Erasmus MC : Ronald Hoekstra

3 februari 2006
Promotor: Prof. dr. J. Verweij
Co-promotor: Dr. F.A.L.M. Eskens

Bij de behandeling van kanker met chemotherapie is in de afgelopen decennia vooral gebruik gemaakt van cytotoxische middelen, die essentiële intranucleaire processen remmen die betrokken zijn bij de celdeling. Als gevolg van beschadiging van het DNA wordt celdood bevorderd en kunnen tumoren in omvang afnemen. Hoewel deze cytotoxische middelen effectief zijn, wordt de toepassing ervan in de klinische praktijk beperkt door het optreden van bijwerkingen, die vaak hinderlijk en in sommige gevallen zelfs levensbedreigend kunnen zijn. Deze bijwerkingen zijn het gevolg van de aspecifieke werking van de cytotoxische middelen, die naast tumorcellen immers ook normale cellen zoals beenmergcellen, slijmvliescellen, haarzakjes en zenuwcellen kunnen beschadigen. Naast de beperkingen die het gevolg zijn van het optreden van bijwerkingen, wordt de werkzaamheid van de cytotoxische middelen verder beperkt door het frequent optreden van resistentie tegen deze middelen. Hierbij spelen diverse verschillende mechanismen een rol, zoals inactivatie van het p53 tumorsuppressor gen, en overexpressie van genen die betrokken zijn bij het stimuleren van efflux van cytotoxische middelen uit de kankercel. Het optreden van bijwerkingen enerzijds, en de geschetste beperkingen in effectiviteit anderzijds dragen bij tot de op dit moment teleurstellende conclusie dat vooral uitgezaaide kanker momenteel nog maar zelden genezen kan worden met behulp van cytotoxische middelen.
In de laatste jaren heeft de wetenschap talrijke processen ontrafeld die specifiek zijn voor het ontstaan en overleven van kankercellen en het optreden van uitzaaiingen. Aansluitend op het ontstaan van deze inzichten zijn vele nieuwe middelen ontwikkeld die specifiek gericht zijn tegen een van deze processen, waarbij de hoop is ontstaan dat op deze wijze de kankercel meer doelgericht kan worden aangepakt. Deze nieuwe middelen kunnen zowel gericht zijn tegen processen in de kankercel zelf als tegen processen die zich in de directe nabijheid van de kankercel afspelen. Deze nieuwe generatie antikanker middelen wordt “target specific” genoemd, en omdat het effect van deze middelen vooral groeiremmend of cytostatisch is, worden ze met een enigszins verwarrende term ook wel cytostatische middelen genoemd, dit dus in tegenstelling tot de klassieke cytotoxische middelen. Als gevolg van de specifieke werking van deze nieuwe cytostatische middelen is de hoop en verwachting ontstaan dat bijwerkingen minder zullen optreden.
De klinische toepassing van deze nieuwe “target specific” antikanker middelen heeft grote invloed op het ontwerp en de uitvoering van vroeg-klinische fase I en II studies. Fase I studies met nieuwe cytotoxische middelen worden gekenmerkt door het toedienen van opklimmende doseringen aan kleine groepen patiënten, met als doel het vaststellen van de maximaal tolereerbare dosis en het beschrijven van de belangrijkste bijwerkingen om zo een aanbevolen dosis te bepalen voor vervolgstudies. Vervolgens kan in fase II studies bij patiënten met een bepaald tumortype deze aanbevolen dosering worden getest om de effectiviteit van het betreffende middel vast te stellen. De belangrijkste maat voor deze effectiviteit is het percentage patiënten, bij wie er daadwerkelijk tumorverkleining optreedt. Omdat zoals vermeld de cytostatische of ‘target specific” antikanker middelen zowel een ander werkingsmechanisme als een ander potentieel bijwerkingenprofiel zullen hebben, zal hiermee bij het ontwerp en de uitvoering van fase I en II studies terdege rekening moeten worden gehouden.
Dit proefschrift beschrijft de mogelijke aanpassingen die nodig zijn bij de opzet en uitvoering van vroeg-klinisch onderzoek van nieuwe doelgerichte c.q. “target specific” antikanker middelen. Tevens worden de resultaten beschreven van diverse fase I studies met enkele van deze nieuwe doelgerichte antikanker middelen, zowel getest als monotherapie als in combinatie met veelgebruikte cytotoxische middelen. De nieuwe doelgerichte antikanker middelen die werden bestudeerd zijn een epidermale groeifactor receptor tyrosine kinase remmer, een farnesyltransferase remmer en een angiogenese remmer.

In hoofdstuk 2 wordt een overzicht gegeven van de aanpassingen die overwogen moeten worden bij het ontwerp en de uitvoering van fase I en II studies met doelgerichte antikanker middelen. In vergelijking met de fase I studies met cytotoxische antikanker middelen waarbij de nadruk ligt op het bepalen van de maximaal tolereerbare dosis en het beschrijven van de daarbij optredende acute bijwerkingen ter bepaling van de aanbevolen dosis voor vervolgstudies, is bij bestudering in fase I studieverband van doelgerichte antikanker middelen een andere aanpak nodig. Omdat de bijwerkingen naar verwachting geringer of mogelijk zelfs geheel afwezig zijn, is het bepalen van de maximaal tolereerbare dosis vaak onmogelijk en is het beter de dosis te bepalen waarbij het optimale biologische effect wordt bereikt. Om de dosering met het optimale biologische effect te bepalen zijn nieuwe eindpunten nodig. Voorbeelden hiervan zijn het gebruik van farmacokinetische parameters, waarbij bijvoorbeeld plasmaconcentraties die effectief zijn gebleken in diermodellen gebruikt worden als streefwaarde in studies met mensen. Verder kan onderzocht worden of het nieuwe middel ook werkelijk in staat is het beoogde doel te remmen. Dit effect zou bij voorkeur in tumorweefsel zelf bestudeerd moeten worden, maar in verband met beperkingen in de uitvoerbaarheid hiervan, wordt vaak gekeken naar het effect in surrogaat weefsels, zoals huidweefsels en witte bloedcellen. In traditionele fase II studies met cytotoxische antikanker middelen wordt vaak het percentage patiënten waarbij een verkleining van de tumor optreedt als maat gebruikt voor de activiteit van een nieuw antikanker middel, met als doel de beste middelen te selecteren die uiteindelijk getest gaan worden in grootschalige effectiviteitsstudies. Omdat bij doelgerichte antikanker middelen er veelal geen tumorverkleining optreedt maar veeleer groeiremming ofwel stabilisatie, is deze studiemethode veelal niet geschikt en moet op andere manieren een indruk worden verkregen van de antikanker activiteit. Voorbeelden hiervan zijn het vaststellen van de tijd die het gemiddeld duurt voordat de tumor groeit en die tijd te vergelijken met historische  groeiwaarden van patiënten met soortgelijke tumoren; het gebruik van tumormerkstoffen om een indruk te krijgen van het ziekte beloop; het gebruik van metingen in tumor of surrogaat weefsel waarbij de mate en frequentie van remming van het doel wordt gemeten. Omdat het hierbij toch vaak moeilijk is om te beoordelen of een nieuw middel daadwerkelijk antikanker werking heeft, zouden de fase II studies bij voorkeur gerandomiseerd moeten zijn, zodat een betere vergelijking mogelijk is.

In hoofdstuk 3 worden de resultaten beschreven van een fase I onderzoek met PKI166, een remmer van het epidermale groeifactor receptor tyrosine kinase. De studie beschrijft de toediening van PKI166 in tabletvorm in een eenmaal daagse dosering. In het eerste deel van de studie werd PKI166 dagelijks gegeven zonder onderbreking. In de eerste twee cohorten van 50 en 100 mg werden frequent leverfunctiestoornissen waargenomen. In verband hiermee werd in het tweede deel van de studie een alternatief schema bestudeerd met dagelijkse toediening gedurende 2 weken gevolgd door 2 weken zonder medicijnen. Met dit alternatieve schema traden de bijwerkingen, bestaande uit transaminase verhogingen, diarree en huiduitslag, pas op bij veel hogere doseringen en werd de aanbevolen dosis voor vervolgstudies bepaald op eenmaal daags 750 mg gedurende 2 weken elke 4 weken. Het farmacokinetische onderzoek toonde aan dat PKI166 snel werd opgenomen vanuit de darm, waarbij inname van voeding weinig effect had op de opname en verdeling in het lichaam en waarbij concentraties in het bloed werden bereikt die het duizendvoudige waren van actieve concentraties in diermodellen. Er werd ook gekeken naar de remming van de fosforylering in huidbiopten van de onderarm en in haarfollikels van de behaarde hoofdhuid. De resultaten van deze onderzoeken waren niet consistent. In de 54 patiënten die deelnamen aan de studie werd geen tumorregressie waargenomen, echter wel stabilisatie van de tumoren in een aanzienlijk aantal patiënten.

In hoofdstuk 4 worden de resultaten beschreven van een fase I studie met de farnesyltransferase remmer BMS-214662 gecombineerd met cisplatin. BMS-214662 werd in opklimmende doseringen toegediend via een infuus gedurende 1 uur waarna vervolgens cisplatin intraveneus werd toegediend gedurende 4 uur in een vaste dosering van 75 mg/m2. In deze studie werd aangetoond dat BMS-214662 veilig kon worden gecombineerd met cisplatin zonder wederzijdse farmacokinetische interacties. De maximaal tolereerbare dosis van BMS-214662 werd vastgesteld op 200 mg/m2, overeenkomend met de dosering die werd toegepast als monotherapie. In deze studie kon tevens worden aangetoond dat BMS-214662 is staat was om op een dosisafhankelijke manier de farnesyltransferase activiteit in witte bloedcellen te remmen.

In hoofdstuk 5 worden de resultaten beschreven van een fase I studie met de angiogenese remmer ABT-510. ABT-510 is afgeleid van de natuurlijk voorkomende angiogenese remmer thrombospondin-1 en werd onderhuids toegediend via een continue lopend infuus of via een- of tweemaal daagse injecties. De toediening via een onderhuids infuus gaf al bij de laagste dosering aanleiding tot pijnlijke onderhuidse ontstekingen, zodat deze toedieningmethode niet verder werd onderzocht. Daarentegen werden de een- en tweemaal daagse injecties zeer goed verdragen. De maximaal tolereerbare dosis kon niet worden bepaald, omdat het van te voren gedefinieerde maximale injectievolume van 2.6 ml werd bereikt zonder bijwerkingen. Er was sprake van een lineaire farmacokinetiek onafhankelijk van de tijd. Nadat was aangetoond dat ABT-510 veilig voor langere tijd kon worden toegediend, werden nieuwe fase I studies uitgevoerd waarin ABT-510 werd toegediend in combinatie met twee frequent gebruikte chemotherapie regimes.

De resultaten van deze studies waarin ABT-510 werd gecombineerd met 5-fluorouracil/leucovorin en cisplatin/gemcitabine worden gepresenteerd in hoofdstuk 6 en 7. In deze studies werd aangetoond dat ABT-510 eenvoudig en veilig kon worden gecombineerd met deze twee regimes, zonder wederzijdse farmacokinetische interacties en zonder additionele bijwerkingen.

In hoofdstuk 8 worden de recente ontwikkelingen en verwachtingen voor de toekomst beschreven van een andere groep doelgerichte antikanker middelen namelijk de matrix metalloproteinase remmers. Matrix metalloproteinases zijn enzymen die betrokken zijn bij de afbraak van de steunweefsels rondom tumoren en zodoende betrokken zijn bij vele essentiële stappen in de ontwikkeling van een tumor zoals tumorgroei, vorming van nieuwe bloedvaten en het uitzaaiingsproces. Remming van deze enzymen werd als een zeer rationele stap gezien in de ontwikkeling van nieuwe doelgerichte antikanker middelen, hetgeen werd ondersteund door resultaten van dierexperimentele studies. De diverse aspecten van de ontwikkeling van matrix metalloproteinase remmers en de resultaten van een aantal van de meest relevante klinische studies met matrix metalloproteinase remmers, zowel toegepast als monotherapie als in combinatie met frequent gebruikte cytotoxische chemotherapie regimes, worden beschreven. Enigszins onverwacht werden in vrijwel al deze klinische studies invaliderende spier- en gewrichtsklachten geobserveerd, terwijl anderzijds de antikanker activiteit teleurstellend laag was. Momenteel lijkt er geen indicatie meer te bestaan voor de klinische toepassing van matrix metalloproteinase remmers.

Slotconclusie en toekomst verwachting Dit proefschrift beschrijft de resultaten van fase I studies met enkele van de nieuwe doelgerichte antikanker middelen, zowel toegepast als monotherapie als in combinatie met frequent gebruikte chemotherapie regimes. Hoewel bij toepassing van deze nieuwe middelen veelbelovende antikanker activiteit is aangetoond in verschillende dierexperimentele modellen, blijken in de klinische praktijk de resultaten nogal eens teleurstellend, zoals bijvoorbeeld in geval van de matrix metalloproteinase remmers. Onze data bevestigen dat vroeg-klinische studies met doelgerichte antikanker middelen incorporatie vereisen van additionele translationele onderzoeken, waarbij een brug wordt geslagen tussen basale kennis en de toepassing bij de mens, en waarbij tevens gebruik wordt gemaakt van andere eindpunten dan tot nu toe het geval was bij bestudering van cytotoxische antikanker middelen. Desondanks resteren er nog vele vragen, deels omdat het werkelijke functionele belang van nieuwe “targets” bij de behandeling van kanker nog opgehelderd dient te worden. Zoals bijvoorbeeld in geval van farnesyltransferase remmers beschreven in hoofdstuk 4 waarvan ondertussen bekend is dat de antikanker activiteit niet verloopt via het Ras eiwit, maar via andere eiwitten waarbij farnesylering een belangrijke rol speelt. Het veelal ontbreken van goede laboratorium modellen die bruikbaar zijn bij de mens vormen nog steeds een onopgelost probleem. Toch is het duidelijk dat de opzet van vroeg-klinische studies aan het veranderen is en in de toekomst nog verder zal veranderen, gericht op het vroegtijdig vaststellen van de aan of afwezigheid van het “proof of concept”. Deze studies zullen ons hopelijk in staat stellen de optimale dosis adequaat vast te stellen, gebruik makend van gevalideerde surrogaat markers en zullen ons ongetwijfeld helpen om te beslissen of deze nieuwe middelen vervolgens getest moeten worden in grote gerandomiseerde fase III studies. In de eerstvolgende decades, valt te verwachten dat een aantal nieuwe middelen zullen worden gelanceerd die de vooruitzichten van patiënten met kanker verder zullen verbeteren.