Kliniczne zastosowanie terapii polowej w leczeniu nowotworów w glejaku

Podsumowanie

Glejak jest najczęstszym i najbardziej agresywnym pierwotnym nowotworem złośliwym mózgu u dorosłych, z większością nowotworów nawracających po początkowym leczeniu. Terapia polami do leczenia nowotworów (TTFields) jest najnowszą metodą leczenia glejaka. W tym artykule opisano prawidłowe zastosowanie matryc przetworników pola TTFields u pacjentów oraz omówiono teorię i aspekty leczenia.

Streszczenie

Glejak jest najczęstszą i najbardziej śmiertelną formą raka mózgu, z medianą przeżycia 15 miesięcy po diagnozie i 5-letnim wskaźnikiem przeżycia wynoszącym tylko 5% przy obecnym standardzie opieki. Guzy często nawracają w ciągu 9 miesięcy po wstępnej operacji, radioterapii i chemioterapii, w którym to momencie możliwości leczenia stają się ograniczone. Podkreśla to pilną potrzebę opracowania lepszych metod terapeutycznych w celu przedłużenia przeżycia i poprawy jakości życia tych pacjentów.

Terapia polami do leczenia nowotworów (TTFields) została opracowana w celu wykorzystania efektu zmiennych pól elektrycznych o niskiej częstotliwości na komórki do terapii raka. Wykazano, że pola elektryczne TTFields zakłócają działanie komórek podczas mitozy i spowalniają wzrost guza. Istnieje również coraz więcej dowodów na to, że działają one poprzez stymulowanie odpowiedzi immunologicznej w obrębie odsłoniętych guzów. Do zalet terapii polami TTFields należy nieinwazyjne podejście i poprawa jakości życia w porównaniu z innymi metodami leczenia, takimi jak chemioterapia cytotoksyczna. Agencja ds. Żywności i Leków zatwierdziła terapię polami TTFields w leczeniu nawrotu glejaka wielopostaciowego w 2011 r. oraz nowo rozpoznanego glejaka wielopostaciowego w 2015 r. Informujemy o skutkach pól elektrycznych TTFields podczas mitozy, wynikach modelowania pól elektrycznych i prawidłowym rozmieszczeniu matrycy przetworników. Nasz protokół przedstawia kliniczne zastosowanie pól elektrycznych TTFields u pacjenta po operacji z użyciem urządzenia drugiej generacji.

Wprowadzenie

Glejak wielopostaciowy
Glejak wielopostaciowy jest najczęstszym pierwotnym złośliwym nowotworem mózgu u dorosłych. Ze względu na jego właściwości jako nowotworu złośliwego cytologicznie, mitotycznie aktywnego, angiogennie proliferacyjnego i podatnego na martwicę, zwykle związanego z szybką przed- i pooperacyjną ewolucją choroby i prawie powszechnym wynikiem śmiertelnym, Światowa Organizacja Zdrowia uznała glejaka za nowotwór IV stopnia¹. Pomimo podstawowych i translacyjnych wysiłków badawczych nie ma leczenia glejaka. Wskaźnik 5-letniego przeżycia pacjentów, u których zdiagnozowano glejaka, utrzymuje się na poziomie około 5%, co podkreśla pilną potrzebę bardziej skutecznych interwencji terapeutycznych².

Mechanizmy leczenia nowotworów polami: pole elektryczne
Pola TTFields to zmienne pola elektryczne o niskim natężeniu i średniej częstotliwości (100-300 kHz), które przenikają do tkanek zawierających nowotwór i są wytwarzane przez izolowane elektrody przylegające zewnętrznie do skóry pacjenta³. Uważa się, że pola elektryczne TTFields zakłócają procesy biologiczne zachodzące w komórkach nowotworowych poprzez wywieranie sił elektromagnetycznych na cząsteczki wewnątrzkomórkowe o wysokich momentach dipolowych podczas mitozy. Narażenie na pola TTFields podczas mitozy powodowało nieprawidłowe wyjście mitotyczne, prowadzące do nieprawidłowej segregacji chromosomów, wielonukleacji komórkowej i zależnej od kaspazy apoptozy komórek potomnych⁴. Efekty te były zależne od częstotliwości i zależały od kierunku padania pola w odniesieniu do płytek mitotycznych dotkniętych komórek. Komórki z płytkami mitotycznymi prostopadłymi do pól wykazywały największą dotkliwość uszkodzeń. Pośredni zakres częstotliwości jest unikalny, ponieważ stanowi obszar przejściowy, w którym znacznie wzrasta siła wewnątrzkomórkowego pola elektrycznego, które jest ekranowane przy niższych częstotliwościach⁵. Próg, przy którym następuje ten wzrost, zależy od właściwości dielektrycznych błony komórkowej⁵. W przypadku komórek glejaka optymalna częstość stosowania pól elektrycznych TTFields zarówno w odniesieniu do liczby komórek w hodowli, jak i w testach klonogennych wynosi 200 kHz⁶.

Korzystając z pomiarów MRI specyficznych dla pacjenta, można opracować spersonalizowane mapowanie pól elektrycznych, uwzględniając objętość, przewodnictwo elektryczne i przenikalność względną różnych struktur tkankowych w mózgu^7,8. Co więcej, kompleksowy, półautomatyczny przepływ pracy oparty na segmentacji może być również wykorzystany do wygenerowania spersonalizowanego modelu elementów skończonych do wyznaczania wewnątrzczaszkowego pola TTFields⁹. Mapy pól elektrycznych pokazujące rozkład pól elektrycznych w mózgu pacjenta mogą być użyteczne w kierowaniu optymalnym rozmieszczeniem matryc przetworników w celu maksymalizacji natężenia pola w guzie.

Mechanizmy leczenia nowotworów: biologia komórki
Dokładne mechanizmy, za pomocą których pola elektryczne TTFields wywołują zakłócenia mitotyczne, nie są w pełni poznane, ale zaproponowano dwa potencjalne mechanizmy, za pomocą których pola elektryczne mogą wpływać na mitozę. Jedna z nich polega na bezpośrednim oddziaływaniu pola elektrycznego na białka o wysokich momentach dipolowych, co powoduje ich funkcjonalne zaburzenie; Drugim jest dielektroforeza jonów, powodująca nieprawidłową lokalizację jonów w dzielącej się komórce, która może zakłócać wnikanie bruzd cytokinetycznych ³. Jako cele zaproponowano dwa białka o wysokich momentach dipolowych, monomer α/β-tubuliny i heterotrimer Septin 2, 6, 7, z momentami dipolowymi odpowiednio 1740 D¹⁰ i 2771 D¹¹. Sugeruje się, że pola TTFields zmniejszają stosunek między tubuliną spolimeryzowaną a całkowitą, uniemożliwiając prawidłowe składanie wrzeciona mitotycznego i zaburzając pracę komórek podczas przejścia z metafazy do anafazy⁴. Komórki wystawione na działanie pól elektrycznych TTFields wykazują normalną progresję do metafazy, ale następnie wykazują zmniejszoną lokalizację septyny do linii środkowej wrzeciona anafazy i bruzdy cytokinetycznej ¹¹. Komórki ulegają niekontrolowanemu pęcherzykowi błony, co prowadzi do nieprawidłowego wyjścia mitotycznego¹². Powstałe komórki postmitotyczne wykazują nieprawidłową architekturę jądrową, taką jak mikrojądra, oznaki stresu komórkowego i ogólny spadek proliferacji komórek, w tym zatrzymanie G0, po którym następuje apoptoza¹¹. Badania wykazały zwiększenie stężenia kalretykuliny i wydzielanie HMGB1 w komórkach leczonych polami TTFields, co jest cechą charakterystyczną immunogennej śmierci komórki^13,14. Kirson i wsp. wykazali, że leczenie nowotworów zmniejszyło potencjał przerzutowy, a przerzuty u zwierząt leczonych polami TTFields wykazały wzrost liczby komórek CD8+¹⁵. Łącznie dane te wspierają mechanizm działania, który wykracza poza bezpośredni wpływ na mitozę i prawdopodobnie inicjuje przeciwnowotworowe reakcje zapalne.

Urządzenie TTFields i opcje leczenia
Zarówno urządzenia TTFields pierwszej, jak i drugiej generacji dostarczają zmienne pole elektryczne do mózgu nadnamiotowego w celu leczenia glejaka. Urządzenie zostało po raz pierwszy zatwierdzone przez FDA w 2011 roku do leczenia pacjentów z nawracającym glejakiem wielopostaciowym i zatwierdzone w 2015 roku do leczenia pacjentów z nowo zdiagnozowanym glejakiem^16,17. Leczenie glejaka wielopostaciowego powinno być podejmowane w sposób multimodalny, z interwencją neurochirurgiczną, radioterapią onkologiczną i podawaniem chemioterapii. Ze względu na to, że pola elektryczne TTFields stanowią dodatkową metodę leczenia przeciwnowotworowego o niewielkiej toksyczności, neuroonkolodzy powinni rozważyć włączenie tej terapii do obecnych schematów leczenia zarówno nowo zdiagnozowanego, jak i nawrotu glejaka^18,19.

W nowo zdiagnozowanym ustawieniu, standardowe podejście do leczenia składa się z jednoczesnego napromieniania i temozolomidu, a następnie temozolomidu podtrzymującego. W 2004 r. randomizowane badanie III fazy wykazało poprawę mediany i 2-letniego przeżycia u pacjentów z glejakiem leczonym radioterapią oraz jednoczesnym i uzupełniającym temozolomidem²⁰. Korzyści ze stosowania temozolomidu w skojarzeniu z radioterapią utrzymywały się przez co najmniej 5 lat obserwacji²¹. Jednak stan metylacji metylotransferazy DNA (MGMT) pacjenta 06-methylguanine-DNA (MGMT) zidentyfikował osoby, które najprawdopodobniej odniosą korzyści z dodania temozolomidu²². W innym randomizowanym badaniu klinicznym z udziałem pacjentów z glejakiem, którzy otrzymywali standardowe promieniowanie i jednoczesną chemioterapię temozolomidem, dodanie pól TTFields do podtrzymującej chemioterapii temozolomidem skutkowało poprawą wyników w porównaniu z pacjentami, którzy otrzymywali temozolomid w monoterapii²³. Ponadto badania wykazały, że pola elektryczne TTFields działają niezależnie od statusu metylacji promotora MGMT u pacjenta; w związku z tym pola elektryczne TTFields mogą stanowić interwencję kliniczną, która działa również u pacjentów ze statusem niemetylowanego MGMT²⁴. Podsumowując, badania te sugerują szerokie implikacje dla skuteczności pól elektrycznych TTFields w leczeniu glejaków. W szczególności po napromienianiu włączenie pól elektrycznych TTFields w skojarzeniu z temozolomidem stanowi skuteczną opcję leczenia u nowo zdiagnozowanych pacjentów z glejakiem.

W powtarzającym się ustawieniu nie istnieje standardowe podejście do leczenia. Jednak terapia bewacyzumab i TTFields to dwie metody leczenia zatwierdzone przez FDA^25,26. Badanie fazy III EF-11 monoterapii polami elektrycznymi TTFields (przy stosowaniu przez 20-24 godz./dobę) w porównaniu z aktywną chemioterapią u pacjentów z nawracającym glejakiem wykazało porównywalne przeżycie całkowite, natomiast toksyczność i jakość życia faworyzowały pola TTFields²⁷. Z tego względu bewacyzumab w monoterapii, monoterapia polami TTFields lub ich skojarzenie stanowią opcje leczenia dla osób z nawracającym glejakiem.

Zastosowanie kliniczne
Poprzednia publikacja JoVE demonstrowała zastosowanie urządzenia pierwszej generacji przy użyciu plastikowego modelu ludzkiej głowy²⁵. W tym miejscu demonstrujemy zastosowanie urządzenia drugiej generacji u pacjenta z glejakiem poddawanym leczeniu. Protokół korzystania z urządzenia rozpoczyna się od skonfigurowania rozmieszczenia układu matryc głowic na skórze głowy za pomocą pomiarów MRI i systemu planowania leczenia. Mapa układu matrycy głowic określa orientację i położenie każdej z czterech matryc na głowie pacjenta. Matryce są zaprojektowane tak, aby przylegały do skóry głowy, aby umożliwić przetwornikom dostarczanie pól elektrycznych TTFields o częstotliwości 200 kHz z generatora pola elektrycznego. Pacjenci otrzymują leczenie w sposób ciągły, a matryce są zwykle wymieniane co 3 do 4 dni. W niniejszej pracy przedstawiono wpływ pól elektrycznych TTFields na komórki mitotyczne, rozkład pól elektrycznych w mózgu oraz metodę stopniowego nakładania urządzenia drugiej generacji na ludzką głowę w celu zademonstrowania leczenia pacjenta z glejakiem.

Protokół

Prezentacja tego protokołu jest zgodna z wytycznymi etycznymi w Beth Israel Deaconess Medical Center, a pisemna autoryzacja została uzyskana od pacjenta.

1. Zastosowanie urządzenia TTFields drugiej generacji

UWAGA: System składa się z przenośnego generatora pola elektrycznego, zestawów przetworników, połączeniowego i skrzynki, akumulatora, ładowarki do przenośnych akumulatorów oraz zasilacza typu plug-in.

1. Procedura planowania leczenia
   1. Uzyskaj obrazy MRI mózgu pacjenta. Skan MRI obejmuje marginesy skóry głowy w celu zaplanowania leczenia. Niepełne wyznaczenie pełnej grubości skóry głowy zakłóca obliczenia pola elektrycznego.
   2. Korzystając z osiowych skanów MRI w sekwencji T1 i narzędzi w przeglądarce obrazów DICOM, wykonaj pomiary linii bazowej od przodu do tyłu, od prawej do lewej i od prawej do linii środkowej w oparciu o rozmiar osiowej głowicy widoku (mm). Zmierz górną część linii ścięgnistej, prawą do lewej i prawą do środkowej w oparciu o rozmiar głowy widoku koronalnego (mm).
   3. Koncentrując się na zmianie pierwotnej, zmierz przód do tyłu bez nosa, od prawej do lewej, od prawej do linii środkowej, od prawej do zamknięcia brzegu guza, od prawej do dalekiego brzegu guza, od przodu do zamknięcia brzegu guza i od przodu do dalekiego brzegu guza w oparciu o osiowy rozmiar guza (mm). Zmierz górny do tentorium, od prawej do lewej, od prawej do linii środkowej, od prawej do zamknięcia brzegu guza, od prawego do dalekiego brzegu guza, górnego do bliskiego brzegu guza i górnego do dalekiego brzegu guza na podstawie wielkości guza w widoku koronalnym (mm).
   4. Otwórz oprogramowanie do planowania leczenia, wprowadź nazwę użytkownika i hasło, a następnie wybierz nową matrycę głowic pacjenta.
   5. Wprowadź powyższe pomiary i kliknij przycisk Generate Transducer Array Placement (Generuj rozmieszczenie matrycy przetworników). Zapisz układ matrycy przetworników do wykorzystania w przyszłości podczas wizyty pacjenta.
2. Nakładanie matryc przetworników na skórę głowy
   1. Przygotuj skórę głowy do umieszczenia matrycy przetworników, przycinając włosy i goląc zarost elektryczną maszynką do golenia aż do powierzchni skóry głowy, aż nie pozostaną włosy. Unikaj używania maszynki do golenia z ostrzami, aby zapobiec skaleczeniom skóry głowy.
   2. Przetrzyj skórę głowy 70% alkoholem izopropylowym.
   3. Wyjmij matryce przetworników z plastikowego opakowania i rozpocznij planowanie rozmieszczenia na skórze głowy zgodnie z wcześniej ustalonym schematem układu matrycy (patrz sekcja 1.1). Zlokalizuj bliznę pooperacyjną i unikaj umieszczania matryc przetworników na bliźnie.
   4. Jeśli blizna znajduje się pod z góry określonym układem przetworników, przesuń cztery układy o 2 cm zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.
   5. Określ żądane położenie przewodów połączeniowych zgodnie z preferencjami pacjenta (prawa lub lewa strona ciała). Najpierw zastosuj matrycę przetwornika, która znajduje się najbliżej blizny operacyjnej, jednocześnie ustawiając przewód połączeniowy po preferowanej stronie.
   6. Zastosuj następny układ przetworników do prawej lub lewej bocznej strony w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, zachowując stałe położenie przewodu połączeniowego. Zastosuj trzecią i czwartą matrycę przetworników w ten sam sposób zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.
   7. Umieść paski gazy pod metalowym interfejsem między matrycą a przewodem połączeniowym. Użyj jedwabnej taśmy, aby przytrzymać pasek gazy na miejscu.
   8. Zaplecić ze sobą cztery przewody połączeniowe i przymocować jedwabną taśmą. Umieść uchwyt siatki rybackiej nad głową, aby utrzymać tablice na miejscu.
3. Montaż systemu urządzeń TTFields
   1. Podłącz każdy z czterech przewodów połączeniowych oznaczonych kolorami białymi i czarnymi do odpowiedniego białego lub czarnego portu w skrzynce połączeniowej, upewniając się, że każdy z nich słyszalnie zatrzaskuje się na swoim miejscu.
   2. Jeśli używasz baterii przenośnej, podłącz ładowarkę do gniazdka ściennego i włącz przycisk zasilania, aby wstępnie naładować baterię.
   3. Włóż naładowany akumulator do generatora pola elektrycznego, podłączając go przez złącze do gniazda oznaczonego DC IN na przednim panelu urządzenia. Upewnij się, że strzałki na złączu akumulatora są skierowane do góry w kierunku etykiety DC IN.
   4. Jeśli nie używasz przenośnej baterii, podłącz generator pola elektrycznego do gniazdka ściennego.
   5. Włącz przycisk zasilania znajdujący się w dolnej części generatora pola elektrycznego, aby uruchomić urządzenie. Włączyć przycisk TTFields znajdujący się w górnej części generatora pola elektrycznego. Pacjent może odczuwać uczucie ciepła.
   6. W celu uzyskania optymalnej odpowiedzi na leczenie, należy polecić pacjentowi ciągłe stosowanie zaleceń elektrycznych TTFields przez co najmniej 75%, czyli 18 godzin na dobę. Czas trwania leczenia krótszy niż 18 godzin na dobę wiąże się z nieoptymalnymi wynikami.
4. Wymiana matryc przetworników
   nuta: Procedury wymiany macierzy w tej sekcji są powtarzane co 3 do 4 dni.
   1. Użyj oliwki dla niemowląt, aby usunąć klej ze skóry. Wykonaj szyki, stosując powolne i równomierne naprężenie obiema rękami.
   2. Umyj skórę głowy delikatnym szamponem. Sprawdź skórę głowy pod kątem zapalenia skóry, nadżerek, wrzodów lub infekcji. W razie potrzeby zastosuj maść antyseptyczną.
      1. W przypadku wystąpienia wrzodów lub infekcji należy przerwać leczenie do czasu zagojenia się owrzodzenia lub ustąpienia zakażenia.
   3. Zgol odrastające włosy.
   4. Oczyść skórę głowy 70% alkoholem izopropylowym. Ponownie zastosować matryce przetworników (patrz sekcja 1.2).

2. Usuwanie czynników ogólnoustrojowych, które mogą zakłócać działanie odporności przeciwnowotworowej

1. Zmniejszenie lub przerwanie leczenia deksametazonem
   nuta: Deksametazon jest syntetycznym fluorowanym glikokortykosteroidem, który ma działanie przeciwzapalne u ludzi poprzez upośledzenie odporności komórkowej.
   1. Odzwyczajanie deksametazonu w sposób stopniowy ze względu na jego efekt histerezy.
   2. Stosować trimetoprem-sulfametaksazol (400–80 mg tabletki o pojedynczej mocy dziennie lub 800–160 mg tabletki o podwójnej mocy trzy razy w tygodniu), aby zapobiec rozwojowi pneumocystycznego zapalenia płuc podczas procesu odsadzania.
   3. Dawkę należy szybko zmniejszać o połowę co 7–10 dni, aby osiągnąć dawkę dobową 4 mg/dobę. Jeśli pacjent przyjmuje już dawkę 4 mg/dobę lub mniejszą, należy zmniejszać dawkę wolniej, co 10 do 14 dni, aż do przerwania leczenia.
   4. Szukaj oznak zahamowania nadnerczy (tj. letargu, nietolerancji zimna, osłabienia i nadmiernej somnii). Jeśli pojawią się oznaki niedopuszczalnych deficytów neurologicznych i/lub zahamowania czynności nadnerczy, ponownie stosuje się poprzednią dawkę deksametazonu.
      nuta: Poszukuje się innych sposobów zmniejszenia stężenia deksametazonu (patrz jednoczesne stosowanie bewacyzumabu).
2. Równoczesne podawanie bewacyzumabu
   nuta: Bewacyzumab jest humanizowanym przeciwciałem monoklonalnym IgG₁ przeciwko czynnikowi wzrostu śródbłonka naczyń krwionośnych (VEGF). Przeciwciało ma silne działanie antyangiogenne poprzez sekwestrację VEGF, co uniemożliwia mu wiązanie się z pokrewnymi receptorami VEGFR1 i VEGFR2 oraz wywieranie działania proangiogennego. Niedojrzałe naczynia krwionośne mają również wysoką przepuszczalność, a eliminacja tych nowo powstałych naczyń krwionośnych w mikrośrodowisku glejaka również pomaga zmniejszyć obrzęk mózgu. Bewacyzumab ma długi okres półtrwania wynoszący około 20 dni²⁸ i dlatego może być podawany pacjentom co 2 do 3 tygodni w postaci wlewu dożylnego. Wskazaniem do stosowania bewacyzumabu jest uniknięcie długotrwałego stosowania deksametazonu.
   1. Należy wykluczyć bewacyzumab u pacjenta, u którego niedawno wystąpił krwotok (wewnątrzczaszkowy lub zewnątrzczaszkowy), zawał mięśnia sercowego lub udar mózgu, poważna operacja (w tym kraniotomia) w ciągu 4 tygodni, niekontrolowane nadciśnienie, ciąża lub laktacja. Należy zachować ostrożność u pacjentów z przewlekłą chorobą nerek, białkomoczem, zaburzeniami krzepnięcia, niekontrolowaną dławicą piersiową, zaburzeniami rytmu serca, zastoinową niewydolnością serca, wcześniejszym napromienianiem ściany klatki piersiowej, wcześniejszą ekspozycją na antracykliny lub inną współistniejącą chorobą uznaną przez lekarza prowadzącego za niezdolną do pracy.
   2. Przed zabiegiem należy upewnić się, że pacjent ma akceptowalną morfologię krwi, czynność nerek, prawidłowe ciśnienie krwi i poziom białka w moczu <100 mg/dl.
   3. Gdy pacjent zostanie uznany za akceptowalnego kandydata, należy podać bewacyzumab w dawce 2,5, 5,0 lub 10 mg/kg. Istnieją dowody klasy 2, że bewacyzumab w dawkach <10 mg/kg działa równie dobrze jak 10 mg/kg^29,30. Leczenie polami TTFields należy rozpocząć przed lub po rozpoczęciu stosowania bewacyzumabu.
   4. Dawkę początkową bewacyzumabu należy podawać w infuzji przez 60 minut w 100 ml soli fizjologicznej. Jeśli nie wystąpi zdarzenie niepożądane, kolejne dawki należy podawać przez 30 min.
3. Inne ogólnoustrojowe leki immunosupresyjne, których należy unikać
   nuta: Istnieje wiele leków przeciwnowotworowych, które mają również znaczące właściwości immunosupresyjne. Są one wymienione poniżej.
4. Aby uniknąć ewerolimusu, który jest inhibitorem mTOR.
   nuta: Ewerolimus jest zatwierdzony do leczenia podwyściółkowego gwiaździaka olbrzymiokomórkowego, zaawansowanego raka piersi z dodatnim receptorem hormonalnym, Her2-ujemnego raka piersi, guzów neuroendokrynnych trzustki i raka nerkowokomórkowego. Jednak w randomizowanym badaniu wykazano definitywnie, że dodanie ewerolimusu przyspiesza śmierć pacjentów z glejakiem, najprawdopodobniej poprzez osłabienie ich odporności za pośrednictwem komórek przeciwnowotworowych³¹. Stosuje się go również w celu zapobiegania odrzuceniu biorców przeszczepionych narządów.
5. Należy unikać syrolimusa, który jest również znany jako rapamycyna.
   nuta: Temsyrolimus jest prolekiem, który może być metabolizowany do syrolimusa. Jest to inhibitor mTOR o właściwościach interferencji immunologicznej podobnych do ewerolimusu. Stosuje się go również w celu zapobiegania odrzuceniu biorców przeszczepionych narządów.

Wyniki

Pola TTFields powodują zakłócenia podczas mitozy, co prowadzi do asymetrycznego rozkładu chromosomów i niewspółosiowości płytek metafazowych podczas mitozy, (porównaj Rysunek 1A i Rysunek 1B). Uważa się, że pola elektryczne TTFields wywierają swoje działanie poprzez zaburzanie funkcji wysokiego momentu dipolowego zawierającego białka takie jak α/β-tubulina lub septyna. Jednym z proponowanych modeli działania pól elektrycznych TTFields na komórki mitotyczne jest to, że zaburzają one funkcję septyny. Zwykle septyna działa w celu uporządkowania bruzdy cytokinetycznej i wzmocnienia strukturalnie ważnej interakcji między podkorowym cytoszkieletem aktynowym a leżącą nad nim błoną plazmatyczną, która jest potrzebna, aby oprzeć się wewnątrzkomórkowym siłom hydrostatycznym wytwarzanym podczas wnikania bruzdy. Powoduje to utratę integralności strukturalnej w dzielących się komórkach, która jest niezbędna do normalnej mitozy, co skutkuje zakłóceniem segregacji chromosomów i funkcji bruzd cytokinetycznych prowadzącej do nieprawidłowego wyjścia mitotycznego (Rysunek 1C).

Natężenie pola elektrycznego nie jest jednorodne w mózgu pacjentów poddawanych leczeniu polami TTFields³². Przewodność elektryczna i przenikalność względna poszczególnych typów tkanek oraz ich objętość powoduje zmianę natężenia i dystrybucji pola elektrycznego w mózgu, pokazaną w Rysunek 2A,B. Dlatego umieszczenie matrycy przetworników może mieć wpływ na natężenie pola elektrycznego w okolicy guza. Przykład tej zmienności jest pokazany na Rysunek 2C, który przewiduje natężenie pola elektrycznego w mózgu pacjenta w sąsiednich warstwach osiowych, czołowych i strzałkowych.

Rysunek 3A pokazuje spersonalizowane dane wyjściowe oprogramowania do planowania leczenia dla prawidłowego rozmieszczenia matryc na pacjencie, pokazane w Rysunek 3B. Wrażliwość skóry głowy na matryce można złagodzić poprzez miejscowe stosowanie kortykosteroidów i przesuwanie matryc zgodnie z opisem w Rysunek 4.

Powyższy protokół został wykorzystany do leczenia 56-letniej kobiety, u której rozwinął się krwotok w lewej części czołowej mózgu. Przeszła całkowitą resekcję masy krwotocznej, a patologia wykazała glejaka wielopostaciowego z mutacją IDH-1 z hiperkomórkowością, atypią komórkową, figurami mitotycznymi i martwicą. Następnie otrzymała radioterapię wiązką zewnętrzną i codzienny temozolomid. Deksametazon odstawiono wcześnie w drugim tygodniu napromieniania. Wystąpiła u niej pancytopenia spowodowana temozolomidem podawanym w fazie leczenia uzupełniającego, wymagająca wsparcia czynnikiem wzrostu oraz transfuzji płytek krwi i płytek krwi. Zwiększone zwiększenie stężenia gadolinu stwierdzono w rezonansie magnetycznym głowy 5 miesięcy po rozpoznaniu i rozpoczęciu leczenia bewacyzumabem. Osiem miesięcy po rozpoznaniu dodano również terapię polami elektrycznymi TTFields. Była utrzymywana w schemacie bewacyzumabu i pól TTFields przez 48+ miesięcy po rozpoznaniu glejaka. Obrazy MRI tego pacjenta wykazały stabilną chorobę przez 48 miesięcy po wstępnym rozpoznaniu glejaka, pokazane na Rycina 5. Do tej pory przetrwała z wysokim wynikiem Karnofsky'ego wynoszącym 80 punktów.

Rysunek 1: Pola elektryczne TTFields zaburzają mitozę podczas podziału komórki. (A) Mikroskopia z kontrastem fazowym została wykorzystana do obserwacji komórek HeLa podczas mitozy. DRAQ5 jest barwnikiem DNA i był używany do monitorowania zachowania chromosomów. Obraz zaczerpnięty z filmu przedstawiającego komórki przechodzące normalną mitozę, dołączone jako dodatkowy suplement. Procedury uzyskiwania obrazów wideo zostały opisane w poprzednim work¹¹. (B) Kontrast fazowy i DRAQ5 w polach TTFields wykazują pęcherzenie komórek i nieprawidłową mitozę. Podziałka = 20 μm. Zdjęcie zaczerpnięte z filmu przedstawiającego komórki poddawane mitozie podczas leczenia polami TTFields, dołączone jako dodatkowe uzupełnienie. Procedury uzyskiwania obrazów wideo zostały opisane w poprzednim work¹¹. (C) Proponowany model zakłóceń mitotycznych wywołanych przez pola TTFields. Pola TTFields zaburzają związek septyny z bruzdą cytokinetyczną i podkorowym cytoszkieletem aktyny. Powoduje to niewystarczającą kurczliwość bruzdy i sprawia, że komórki są podatne na pęknięcie błony plazmatycznej z leżącego poniżej cytoszkieletu, co powoduje pęcherzenie błony. Prowadzi to do nieprawidłowego wyjścia mitotycznego, w tym poślizgu mitotycznego (braku podziału) i asymetrycznego podziału komórki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Natężenie pola elektrycznego in situ zmienia się w obrębie tkanek w zależności od przewodnictwa elektrycznego i przenikalności względnej tkanek, przez które przechodzą. (A) Histogram pola elektrycznego i objętości (EVH) pokazuje wielkość natężenia pola elektrycznego. (B) Histogram szybkości absorpcji swoistej i objętości (SARVH) pokazuje szybkość energii pochłoniętej w różnych tkankach. (C) Reprezentatywne mapowanie pola pacjenta z glejakiem czołowym po lewej stronie, pokazujące natężenie pola w rozkładach na wycinkach osiowych, czołowych i strzałkowych. Zielone strzałki wskazują lokalizację guza. Względne natężenie pola elektrycznego jest dowolne. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 3: Zastosowanie kliniczne u pacjenta z glejakiem po operacji, radioterapii i temozolomidu. (A) Dane wyjściowe oprogramowania do planowania leczenia pokazujące rozmieszczenie 4 matryc. (B) Umieszczenie matrycy na pacjencie. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 4: Zmiana rozmieszczenia matrycy podczas leczenia. (A) Poszczególne układy boczne powinny być obrócone łącznie o 2 cm od ich pierwotnej pozycji w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, a przednie i tylne układy powinny być przesunięte do przodu o 2 cm od (B) podstawowych pozycji dla pozycji umieszczenia matrycy, które są oparte na danych wyjściowych z oprogramowania do planowania leczenia dla indywidualnego pacjenta. (C) Poszczególne elektrody w każdym układzie powinny być obrócone łącznie o 2 cm od pozycji pierwotnej w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, a przedni i tylny układ przesunięty łącznie o 2 cm do tyłu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 5: Rezonans magnetyczny pacjenta przed i po leczeniu polami TTFields. Rezonans magnetyczny po rozpoznaniu (lewa kolumna), rezonans magnetyczny po operacji, radioterapii i temozolomidu (kolumna środkowa) oraz rezonans magnetyczny po 43 miesiącach leczenia polami TTFields (prawa kolumna). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dyskusja

W artykule przedstawiono prawidłowe zastosowanie pól elektrycznych TTFields drugiej generacji w leczeniu pacjentów z glejakiem. Znaczenie leczenia polami TTFields w porównaniu z alternatywnymi metodami leczenia obejmuje zmniejszenie toksyczności, poprawę jakości życia i wydłużenie mediany przeżycia całkowitego, zwłaszcza w skojarzeniu z chemioterapią temozolomidem. Ponadto krok po kroku pokazujemy prawidłową aplikację matrycy przetworników na skórę głowy, unikając przy tym pułapek, które mogą powodować komplikacje. Ponadto przedstawiamy szczegółowy opis wpływu pól TTFields na biologię komórki, a także mapowanie pola elektrycznego w miarę przenikania pól TTFields do mózgu.

Kilka kroków w protokole jest szczególnie krytycznych dla pomyślnego wdrożenia urządzenia. W celu prawidłowego zaplanowania leczenia, obrazy MRI mózgu pacjenta muszą obejmować brzegi skóry głowy. Aby zapewnić odpowiedni kontakt między elektrodą a skórą głowy, zarost włosów należy ogolić do powierzchni skóry głowy, aż nie pozostaną żadne włosy. Ważne jest, aby zlokalizować wszelkie blizny pooperacyjne i unikać umieszczania matryc przetworników na bliźnie, aby uniknąć powikłań związanych z rozpadem skóry głowy. Podczas każdej wymiany należy sprawdzić skórę głowy pod kątem zapalenia skóry, nadżerek, owrzodzeń lub infekcji i, jeśli to konieczne, przerwać stosowanie matryc do czasu wygojenia owrzodzeń i ustąpienia infekcji^33,34.

Poprawa oczekiwanej długości życia zależy przede wszystkim od przestrzegania przez pacjentów zaleceń lekarskich wynoszącego 18 godzin dziennie lub więcej. Analiza post hoc danych z badania III fazy EF-11 wykazała istotnie dłuższą medianę całkowitego czasu przeżycia u pacjentów leczonych polami TTFields, u których wskaźnik przestrzegania zaleceń wynosił ≥75% (≥18 godzin na dobę) w porównaniu z pacjentami, u których wskaźnik przestrzegania zaleceń wynosił <75% (7,7 w porównaniu z 4,5 miesiąca, p = 0,042)³⁵. Wydaje się, że pacjenci, którzy przestrzegają mniej niż 75% zaleceń, odnoszą niewielkie korzyści, podczas gdy ci, którzy przekroczą granicę 75%, wykazują znaczne korzyści. Wskazówki lekarza i wsparcie rodziny odgrywają ważną rolę w osiąganiu większego zaleceń dla pacjentów, a porady dotyczące stosowania mogą być udzielane, aby pacjent czuł się bardziej komfortowo nosząc matryce przez dłuższy czas. Temperatura otoczenia powinna pozostawać w komfortowym zakresie podczas noszenia matryc. Regularne zmiany matrycy, golenie włosów na skórze głowy i umieszczenie oddychającej siatki na głowie, aby utrzymać matryce na miejscu, mogą również poprawić komfort, prowadząc do większej podatności.

Istnieje coraz więcej dowodów na to, że leczenie polami elektrycznymi TTFields jest skuteczniejsze w skojarzeniu z innymi terapiami. Pola elektryczne TTFields stosowano w monoterapii w kluczowym badaniu III fazy EF-11, a mediana całkowitego czasu przeżycia wyniosła 6,6 miesiąca w grupie otrzymującej pola TTFields w porównaniu do 6,0 miesięcy w grupie chemioterapii. Chociaż te wstępne wyniki nie wykazały statystycznie istotnej poprawy całkowitego czasu przeżycia w porównaniu ze standardowym leczeniem, w grupie otrzymującej pola TTFields zaobserwowano mniej poważnych zdarzeń niepożądanych i poprawę jakości życia, co stanowiło podstawę do zatwierdzenia go przez FDA do leczenia nawrotu glejaka^{wielopostaciowego}. Późniejsze badanie III fazy EF-14 dotyczące nowo zdiagnozowanego glejaka wykazało medianę całkowitego przeżycia wynoszącą 20,9 miesiąca w grupie otrzymującej temozolomid TTFields w porównaniu z 16,0 miesiącami w grupie otrzymującej temozolomid w monoterapii^36,37. W innym badaniu dotyczącym pól elektrycznych TTFields w praktyce klinicznej z wykorzystaniem rejestru PRiDe mediana czasu przeżycia całkowitego wyniosła 9,6 miesiąca, czyli była znacznie dłuższa niż mediana przeżycia całkowitego w grupie kontrolnej EF-11³⁵. Co więcej, dane przedkliniczne wykazały, że dodanie środków alkilujących, takich jak temozolomid, poprawia zabijanie komórek nowotworowych w hodowli tkankowej²⁴. Rejestr PRiDe i dane dotyczące EF-14 potwierdzają tę koncepcję, ponieważ pacjenci ci uzyskiwali lepsze wyniki, gdy otrzymywali jednocześnie temozolomid i (lub) inne leczenie dodane do pól elektrycznych TTFields. Wong i wsp. uzyskali podobne wyniki, porównując terapię polami elektrycznymi TTFields i bewacyzumab w monoterapii lub w skojarzeniu ze schematem składającym się z 6-tioguaniny, lomustyny, kapecytabiny i celekoksybu (TCCC). W grupie TCCC stwierdzono wydłużenie czasu przeżycia całkowitego, medianę 10,3 miesiąca w porównaniu z 4,1 miesiąca w przypadku pól TTFields i bewacyzumabu w monoterapii³⁸. Łącznie dane te przemawiają za dodaniem terapii uzupełniających w celu zwiększenia skuteczności urządzenia w leczeniu glejaka.

W badaniu EF-14 pacjenci, którzy otrzymywali pola TTFields w grupie eksperymentalnej, mieli dłuższe przeżycie całkowite w porównaniu z grupą kontrolną, ale nie było różnicy między grupą eksperymentalną a kontrolną w badaniu EF-11. W badaniu EF-14 dodano znany środek terapeutyczny, temozolomid, który wydaje się działać synergistycznie z leczeniem polami elektrycznymi TTFields. Innym potencjalnym wyjaśnieniem tej różnicy może być stan chemioterapii nowo zdiagnozowanych pacjentów, co może umożliwić im uzyskanie skuteczniejszej przeciwnowotworowej odpowiedzi immunologicznej. Chociaż mechanizm odpowiedzi immunologicznej na pola TTFields pozostaje niejasny, deksametazon jako lek immunosupresyjny może zniweczyć tę korzyść i wykazano, że w skojarzeniu z polami TTFields^obniża medianę przeżycia ^39,40,41. Podsumowując, zmniejszenie dawki deksametazonu u pacjentów leczonych polami TTFields zwiększyłoby liczbę komórek odpornościowych we krwi pacjentów z glejakiem i mogłoby prowadzić do silniejszej odpowiedzi i poprawy wyników leczenia. Pola elektryczne TTFields mogą również uwrażliwiać komórki nowotworowe na działanie promieniowania jonizującego^42,43. Jednak wybór terapii skojarzonej powinien być zindywidualizowany z uwzględnieniem schorzeń neurologicznych i zdrowotnych pacjenta.

Urządzenie TTFields zostało zatwierdzone przez FDA do leczenia dorosłych pacjentów z nawracającym i nowo rozpoznanym glejakiem w wieku 22 lat i starszych; Skuteczność tego urządzenia u pacjentów w wieku poniżej 22 lat nie jest znana. Ponadto działania niepożądane nie są znane, gdy pacjent stosuje pola TTFields jednocześnie z aktywnym wszczepionym urządzeniem, takim jak stymulatory nerwu głębokiego mózgu, rdzenia kręgowego lub nerwu błędnego, defibrylatory i rozruszniki serca, lub u pacjentów z metalowym fragmentem (np. kulą) lub aparatem (np. klipsem tętniaka) w mózgu. Przeciwwskazana jest również znana reakcja alergiczna na żele elektrodowe, otwarte rany, wady czaszki i ciąża. Pacjenci z poważnymi wadami czaszki, takimi jak brak dużego odcinka kości nazębnej po kraniektomii, mogą mieć większą penetrację pól TTFields⁴⁴; Jednak kraniektomia nie jest rutynowo wykonywana u pacjentów z glejakiem.

Słabe przestrzeganie zaleceń lekarskich przez pacjentów jest głównym ograniczeniem tej metody leczenia. Czynniki, które mogą zmniejszać przestrzeganie zaleceń, obejmują współistniejące choroby medyczne lub psychiczne (np. depresję)45,46,47, brak wsparcia ze strony opiekunów, rozpad skóry głowy z powodu nadżerek lub infekcji, obrzęk skóry i zapalenie skóry.

Pola elektryczne TTFields mają jednoznaczne działanie antymitotyczne na dzielące się komórki nowotworowe. Całkiem możliwe, że efekt ten rozciąga się również na komórki progenitorowe, ale brakuje danych przedklinicznych lub klinicznych dotyczących prawidłowych tkanek. Niemniej jednak terapia polami elektrycznymi TTFields jest obiecująca w przypadku wielu typów guzów litych, w tym niektórych z najbardziej agresywnych postaci raka. Pola elektryczne TTFields są skutecznym leczeniem przeciwmitotycznym w przedklinicznych modelach raka trzustki i mają długoterminowy negatywny wpływ na przeżywalność tych komórek nowotworowych. Wyniki te sprawiają, że pola elektryczne TTFields są atrakcyjną metodą leczenia u pacjentów z rakiem trzustki⁴⁸. Pola TTFields wykazały również zachęcające wyniki przedkliniczne w leczeniu raka jajnika⁴⁹ i niedrobnokomórkowego raka płuca ^15,50. Z tego względu pola elektryczne TTFields są stosowane w trwających badaniach klinicznych III fazy w leczeniu pierwotnego (NCT02973789) i przerzutowego (NCT02831959) raka płuc, raka trzustki (NCT03377491) i międzybłoniaka (NCT02397928). Miejmy nadzieję, że pola elektryczne TTFields zapewnią dodatkowe możliwości leczenia tych trudnych do leczenia nowotworów złośliwych.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Olejek dla niemowląt	Johnson & Kod produktu Johnson	473542
Bevacizumab	Genetech, Inc.	Nie dotyczy
Elastic Net	Medline Industries	NET012
Delikatny szampon	Johnson &	Kod produktu Johnson 108249
Alkohol izopropylowy 70%	The Betty Mills Company	MON 23222701
Taśma medyczna	The Betty Mills Company	MON 38202201
Sterylna gaza	The Betty Mills Company	MON 71392000
Trimetoprim-sulfametoksazol	Pfizer, Inc.	Nie dotyczy
Urządzenie TTFields (Optune)	Novocure, Ltd.	Nie dotyczy	System składa się z przenośnego generatora pola elektrycznego, układów przetworników, połączeniowego i skrzynki, akumulatora, ładowarki do akumulatorów przenośnych oraz zasilacza wtykowego.