Tumörangiogenes

Question 1

På vilka 4 sätt kan tumörer få tag på nya blodkärl?

Answer 1

Det finns fyra sätt som tumörer kan få tag på nya blodkärl.

1. Ett sätt som tumörer kan vaskulariseras på är genom angiogenic sprouting, tumören lockar till sig kärl som bildas.
2. Tumörer kan även lägga sig längs med kärl, en så kallad co-option of pre-existing vasculature.
3. Ett annat sätt är genom “vascular mimicry” där man hittar blodfyllda kanaler i tumören. Dessa kanaler är kopplade till cirkulationssystemet och det cirkulerar blod i dessa kärl.
4. Splitting angiogenes är ytterligare ett sätt. Det är en systerprocess till sprouting där ett existerande kärl istället för att skapa en ny gren kommer att klyvas i mitten och bilda nya kärl på sådant vis. Det är en process man känt till sedan ganska länge men man har inte talat om det så mycket förrän nu.

Question 2

På vilka 5 sätt avviker kärl i tumörer från vanliga kärl?

Answer 2

Kärl i tumörer avviker från vanliga kärl:

● De har vridna kärl (“tortuous vessels/twisted vessels”)

● Det finns ingen skillnad mellan artärer och vener vad gäller flödesriktning och biomarkörer vilket det gör i vanliga artärer och vener.

● Kaotiskt flöde, blod shuntas

○ Kan växla över tid.

○ Man har ofta shuntar så att blodet inte passerar kapillärnätet innan det går från artär till ven utan blodet shuntas direkt från artär → ven.

● Blodkärlen läcker

○ Detta har en stor klinisk betydelse eftersom det ger ett högt vävnadstryck vid tumörer. Det gör även att läkemedel som cytostatika levereras sämre till tumörvävnaden än till andra vävnader.

● Pericyte detachment

○ Innebär att pericyter finns men att de inte sitter förankrade som vanligt - de är inte lika intimt kopplat till endotelet i den vanliga. peg-and-socket-konformationen och kommer alltså inte att uppfylla samma funktion. De sitter i tumörkärl som spindelben.

Question 3

Via vilka 2 banor kan tumörceller sprida sig?

Answer 3

Problemen vad gäller tumörer är när de metastaser till andra delar i kroppen. Problemet är ofta inte nödvändigtvis den primära tumören i sig.

Tumörceller sprider sig framförallt via två banor: blodkärl och lymfkärl. Utvecklingen av kärlträdet påverkar tumörens förmåga att sprida sig till andra ställen. Förmågan att bilda kärlträd är alltså en förutsättning för tumörbildning, likaså lymfkärlsutveckling, vilket lett till att man studerat dessa.

Question 4

Hur går sprouting av lymfkärl till och vilka faktorer/receptorer är viktiga?

Answer 4

Sprouting av blodkärl och lymfkärl liknar varandra. Det kommer alltså ske en sprouting hos bägge av dessa men med olika molekyler som driver detta. Blodkärl drivs av VEGF-A som framförallt verkar via VEGF-receptor 2. Lymfkärl däremot drivs av VEGF-C och VEGF-D som framförallt verkar verkar via VEGF-receptor 3. VEGF kan uttryckas från många celler där hypoxi är en drivande faktor men vissa celler har ett VEGF-uttryck inprogrammerat som inte är beroende av hypoxi.

Question 5

Vad har lymfkärlsystemet sitt ursprung från?

Vad uttrycker dessa celler och hur kommer de utvecklas?

Answer 5

Hela lymfkärlsträdet har sitt ursprung från vensidan - de stora venerna kommer länka av ett par celler som uttrycker Prox1. Dessa celler kommer utveckla ett separat tubsystem som kommer utgöra det lymfatiska systemet. Saknas VEGF-C kommer lymfkärlen inte kunna etableras.

Question 6

Vilken roll spelar VEGF i antiangiogen terapi?

Vilken substans identifierade Judah Folkman med antiangiogen effekt?

Vilket läkemedel blev det som tog ledningen?

Answer 6

VEGF spelar en mycket viktig roll i antiangiogen terapi men för att förstå vad som ligger till grund för att man har kommit till att använda sig av denna måltavla får man kolla på vad Folkman kom fram till. Han screenade efter extracellulära faktorer som påverkade angiogenes. Han identifierade endostatin, en nedbrytningsprodukt av kollagen XVIII, som har antiangiogena egenskaper. Denna minskade tumörens storlek hos solida tumörer. Andra labb försökte reproducera detta men kunde varken reproducera endostatin eller dess effekter.

Istället blev det VEGF som bevisligen fungerade i antiangiogena avseenden. Man kunde visa att en antikropp riktad mot VEGF dramatiskt kunde förlänga livslängden hos möss med tumörer. Mössen fick ett nästan dubbelt så långt liv. Detta till utvecklingen av ett läkemedel som idag kallas Avastin.

Question 7

Hur många faktorer har funnits som driver blodkärlsutvecklingen?

Vilken receptor binder dessa till?

Answer 7

Idag finns totalt 7 faktorer (PDGF-C och PDGF-D ingår också) som är oerhört dedikerade för att driva blodkärlsutveckling. VEGF-A kommer binda till VEGFR2 som (som tidigare nämnt) uttrycks selektivt hos blodkärl. VEGFR3 kommer istället uttryckas selektivt på lymfkärl.

Question 8

Vad för typ av receptor är VEGFR?

Answer 8

VEGF-receptorn är en tyrosinkinasreceptor. När liganden binder till receptorn så sker en dimerisering och en efterföljande intracellulär signalkaskad.

Question 9

Vad är produktionen av VEGF-B kopplad till?

Answer 9

Produktionen av VEGF-B är direkt kopplad till mitokondrier. Celler som behöver mer energi kommer alltså att få denna faktor.

Question 10

Vilken faktor/receptor är de flesta läkemedlen riktade mot i VEGF/PDGF-superfamiljen?

Answer 10

Det finns ett flertal läkemedel mot VEGF/PDGF-superfamiljen på marknaden idag där de allra flesta är riktade mot VEGFA och VEGFR2.

Question 11

Vilket antiangiogent läkemedel säljer bäst och vad används det främst mot?

Answer 11

Avastin var den första VEGF-A-antikroppen och det är den som säljer mest. Det har dock kommit en rad antikroppar som specifikt är för ögonen. Antikropparna är större så att de inte kan läcka ut i resten av cirkulationen. Det har även utvecklats några inhibitorer. Imatinib (Glivec) används för att behandla vissa tumörer och riktar sig mot PDGFR.

Question 12

Fungerar Avastin bra som läkemedel?

Answer 12

Vid ögonsjukdomar fungerar dessa läkemedel väldigt bra men vad gäller mot tumörer så fungerar de inte så väl. De är inte biverkningsfria och är dessutom inte så bra mot tumörer. Att kvinnor tappar menstruationen är inte helt ovanligt vid cancerbehandling så detta är inte den mest allvarliga biverkningen. Patienterna får dock tarmperforationer, endokrina störningar och väldigt högt blodtryck.

Question 13

Vid vilken ögonsjukdom fungerar läkemedel med VEGF som måltavla bra?

Answer 13

Vid “wet age-related macular degeneration” kan man använda sig av läkemedel med VEGF som måltavla, alltså VEGF-antikroppar. VEGF-behandling kan inte återskapa förlorad näthinna men den kan stoppa degenerationen av näthinnan. Patienterna får även en partiellt förbättrad syn.

Question 14

Hur stor andel av cancerpatienter är inte immunterapi tillräckligt för?

Varför vill man använda angiogenes som angreppspunkt?

Answer 14

Immunterapi kommer inte vara tillräckligt att använda hos fler än 50% av patienter för att behandla cancer. Det finns ett stort behov av att bromsa och behandla särskilt de snabbt växande tumörerna. Då blodkärl behövs för tumörtillväxt är detta en angreppspunkt man kollar på.

Blodkärl behövs generellt för tillväxt. När kroppen blir större behöver vi fler blodkärl, dock behövs det inte särskilt mycket när man redan nått vuxen ålder.

Denna grundtanke att detta är en angreppspunkt som troligtvis inte har alltför allvarliga konsekvenser har funnits sedan tiotals år tillbaka. Folkmans idéer har visat sig stämma i många avseenden, exempelvis i hypoxisk vävnad där celler med syrebrist utsöndrar faktorer som stimulerar till bildning av blodkärl, däribland VEGF. VEGF inducerar sprouting angiogenes - tipceller växer ut med filopodier och växer ut mot där det finns VEGF.

Question 15

Hur fungerar läkemedlet Avastin och vad finns det för problem med det?

Answer 15

Avastin är en antikropp som binder upp VEGF och stoppar därmed sprouting angiogenes utan att blockera VEGFR och de eventuella komplikationer det skulle innebära. Dessa fynd innebar att en väldigt stor hype uppstod kring denna angreppspunkt och man tänkte sig kunna bota cancer inom loppet av några år men 1300 kliniska studier senare såg man att så inte alls var fallet. Det finns nämligen två typer av antiangiogenes resistens. Antingen kommer cellerna vara resistenta från början eller så kommer de att utveckla en resistens mot dessa antiangiogena läkemedel och på så sätt motverka behandlingen.

Question 16

Vilka effekter hade Avastin tillsammans med cytostatika på bröstcancerpatienter?

Answer 16

Man gjorde ett kliniskt försök där man gav bromsande cytostatikabehandling och en VEGF-antikropp tillsammans och jämförde det mot att bara ge cytostatika. Man såg då att “progression free survival” och “overall survival” förhöll sig så att progression free survival (där man får resultat tidigare) ökade vid tillägg av Avastin. Tumörerna växer långsammare om Avastin läggs till. Gällande overall survival var det dock ingen skillnad. Då man såg effekt på tumörkrympning blev det indicerat vid bröstcancer men man såg att det inte påverkar dödligheten. Det är en dyr behandling som kostar flera hundra tusen om året men om effekten endast är att tumören krymper och dödligheten är oförändrad ville man se om åtminstone quality of life blir bättre hos patienter med behandlingen eller om det förvärrades.

Förklaringen kan vara att tumörerna blir mindre men mer aggressiva. Man såg att Avastin ger mindre tumörer men inte mindre aggressiva tumörer. I USA drog man därför snabbt tillbaka tillståndet för Avastin.

Question 17

Vad tror man är anledningen till antiangiogenes har så dålig effekt i kliniken?

Answer 17

Det kan tänkas vara flera olika orsaker till varför antiangiogenes inte fungerar i kliniken ännu. Det kanske inte räcker med blockad av VEGF för att hindra tumörtillväxt. En hypoxisk tumör är mer aggressiv och behandlingen kan alltså tänkas ge mindre men mer aggressiva tumörer som gör att effekten är försumbar.

Det är även ofta så att tumörer är så olika att bara vissa faktiskt är känsliga mot VEGF-blockad - man måste därför undersöka tumören närmare.

Det är inte heller orimligt att tänka sig att behandlingen helt enkelt är ineffektiv trots blodtillförseln som måltavla.

Question 18

Vilka 3 sätt finns det att bilda blodkärl på?

Answer 18

Det finns tre olika sätt att bilda blodkärl:

● Vaskulogenes (de novo)

● Angiogenes (från existerande kärl) som förekommer i två typer:

○ Splitting angiogenes - blodkärl delas på längden och bildar två parallella blodkärl

○ Sprouting angiogenes - en ny gren växer ut från blodkärl

Question 19

Vilken roll har splitting angiogenes i tumörutveckling?

Answer 19

Splitting angiogenes har studerats i lägre grad än vad sprouting har och man känner till denna process avsevärt sämre och har därför inget modellsystem. Man kan således inte heller hämma denna.

Man har antagit att kärl har kommit till tumörer genom sprouting angiogenes men då man inte kollar efter splitting angiogenes så kan det vara så det faktiskt ligger till hos tumörer.

Question 20

Hur går splitting angiogenes till?

Answer 20

Tvärs genom blodkärlet kommer tunna pelare bildas och från utsidan kommer celler in till kärlets lumen så att pelarna blir bredare och bredare så att två parallella rör bildas från ett kärl. Detta sker väldigt snabbt. Det som gör splitting svårt att studera är att det är svårt att påvisa dessa strukturer och man behöver leta aktivt efter dem med tidskrävande metoder. Det är alltså fullt möjligt att det sker splitting angiogenes hos tumörer och man har till och med sett att VEGF-blockad inte påverkar splitting angiogenes.

Question 21

Hos vilka kärl kan splitting angiogenes ske?

Answer 21

Splitting kan ske hos större kärl till skillnad från sprouting, från 10-100 μm och kommer alltså kunna påverka angiogenesen hos större kärl än vad sprouting kan göra. Det finns ett experimentellt arbete som visar på att om man ökar splitting men minskar sprouting kan tumören få kärltillförsel ändå.

Question 22

Vad tros anti-VEGF-behandling behöva kombineras med för att ha effekt?

Answer 22

Konklusionen är att anti-VEGF-behandling (t.ex. Avastin) bör kombineras med behandling som slår ut splitting angiogenes.

Det kan även finnas ytterligare sätt att bilda blodkärl men dessa två är sannolikt de viktigaste.

Det finns ett experimentellt arbete som visar på att om man ökar splitting men minskar sprouting kan tumören få kärltillförsel ändå.

Question 23

Answer 23

Question 24

Vilket problem utöver dess dåliga effekt har Avastin-behandling?

Answer 24

Ett annat problem med antiangiogen behandling är att Avastin (anti-VEGF) gör tumörerna mer aggressiva. De blir svårare att döda med strålbehandling då denna kräver syre i celler - strålbehandling verkar främst genom att generera fria radikaler.

I möss har man sett att metastasering faktiskt kan öka av denna antiangiogena behandlingen även om man inte vet om det gäller för humana tumörer. Man kan därför tänka sig att man kombinerar dessa preparat med behandlingar som dödar hypoxiska tumörceller även om ett sådant läkemedel inte finns tillgängligt idag.

Question 25

I kombination med vilken anna behandling har VEGF-hämmare gett effekt?

Answer 25

Nästan alla behandlingar med VEGF-hämmare fungerar om man ger dem samtidigt som cytostatika. I vissa fall är effekten inte en antiangiogen effekt utan det är bara så att tumören får en mer normal vaskularisering och därför blir tumören känslig för cytostatika. Ibland kan det helt enkelt vara så att läkemedel i sig själva inte är särskilt effektiva utan att de är effektiva i kombination med annat. Exempelvis kommer även immunterapi vid lungcancer vara avsevärt mer effektivt om detta kombineras med cytostatika.

Question 26

Vilka angiogena faktorer uttrycker tumörer?

Answer 26

Om tumörcellerna inte uttrycker VEGF kan de uttrycka andra faktorer som man också har identifierat som kan vara viktiga för angiogenesen. Många angiogena behandlingar man ger hämmar inte bara VEGF-receptorer utan är lite ospecifika och hämmar många andra receptorer. Det tyder på att flera olika signalsystem är involverade.

Question 27

Vilken slutsats kan dras om anti-VEGF som cancerbehandling?

Answer 27

Det är för tidigt att befästa behandlingsprincipen även om anti-VEGF lär bli en viktig cancerbehandling, särskilt mot snabbväxande tumörer. Ett fynd och en idé kan ta lång tid innan det blir en klinisk lösning.

En av effekterna av VEGF-hämmare är att man normaliserar blodkärl. Paradoxalt är det därför så att man minskar graden av hypoxi genom att blodkärlen läcker mindre och att perfusionen därmed förbättras.