Hunde med spontan cancer indgår i translationel forskning

Succesfuld udvikling af nye diagnostiske og behandlingsmæssige strategier inden for den humane onkologi kræver en række prækliniske og kliniske forsøg, inden de kan implementeres.

In vitro-forsøg er reproducerbare, hurtige og relativt billige, men afspejler ikke den komplekse biologi, der danner grundlag for cancer hos mennesker.
I de eksperimentelle modeller indgår typisk implanterede humane xenografttumorer på mus eller rotter, og faktorer som patientens immunkompetence, komorbiditet og intratumorale fænotypiske heterogenitet adresseres kun begrænset. Dette komplicerer skridtet fra forsøg med mus og rotter til de tidlige faser af kliniske forsøg. Problemstillingen kommer blandt andet til udtryk under udviklingen af nye kemoterapeutika, der udviser lovende resultater præklinisk, men som fejler i de kliniske forsøg ofte som følge af manglende effekt eller en ikke tidligere udvist toksicitet [1-4].

Dyremodeller, der bedre repræsenterer human sygdom, og dermed kan fungere som bindeled mellem de eksperimentelle modeller og mennesker, er derfor ønskelige for at fremme udviklingen af diagnostik og behandling af humane patienter.

HUNDEN SOM MODEL FOR HUMAN CANCER

Komparativ onkologisk forskning tager udgangspunkt i spontan cancer hos dyr som model for den tilsvarende sygdom hos mennesker [5]. Hundecancerpatienter er i denne relation en unik mulighed for synergi mellem human og veterinær cancerforskning.

Privatejede hunde med spontant udviklet cancer har potentiale til at fungere som det ønskede led mellem de eksperimentelle musemodeller og humane kliniske studier [6]. Ud fra et biologisk synspunkt er der store ligheder mellem cancer hos mennesker og cancer hos hunde. Nye undersøgelsesteknikker og behandlingsmetoder kan således evalueres realistisk hos hunde med resultater til gavn for både mennesker og dyr.

Cancer hos de veterinære patienter udvikles spontant i et syngent miljø. I modsætning til immunkompromitterede eksperimentelle modeller ses der den samme interaktion mellem cancerceller og stromalt væv som ses i heterogene tumorer hos mennesker. Hunde bliver udsat for mange af de samme miljømæssige risikofaktorer som mennesker, hvilket potentielt bidrager til udviklingen af cancer. Samtidig er cancerforløbet med lokal genvækst, metastasering og terapiresistens som årsag til morbiditet og mortalitet meget lig det, der gælder for mennesker. Mange veterinære cancerpatienter vil på diagnosetidspunktet have en biologisk alder, der svarer til de humane patienters, og kan også have betydelig komorbiditet og aldersrelaterede lidelser [7].

Tumorer hos hunde adskiller sig væsentligt fra eksperimentelle modeller ved at være genetisk og fænotypisk heterogene med store variationer i det intratumorale miljø. Derudover er det molekylærbiologiske grundlag for udvikling af human cancer samt flere af de specifikke terapeutiske targets, såsom p53-mutationer, BRCA-mutationer i mammatumorer og tyrosinkinasereceptormutationer, også erkendt veterinært. Dette gør studier af hundenes tumorbiologi og afprøvning af terapi rettet mod den enkelte patients tumorgenotype yderst relevante [8-10].

For lægemidler og sporstoffer, der er rettet eksempelvis mod specifikke receptorer eller lignende, er det dog nødvendigt at validere, om den pågældende receptor er udtrykt i den undersøgte cancerform hos hunde, samt ikke mindst at identificere, om der er reaktivitet med det undersøgte sporstof eller lægemiddel, der er udviklet med henblik på anvendelse hos mennesker [11]. Tilgængeligheden af kommercielle genekspressionsanalyser og proteomiske analyser, der er udviklet til hunde, har gjort det muligt at undersøge for mange forskellige potentielle targets før afprøvning af lægemidler og sporstoffer hos den veterinære cancerpatient [5]. For eksempel er der rapporteret om mere end 90% homologi for tumorantigenerne Erb-1 og -2 mellem hund og mennesker, samt fundet krydsreaktivitet mellem humane antistoffer og hundens Erb-1- og -2-antigener, og hunden vil dermed kunne fungere som en spontan komparativ model for evalueringen af Erb-1- og -2-targeterende lægemidler [12].

I forbindelse med udvikling og evaluering af sporstoffer og lægemidler vil den større sammenlignelighed mellem farmakokinetik og -dynamik mellem hunde og mennesker ligeledes være gavnlig. Der kan dog ikke foretages en direkte translation af sådanne data fra hunde til mennesker, men hundens leverenzymhomologi og metaboliseringshastighed er dog generelt mere lig den humane end de eksperimentelle modeller i mus [13, 14]. Dette afspejles eksempelvis i den lange tradition for at bruge raske beaglehunde som toksikokinetisk dyremodel i lægemiddeludvikling [4].

Hundes størrelse gør desuden, at de kan undergå diagnostiske og terapeutiske procedurer målrettet mennesker [15, 16].

Hundes relativt kortere livslængde eliminerer risikoen for mulige sene bivirkninger i relation til undersøgelser og behandlinger, der gør brug af ioniserende stråling og sporstoffer, herunder PET, SPECT og CT.

Hundens genom var endeligt kortlagt i 2005 [17]. I denne forbindelse er der fundet langt større overensstemmelse mellem ekspression og forekomst af cancerassocierede gener for hunde og mennesker end for mennesker og mus [5]. Dette indikerer, at information, der er opnået i hunde, delvist kan overføres og appliceres humant, herunder f.eks. fund af biomarkører [15]. Tilgængeligheden af hundens genom har føjet et nyt perspektiv til den komparative onkologi, idet der er mulighed for at lokalisere specifikke gener, der indgår i udviklingen af bestemte cancerformer [18, 19]. Cancerformer, der hyppigt kommer til udtryk hos bestemte relativt indavlede racer, giver mulighed for at kortlægge de involverede gener med et begrænset antal hunde [5]. Håbet er, at analyse af de associerede gener hos hund vil kunne medføre større forståelse for den humane patogenese af den samme sygdom [20-22].

Dyreejere opfatter i dag i vid udstrækning deres kæledyr som fuldgyldige familiemedlemmer og ønsker derfor at forlænge dyrenes liv og forbedre deres livskvalitet, trods en diagnose om uhelbredelig cancer.

Da cancer er angivet som dødsårsag hos 15% af danske hunde generelt [23] og helt op til 42% hos enkelte hunderacer [24], er der potentielt en stor gruppe af veterinære cancerpatienter, der har brug for optimal cancerbehandling og kan medvirke i den komparative onkologiske forskning i Danmark.

ET KOMPARATIVT SAMARBEJDE I DANMARK

Det amerikanske National Cancer Institute’s Center for Cancer Research oprettede i 2003 et Comparative Oncology Program med fokus på spontan cancer hos hunden som forbedret model for human cancer. Formålet med programmet var og er at koordinere kliniske forsøg på veterinærhospitaler over hele USA til gavn for både veterinære og humane patienter. Resultaterne bruges til design og planlægning af humane, kliniske fase 1- og 2-forsøg [11].

I 2007 fulgte Danmark efter med et nyskabende forskningssamarbejde mellem det tidligere Institut for Mindre Husdyrssygdomme, KU Life, Radioterapiklinikken og Klinik for Klinisk Fysiologi, Nuklearmedicin og PET på Rigshospitalet samt Cluster for Molecular Imaging, SUND, Københavns Universitet.

Samarbejdet tog udgangspunkt i de forskningsmæssige muligheder og perspektiver, som de involverede parter så, ved at indføre hunden som model for human cancer.

Samarbejdsprojekterne er bygget op omkring muligheden for at tilbyde hundene state of the art-diagnostik og behandling, samtidig med at de indgår i forskningsprojekter, der har til formål at forbedre behandling og diagnostik af såvel dyr som mennesker. Humane patienter får hurtigere gavn af ny og bedre diagnostik og behandling, og hundene får gavn af behandling af høj kvalitet samt metoder, der ellers ikke er veterinært tilgængelige i Danmark.

Projekterne er primært fokuseret på avanceret billeddiagnostik, tumorbiologi og radioterapi af solide tumorer. Der bygges oven på resultater, der er opnået i eksperimentelle modeller, og projekterne fungerer derved som et bindeled til efterfølgende kliniske forsøg.

Hundene kan være henvist fra dyrlæger over hele landet og vil inden projektstart blive visiteret på Universitetshospitalet for Familiedyr ved Institut for Klinisk Veterinær- og Husdyrvidenskab. En vigtig forudsætning for udførelse af projekterne er, at de involverede hunde har en behandlingsmæssig fordel ved at deltage og har en god livskvalitet under forløbet.

Det første fælles ph.d.-projekt omhandlede molekylær billeddannelse med 64Cu-diacetyl-bis(N4-methylthiosemicarbazon) (ATSM) og fluordexyglukose (FDG)-PET/CT og dynamisk kontrastforstærket perfusions-CT (DCE-pCT) i spontane solide hundetumorer.

Projektets fokus var ikkeinvasiv påvisning af tumorhypoksi, der øger malignitet, medfører terapiresistens og fører til en dårligere prognose [25]. Dette har stor interesse for forskningsfeltet med henblik på udvikling af nye metoder til bedre terapiplanlægning baseret på tumorhypoksi.

I projektet blev brugen af FDG-PET, markør for glykolytisk aktivitet, og 64Cu-ATSM-PET, hypoksimarkør anvendt til hunde, og Cu-ATSM’s tidsafhængighed fra markørinjektion til skanning undersøgt. Samtidig evalueredes eventuelle spatiale overlap mellem FDG, Cu-ATSM og DCE-pCT [26, 27], og Cu-ATSM blev vurderet som hypoksimarkør i forhold til immunhistokemi med pimonidazol [28]. Resultaterne fra projektet har tilføjet væsentlig viden om brugen af radiomarkørerne, hvilket vil understøtte den fremtidige kliniske anvendelse af Cu-ATSM-PET hos kræftpatienter på Rigshospitalet.

Sideløbende hermed er to andre ph.d.-projekter påbegyndt. I det ene undersøger og sammenligner man dose painting (intensitetsmoduleret radioterapi baseret på molekylær billeddannelse) med FDG- og Cu-ATSM-PET/CT. Formålet er at undersøge muligheden for at eskalere dosis intratumoralt til potentielt radioresistente områder for at opnå en bedre lokal tumorkontrol. Der sammenlignes stråleplaner, der er baseret på hundenes tumor-PET’er, hvor stråledosis øges lokalt i tumoren afhængigt af optaget af FDG og Cu-ATSM. I tidligere studier har man fundet en sammenhæng mellem fordelingen af FDG og lokal tumorrecidiv [29], og at et højt intratumoralt optag af Cu-ATSM var forbundet med en dårligere prognose [30]. Også dette studie kan få direkte betydning for, hvordan man vil anvende Cu-ATSM og FDG i den fremtidige stråleplanlægning for humane cancerpatienter.

I det andet af de igangværende ph.d.-studier undersøges genekspression i hundetumorer i forhold til optaget af PET sporstofferne FDG, Cu-ATSM og FLT (proliferationsmarkør). Formålet er at øge den nuværende viden om radiomarkørerne og deres intratumorale optag. Endvidere evalueres sammenhængen
mellem optag af sporstof og de molekylære targets i spontane tumorer med intratumoral heterogenitet og cancercelle-stroma-interaktion. Dette er ikke muligt i små implanterede xenografttumorer i eksperimentelle modeller.

Sideløbende udføres der flere andre mindre projekter, hvor der ligeledes gøres brug af de unikke muligheder, som hundemodellen giver.

Samarbejdet mellem afdelingerne blev igangsat med baggrund i ønsket om at etablere viden med henblik på bedre at kunne planlægge efterfølgende humane kliniske forsøg bl.a. på Rigshospitalet og samtidig tilbyde bedre diagnostik og behandling af hundecancerpatienterne. Indtil videre har vi fundet, at samarbejdet har vist sig særdeles værdifuldt, og der er opnået væsentlig ny viden om brugen af de nævnte PET-sporstoffer. Viden, der vil være af direkte værdi, når PET-sporstofferne efterfølgende kommer i kliniske anvendelser eller indgår i forsøg og dermed i sidste ende bliver til gavn for kræftpatienterne.

Korrespondance: Betina Børresen, Institut for Klinisk Veterinær- og Husdyrvidenskab, Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet, Københavns Universitet,
Dyrlægevej 16, 1870 Frederiksberg C. E-mail: bb@sund.ku.dk

Antaget: 10. april 2013

Publiceret på Ugeskriftet.dk: 29. juli 2013

Interessekonflikter: ingen.