eosinofielen. Deze bevindingen tonen een onverwachte causale rol voor eosinofielen aan in de therapeutische effectiviteit die ICB biedt bij de behandeling van uitgezaaide borstkanker. In dit project zullen we voortbouwen op deze solide reeks van intrigerende bevindingen uit ons vooronderzoek en ontrafelen hoe eosinofielen de respons op immuuntherapie bij borstkanker versterken.

Doel
We veronderstellen dat het verkrijgen van inzichten in hoe ICB de mobilisatie en activatie van eosinofielen induceert, en hoe eosinofielen de  respons op checkpointremmers bewerkstelligen, ons nieuwe aangrijpingspunten geeft om eosinofielen therapeutisch in te zetten om de effectiviteit van immuuntherapie te verbeteren. Vandaar dat dit project gefocust is op het begrijpen en benutten van eosinofielen ter verbetering van de effectiviteit van immuuntherapie voor borstkanker

Onderzoeksplan
Om ons doel te bereiken zullen we mechanistische studies in preklinische muismodellen voor uitgezaaide borstkanker combineren met diepgaande analyses van bloed- en tumormonsters van borstkankerpatiënten die zijn behandeld met checkpointremmers, en de volgende onderzoeksvragen bestuderen:

WP1. Verhelderen hoe immuuntherapie met checkpointremmers eosinofielen induceert en verandert.
We streven ernaar om te identificeren welke signaalstoffen de mobilisatie en activatie van eosinofielen aandrijven. We zullen de veranderingen in hoeveelheden van signaalstoffen gerelateerd aan eosinofiel biologie profileren in serummonsters en tumorbiopten van borstkankerpatiënten die meedoen aan de TONIC-studie. Omdat onze bevindingen uit ons vooronderzoek aangeven dat eosinofiel-modulerende cytokinen IL5 en IL33 geïnduceerd zijn in muizen met borstkanker die behandeld zijn met ICB en chemotherapie, zal onze focus liggen op het onderzoeken van hun functionele relevantie in onze muismodelen, in aanvulling op andere signaalstoffen die we zullen identificeren in dit doel. Bovendien streven we ernaar om gedetailleerde inzichten te verkrijgen in hoe eosinofielen van muizen en borstkankerpatiënten worden beïnvloed door ICB op het transcriptionele niveau, en of eosinofielen van patiënten die reageren op ICB anders geactiveerd zijn dan eosinofielen van patiënten die niet reageren.

WP2. Onderzoeken welke parameters in het tumor micro-milieu beïnvloed worden door immuuntherapie-geïnduceerde eosinofielen, en hoe dit gerelateerd is aan intratumorale dynamiek en gedrag van eosinofielen.
We streven ernaar om gedetailleerde inzichten te verkrijgen in welke kenmerken van kanker worden beïnvloed, direct of indirect, door immuuntherapie-geïnduceerde eosinofielen. We zullen twee complementaire, maar niet onderling afhankelijke, strategieën volgen: 1) we zullen bestuderen hoe depletie van immuuntherapie-geïnduceerde eosinofielen het tumor micro-milieu van primaire borsttumoren en uitzaaiingen in preklinische muismodellen verandert; 2) we zullen intravitale microscopie gebruiken om het gedrag en de verschillende interacties van eosinofielen in borsttumoren te bestuderen in real-time en hoe dit verandert tijdens behandeling met immuuntherapie. We verwachten dat dit subdoel nieuwe inzichten zal verschaffen in het effect van ICB+/-chemotherapie op het in vivo gedrag van eosinofielen in borsttumoren, en welke kenmerken van het tumor micro-milieu worden beïnvloed door deze eosinofielen.

WP3. Ontrafelen hoe eosinofielen een gunstige bijdrage leveren aan de therapeutische effectiviteit van immuuntherapie voor borstkanker, en testen of eosinofielen therapeutisch benut kunnen worden om de effectiviteit van immuuntherapie te verbeteren.
Dit subdoel is gefocust op het mechanistisch begrijpen van hoe ICB-geïnduceerde eosinofielen bijdragen aan verbeterde tumorcontrole en om eosinofielen therapeutisch in te zetten. We zullen functionele in vitro en in vivo studies uitvoeren om op moleculair niveau te ontleden hoe eosinofielen leiden tot tumorcontrole tijdens behandeling met ICB. Bovendien, gebaseerd op de mechanistische inzichten verkregen in dit project, zullen we proof-of-principle studies ontwerpen en uitvoeren om te testen of het opzettelijk stimuleren van eosinofielen in onze preklinische muismodelen een haalbare strategie is om de effectiviteit van immuuntherapie te verbeteren in borstkanker.

Verwachte uitkomst
Succesvolle voltooiing van dit project zal leiden tot nieuwe moleculaire inzichten in de mechanismen waarmee eosinofielen bijdragen aan immuuntherapie respons van uitgezaaide borstkanker. Door het uitvoeren van studies in preklinische muismodellen in combinatie met parallelle analyses van monsters van borstkankerpatiënten behandeld met immuuntherapie, verwachten we te ontdekken 1) hoe immuuntherapie met checkpointremmers eosinofielen mobiliseert, activeert en verandert; en 2) hoe eosinofielen immuuntherapie respons verbeteren. Bovendien zullen onze voorgestelde proof-of-principle studies laten zien of het bewust induceren en activeren van eosinofielen een effectieve strategie is om het therapeutisch effect van checkpointremmers te verbeteren in borstkanker. We verwachten dat bevindingen uit dit project een solide basis kunnen vormen voor het ontwerpen van nieuwe behandelingsmethoden gericht op het stimuleren van eosinofielen om de effectiviteit van immuuntherapie voor borstkanker te verbeteren.