Preclinical Evaluation of Itareparib, a brain penetrant PARP1-selective radioligand, in Glioma Rat Model and Nonhuman Primate

Binnen het menselijk brein werkt een complex netwerk van cellen onvermoeibaar om het leven in stand te houden, maar soms groeien deze cellen uit de controle en vormen ze tumoren die bekend staan als glioma's. Deze gezwellen zijn bijzonder moeilijk te behandelen omdat ze niet op één nette plek blijven; in plaats daarvan weven ze zich door gezond hersenweefsel zoals wortels in de grond, waardoor het moeilijk is om precies te zien waar de ziekte begint en eindigt. Artsen vertrouwen momenteel op magnetische resonantie-imaging, oftewel MRI, om deze tumoren in kaart te brengen, maar deze technologie heeft beperkingen. Het kan de vorm van de tumor en de plekken waar het zwelling heeft veroorzaakt weergeven, maar het mist vaak de onzichtbare, infiltrerende cellen die zich langs de natuurlijke barrières van de hersenen hebben geslupt. Om deze kankers werkelijk te begrijpen, hebben wetenschappers een manier nodig om de specifieke moleculaire machinerie te zien die hen aandrijft. Eén dergelijke machine is een enzym genaamd PARP1. Dit eiwit fungeert als een reparatieteam voor beschadigd DNA, en in glioma-cellen werkt het vaak overuren om de kanker in leven te houden en resistent te maken tegen behandeling. Als artsen precies zouden kunnen zien waar en hoeveel van dit reparatie-enzym zich binnen een tumor bevindt, zouden ze operaties beter kunnen plannen, de reactie van een patiënt op therapie kunnen voorspellen en kunnen volgen of een behandeling daadwerkelijk werkt.

Jarenlang hebben onderzoekers geprobeerd een speciaal soort camera voor de hersenen te bouwen die dit enzym zou kunnen opsporen. Deze camera gebruikt een kleine hoeveelheid radioactief materiaal dat aan een medicijnmolecuul is bevestigd, dat vervolgens in het lichaam wordt geïnjecteerd. Terwijl het molecuul door de bloedbaan reist, zoekt het de PARP1-enzymen op en hecht het zich eraan. Een scanner detecteert vervolgens de straling, waardoor een beeld ontstaat van waar het enzym zich bevindt. De uitdaging is het vinden van een molecuul dat klein en licht genoeg is om de beschermende wand van de hersenen, de bloed-hersenbarrière genoemd, te passeren zonder vast te komen te zitten of te snel af te breken. In een recente studie testte een team wetenschappers van de Yale University en hun medewerkers een nieuwe kandidaat voor deze taak genaamd [18F]Itareparib. Ze wilden weten of deze nieuwe tracer erin zou slagen om de hersenen binnen te dringen, het PARP1-enzym in glioma-tumoren te vinden en een duidelijk, kwantificeerbaar beeld van de ziekte te geven.

Om hun idee te testen, maakten de onderzoekers gebruik van een realistisch model van de ziekte. Ze kweekden menselijke glioma-cellen in de hersenen van ratten, waardoor tumoren ontstonden die zich gedragen als de infiltrerende kankers die bij mensen worden gezien. Deze tumoren waren ontworpen om een relatief intacte bloed-hersenbarrière te hebben, wat een moeilijk type menselijke glioma nabootst waarbij de beschermende wand nog grotendeels functioneert. Het team injecteerde de nieuwe tracer in deze ratten en observeerde hoe deze bewoog. Ze ontdekten dat de tracer snel de hersenen binnendrongde en dat deze binnen enkele minuten begon te accumuleren in de tumor. Het signaal in de tumor was vier keer sterker dan in het omliggende gezonde hersenweefsel. Dit was een veelbelovend teken dat de tracer zijn doelwit had gevonden. Om er absoluut zeker van te zijn dat de tracer zich aan het PARP1-enzym hechtte en niet gewoon door toeval vast kwam te zitten, voerden de wetenschappers een blokeringsexperiment uit. Ze gaven de ratten een ander medicijn dat erom bekend staat de PARP1-enzymen te bezetten, waardoor alle beschikbare plaatsen effectief werden opgevuld. Wanneer ze de tracer opnieuw injecteerden, daalde het signaal in de tumor drastelijk en viel het naar hetzelfde lage niveau als het gezonde brein. Dit bewees dat de tracer specif으로 op zoek was naar en bond aan het PARP1-enzym, en dat de tracer nergens heen kon toen het enzym geblokkeerd was.

De onderzoekers stopten niet bij het enkel observeren van de tracer in levende dieren. Ze namen ook de hersenen van de ratten na de scans en onderzochten dunne weefselsneden onder een microscoop. Ze gebruikten een techniek genaamd autoradiografie, wat lijkt op het maken van een foto van de radioactieve tracer direct op het weefsel, en vergeleken dit met een methode waarbij het PARP1-enzym wordt gekleurd om het te laten oplichten. De resultaten kwamen perfect overeen. De gebieden waar de tracer het helderst was, waren dezelfde gebieden waar het PARP1-enzym het meest overvloedig aanwezig was. Bovendien bevestigden ze dat de tracer stabiel bleef in de hersenen en niet afbrak tot andere stoffen die het beeld zouden kunnen verwarren. In de ratten was meer dan 99 procent van het radioactieve signaal in de hersenen, één uur na injectie, nog steeds de oorspronkelijke, intacte tracer. Dit hoge niveau van stabiliteit is cruciaal, omdat het betekent dat het beeld dat de scanner ziet een ware reflectie is van de locatie van het enzym, en niet een rommel van afgebroken fragmenten.

Om te waarborgen dat deze bevindingen vertaalbaar zouden zijn naar mensen, testte het team de tracer ook in een gezonde niet-menselijke primaat, een type aap dat qua hersenstructuur en functie zeer vergelijkbaar is met mensen. Ze injecteerden de tracer en observeerden hoe deze door de hersenen van de aap bewoog. De tracer drong de hersenen snel binnen, bereikte binnen tien minuten zijn hoogste concentratie en spoelde daarna net zo snel weer uit. Deze snelle opname en afvoer is precies wat wetenschappers willen zien; het betekent dat de tracer de bloed-hijenbarrière gemakkelijk kan passeren en niet vast komt te zitten in gezond weefsel, wat een wazig achtergrondbeeld zou creëren. Wanneer ze de blokkerende drug aan de aap gaven vóór de tracer, daalde de hoeveelheid tracer die in de hersenen bleef met ongeveer 21 procent. Dit bevestigde dat de tracer in primaten hetzelfde doelwit bindt als in ratten, en dat deze binding gemeten en gekwantificeerd kan worden. De studie toonde aan dat de tracer zich op een voorspelbare, reversibele manier gedraagt, waardoor onderzoekers precies kunnen berekenen hoeveel van het doelwit aanwezig is zonder complexe, invasieve procedures nodig te hebben.

Het werk dat in dit artikel wordt gepresenteerd, biedt een belangrijke stap voorwaarts in de zoektocht naar een nauwkeurigere visualisatie van hersentumoren. Door aan te tonen dat [18F]Itareparib de bloed-hersenbarrière kan passeren, PARP1 in glioma-cellen kan vinden en een duidelijk, meetbaar signaal kan geven dat verandert wanneer het doelwit wordt geblokkeerd, hebben de onderzoekers een krachtig nieuw instrument gevalideerd. Het vermogen van de tracer om onderscheid te maken tussen tumor en gezond weefsel, zelfs wanneer de bloed-hersenbarrière van de tumor niet volledig is afgebroken, suggereert dat het gebruikt kan worden om de werkelijke omvang van infiltrerende glioma's in kaart te brengen die de huidige beeldvorming mogelijk mist. Hoewel deze studie bij dieren is uitgevoerd en nog niet bewijst dat de tracer bij menselijke patiënten zal werken, bieden de resultaten een sterke basis voor verdere ontwikkeling. Als toekomstige klinische studies deze bevindingen bevestigen, zou deze beeldvormingstechniek artsen uiteindelijk kunnen helpen om de onzichtbare delen van hersentumoren te zien, behandelingen af te stemmen op de specifieke biologie van de kanker van elke patiënt, en de effectiviteit van nieuwe therapieën in realtime te monitoren.