Exploring the "sweet spot": in vitro efficacy of tumor treating fields and potential for synergy with cytotoxic therapy in bone and soft tissue sarcomas

Kankerbehandeling berust vaak op een moeilijke evenwichtsoefening. Artsen moeten genoeg medicijnen toedienen om een tumor te vernietigen, terwijl ze de dosis laag genoeg moeten houden om ernstige schade aan het hart of andere vitale organen van de patiënt te voorkomen. Voor veel soorten bot- en weefselkankers zijn de meest effectieve medicijnen krachtig, maar ze brengen een zware prijs met zich mee: ze kunnen cumulatieve, onomkeerbare schade aan het hart veroorzaken, wat de tijd dat een patiënt op de behandeling kan blijven, beperkt. Onderzoekers zoeken al lang naar een manier om deze medicijnen bij lagere doses beter te laten werken, of om een nieuw soort wapen te vinden dat niet dezelfde risico's met zich meebrengt. Eén zodanig wapen is een therapie die elektriciteit gebruikt, niet om het lichaam te schokken, maar om de machinerie binnenin kankercellen voorzichtig te verstoren terwijl ze proberen te delen. Deze aanpak, bekend als Tumor Treating Fields, dient laag-intensieve, wisselende elektrische velden toe aan een tumor. In plaats van het weefsel te verbranden of te bevriezen, verstoren deze velden de kleine interne structuren die cellen nodig hebben om uit elkaar te trekën tijdens de deling, waardoor de cellen uit elkaar vallen of sterven. Hoewel deze methode veelbelovend is gebleken bij de behandeling van hersen- en longkanker, begrijpen wetenschappers nog niet volledig hoe het zou kunnen werken tegen de diverse groep kankers die bekend staat als sarcomen.

Een team van onderzoekers aan de Chinese Universiteit van Hong Kong begon deze vraag in een laboratoriumsetting te verkennen. Ze wilden zien of deze elektrische velden de groei van sarcoomcellen op zichzelf konden stoen, en of het gebruik van de velden naast standaard chemotherapiemedicijnen de medicijnen effectiever kon maken. Hiervoor kweekten ze vijf verschillende soorten menselijke sarcoomcellen in petrischaaltjes, die een verscheidenheid aan bot- en weefselkankers vertegenwoordigen. Ze plaatsten deze cellen onder een speciaal systeem dat de elektrische velden op een specifieke frequentie genereerde. De onderzoekers testten twee verschillende sterktes van het elektrische veld: een hoge intensiteit en een lagere intensiteit. Ze hielden de temperatuur van de cellen constant om ervoor te zorgen dat eventuele veranderingen in de groei door de elektriciteit zelf kwamen en niet door warmte. Na drie dagen telden ze hoeveel cellen er nog in leven waren in vergelijking met een groep die geen elektrische velden ontving.

De resultaten toonden aan dat de elektrische velden de kankercellen inderdaad konden stoppen met groeien, maar dat de sterkte van het effect zwaar afhing van het type kanker en de intensiteit van het veld. Bij de hogere sterkte verminderden de velden het aantal cellen in alle vijf de typen sarcoom, waarbij sommige typen met meer dan negentig procent krompen. Wanneer de onderzoekers nauwkeurig naar de cellen keken, zagen ze dat de elektrische velden de cellen lieten uiteenvallen of stierven, een teken dat de velden erin slaagden het celdelingsproces te verstoren. Wanneer de onderzoekers echter probeerden de hoog-intensieve velden te combineren met een veelvoorkomend chemotherapiemedicijn genaamd gemcitabine, liepen ze tegen een muur op. De elektrische velden hadden alleen al zoveel cellen gedood dat het toevoegen van het medicijn geen merkbaar extra voordeel opleverde. Het was alsof de velden al zoveel mogelijk schade hadden aangericht, waardoor er geen ruimte overbleef voor het medicijn om zijn eigen effect te tonen.

Deze observatie leidde de wetenschappers ertoe om een andere aanpak te proberen. Ze verlaagden de sterkte van de elektrische velden naar een niveau dat de kankercellen stopte met groeien, maar ze niet allemaal doodde. In dit "sweet spot" ontdekten ze dat de elektrische velden daadwerkelijk andere medicijnen beter konden laten werken. Wanneer ze twee specifieke typen sarcoomcellen behandelden met de laag-intensieve velden en een medicijn genaamd doxorubicine, doodde de combinatie meer cellen dan de velden of het medicijn alleen konden doen. Bij één type botkankercel leek de combinatie zo goed te werken dat de cellen veel gevoeliger werden voor het medicijn, wat betekent dat een kleinere hoeveelheid van het medicijn hetzelfde resultaat kon bereiken als een veel grotere dosis die zonder de velden werd gebruikt. In een ander type weefselkanker telde de combinatie simpelweg op, waarbij meer cellen stierven dan door de ene of de andere methode alleen. De onderzoekers testten ook een ander type medicijn, een gerichte therapie genaamd pazopanib, op een type bloedvatkanker. Zelfs toen de elektrische velden alleen niet veel van deze cellen doodden, maakte het toevoegen van de velden aan de medicijnbehandeling het medicijn effectiever in het stoppen van de groei van de kanker.

De studie suggereert dat de sterkte van het elektrische veld een cruciale factor is in het bepalen of het samen met chemotherapie kan werken. Als het veld te sterk is, kan het zoveel cellen op zichzelf doden dat het toegevoegde voordeel van een medicijn niet meer gemeten kan worden. Als het veld wordt ingesteld op een lager, preciezer niveau, kan het een opening creëren voor medicijnen om effectiever te werken, wat artsen potentieel in staat stelt om lagere doses toxische chemotherapie te gebruiken om hetzelfde niveau van tumorcontrole te bereiken. De onderzoekers waarschuwen er voorzichtig bij dat deze bevindingen voortkomen uit laboratoriumexperimenten en nog niet op mensen zijn getest. Ze hebben nog geen gedetailleerde wiskundige analyses uitgevoerd om te bewijzen dat de medicijnen en velden werkelijk op een synergetische manier samenwerken, in plaats van dat ze alleen hun effecten bij elkaar optellen. Desalniettemin bieden de resultaten een sterke reden om verder te onderzoeken. Als deze elektrische velden inderdaad kunnen helpen om de hoeveelheid chemotherapie die nodig is om sarcomen te behandelen te verminderen, zou dit de patiënten op een dag een manier kunnen bieden om de ernstige hartschade te sparen die momenteel hun behandeling beperkt. De weg van de laboratoriumschaal naar de patiënt is lang, maar dit werk brengt een veelbelovende richting voor toekomstig onderzoek in kaart.