Improving the understanding and prediction of chemotherapy-induced peripheral neuropathy

Kemoterapi er fortsat grundstenen i behandlingen af en lang række af kræfttyper. Selvom kemoterapi er særdeles effektiv til at bekæmpe kræft, er behandlingen hyppigt forbundet med bivirkninger og senfølger, som nedsætter livskvaliteten for kræftpatienter og kræftoverlevere. Det perifere nervesystem bliver beskadiget af bestemte typer af kemoterapi, hvilket fører til forskellige symptomer, herunder smerter, følelsesløshed, prikkende fornemmelser og unormal perception af berøring og temperatur. Denne sygdom kaldes også kemoterapi-induceret perifer neuropati (CIPN).


Til trods for årtiers forskning findes der ikke noget effektivt medicin eller tilgange til at forebygge eller behandle denne frygtede bivirkning. De kliniske manifestationer af CIPN er variable med hensyn til klinisk præsentation, sygdommens begyndelse samt progression og regression. På grund af heterogeniteten i de kliniske fænotyper er det svært at diagnosticere og forudsige risikoen for CIPN med de nuværende subjektive metoder. Heterogeniteten blandt patienter med CIPN kan muligvis forklares af forskellige underliggende patofysiologiske mekanismer.


Fibroblaster fra en hudbiopsi kan bruges til at genere humane inducerede pluripotente stamceller (iPSC’er), som efterfølgende kan differentieres til næsten alle de celletyper, vi har i kroppen. Vi anvendte iPSC’er fra to raske donorer til at udvikle sensoriske neuroner, som udgør den celletype, der primært er påvirket i patienter med CIPN.


I denne afhandling ønskede vi at identificere vigtige aspekter for translationel forskning ved brug af iPSC-deriverede modeller. Derudover havde projektet til formål at undersøge en translationel biomarkør for denne bivirkning samt bidrage med en dybere forståelse af de underliggende patofysiologiske mekanismer.


I det første studie opsummerede vi den nuværende litteratur omkring brugen af iPSCderiverede modeller til at undersøge CIPN. Selvom antallet af studiet var begrænset, fandt vi, at iPSC-deriverede modeller kan replikere heterogeniteten af CIPN og identificere forskellige cellulære fænotyper. Translationel succes for iPSC-deriverede modeller kan potentielt forbedres ved at i) inkludere iPSC donorer med kendt klinisk baggrund fx asymptomatisk CIPN eller svær CIPN, ii) anvende koncentrationer af kemoterapi, der kan opnås i patienter og tage højde for plasma protein binding, iii) udvikle co-kulturer eller 3D humane modelsystemer.


Vi lavede et translationelt studie i samarbejde med Sygehus Lillebælt for at undersøge om, neurofilament light chain (NFL) var en brugbar biomarkør for paclitaxel-induceret perifer neuropati (PIPN). Vores resultater viser, at NFL frigives fra iPSC-deriverede sensoriske neuroner, når deres aksoner bliver beskadigede af paclitaxel. Vi målte også biomarkøren i blodet hos patienter med æggestokkræft før og under paclitaxel/carboplatin kemoterapi og fandt, at patienterne havde forskellige stigninger i NFL-niveauer efter første kur. Dette kan anvendes til at skelne mellem patienter med høj risiko for svær PIPN og dosisændringer versus patienter, som tolererer kemoterapien godt.


Slutteligt ville vi undersøge om, forskellige cellulære fænotyper kunne observeres mellem paclitaxel og vincristin, og derudover om efflux transportører spillede en rolle i CIPN. Vi fandt, at paclitaxel og vincristin forårsagede forskellige morfologiske, men lignende transkriptionelle fænotyper i iPSC-deriverede sensoriske neuroner. Ved at inhibere og inducere efflux transportører viste vi, at de kan forværre eller dæmpe neurotoksicitet som følge af paclitaxel- og vincristine-eksponering.


Selvom denne afhandling tilføjer nye brikker til puslespillet om CIPN, er der mange flere manglende brikker, som skal findes i fremtidige studier. Den nye biomarkør NFL har brug for klinisk evaluering for de forskellige kemoterapeutiske lægemidler, der er forbundet med CIPN, herunder (men ikke begrænset til) paclitaxel, vincristin, oxaliplatin og bortezomib. Dette vil afgøre om, NFL kan bruges som en generel biomarkør for CIPN og om NFL er velegnet til implementering i rutinemæssig onkologi praksis. Derudover viste vi i alle tre studier, at iPSC-deriverede sensoriske neuroner har en enorm translationel værdi for CIPN-forskning. Vi opdagede, at induktion af efflux transportøren Pglykoprotein er en mulig strategi til at beskytte sensoriske neuroner fra neurotoksicitet som følge af kemoterapi. Fremtidige studier kan med fordel anvende hypotese-frie tilgange, såsom enkeltcelle-sekventering og CRISPR interference screen, i iPSC-deriverede sensoriske neuroner for at opdage nye terapeutiske targets. Dette kan fremskynde udviklingen af effektive lægemidler til at reducere den betydelige byrde af CIPN blandt patienter, der lever med eller efter kræft.