Effektivität einer regionären EmboCept® S Therapie in Kombination mit Irinotecan und/oder Bevacizumab auf das Wachstum kolorektaler Lebermetastasen sowie deren Nebenwirkungen auf das gesunde Leberparenchym

Abstract

Nach Angaben des Robert Koch-Instituts wurden im Jahr 2018 rund 498.000 Krebserkrankungen erstdiagnostiziert. Davon betrafen 60.630 den Dickdarm. Es erkrankten 33.920 Männer sowie 26.710 Frauen an einem kolorektalen Karzinom. Damit stellt das kolorektale Karzinom bei der Frau mit 11,5% aller Krebsneuerkrankungen die zweithäufigste (nach Mammakarzinom mit 30%) und beim Mann mit 12,8% die dritthäufigste (nach Prostatakarzinom mit 24,6% und Bronchialkarzinom mit 13,3%) Tumorentität dar. Zum Zeitpunkt der Diagnosestellung liegen bei 15 - 20% der Patienten bereits Lebermetastasen vor. Etwa 80% der Patienten entwickeln im Verlauf Lebermetastasen. Bei circa 20 - 30% der Patienten ist die Leber die einzige Organmanifestation der Metastasierung. Ohne eine Therapie haben die Patienten mit hepatischer Metastasierung eine mediane Überlebenszeit von etwa 10 Monaten. Die chirurgische Therapie ist derzeit der einzige kurative Therapieansatz bei kolorektalen Lebermetastasen. Die 5-Jahres-Überlebensraten liegen zwischen 30 - 50%. Jedoch kommen nur 25% der Patienten zum Zeitpunkt der Diagnosestellung für eine chirurgische Resektion in Frage. Eine palliative Therapie ist mit einer Chemotherapie sowie durch verschiedene ablative Methoden möglich. Die hepatisch arterielle Applikation eines Chemotherapeutikums stellt ein Verfahren dar, welches den Vorteil einer hohen lokalen Wirkstoffkonzentration bei geringen systemischen Nebenwirkungen verbindet und so ein Downstaging von primär irresektablen kolorektalen Lebermetastasen ermöglicht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Effektivität einer regionären EmboCept® S Therapie in Kombination mit Irinotecan und/oder Bevacizumab auf das Wachstum kolorektaler Lebermetastasen sowie der Nebenwirkungen auf das gesunde Leberparenchym. Es wurden 40 Wistar Albino Glaxo Rijswijk (WAG/Rij) - Ratten in 5 Gruppen randomisiert. Diese erhielten eine subkapsuläre Implantation von 5x105 kolorektalen Tumorzellen (CC531) in den linkslateralen Leberlappen. Bei allen Gruppen wurde an Tag 8 eine Embolisation mit EmboCept® S über die Arteria hepatica durchgeführt. Zusätzlich wurde das Zytostatikum Irinotecan und/oder der monoklonale anti-VEGF Antikörper Bevacizumab appliziert. Die Tiere erhielten entsprechend der Zuordnung zu den Versuchsgruppen: 1. EmboCept® S (6,43 mg/kg KG) 2. EmboCept® S (6,43 mg/kg KG) plus Irinotecan (90 mg/m2) 3. EmboCept® S (6,43 mg/kg KG) plus Bevacizumab (5 mg/kg KG) oder 4. EmboCept® S (6,43 mg/kg KG) plus Irinotecan (90 mg/m2) plus Bevacizumab (5 mg/kg KG) Tiere der Kontrollgruppe erhielten eine äquivalente Menge Kochsalzlösung.

Die Tumorgröße wurde an den Tagen 8 und 11 unter Verwendung eines dreidimensionalen 40-MHz-Ultraschalls gemessen. An Tag 11 wurden das Tumorgewebe sowie die Restleber für histologische und immunhistochemische Analysen entnommen. Des Weiteren erfolgte eine Blutentnahme zur Anfertigung eines Blutbildes. In allen Gruppen mit Embolisation konnte eine Inhibition des Tumorwachstums erzielt werden. Die Monotherapie mit EmboCept® S konnte ein weiteres Tumorwachstum verhindern. Durch zusätzliche Verabreichung von Irinotecan konnte keine Verkleinerung des Tumorvolumens festgestellt werden. Im Gegensatz dazu erreichte die Kombination von EmboCept® S mit Bevacizumab gegenüber der EmboCept® S Monotherapie eine signifikante Reduktion des Tumorvolumens. Die Dreierkombination von EmboCept® S, Irinotecan und Bevacizumab konnte ein signifikant geringeres Tumorvolumen gegenüber der Sham-Gruppe, der EmboCept® S Monotherapie Gruppe und der Zweierkombination aus EmboCept® S und Irinotecan erzielen. Die Angiogenese im Tumor konnte durch die intraarterielle Anwendung von EmboCept® S, insbesondere aber in Kombination mit Irinotecan und Bevacizumab signifikant gesenkt werden. Nach der Applikation von EmboCept® S mit Irinotecan und/oder Bevacizumab kam es zu einer signifikant erhöhten Tumorzellapoptose im Vergleich zur Sham-Gruppe. Die Proliferationsrate der Hepatozyten war insgesamt niedrig. Bei der Kombination von EmboCept® S mit Bevacizumab fand sich eine signifikant geringere hepatozelluläre Proliferation gegenüber der EmboCept® S Monotherapie. Die Analyse der Nebenwirkungen auf das normale Lebergewebe zeigte vor allem in den Gruppen mit Irinotecan eine signifikante Leberzellschädigung. Eine erhöhte Schädigung des venulären Gefäßsystems der Leber war in allen Gruppen nach Gabe von EmboCept® S zu erkennen. Zusammengefasst zeigen die vorliegenden Untersuchungen, dass eine transarterielle Embolisation mit EmboCept® S ein effektiver therapeutischer Ansatzpunkt darstellt, um das Wachstum von kolorektalen Lebermetastasen zu hemmen. Durch die Zugabe von Bevacizumab konnte eine signifikante Tumorregression erreicht werden. Damit könnte die Embolisation mit EmboCept® S in Kombination mit Bevacizumab mit und ohne Irinotecan eine vielversprechende Strategie zur Therapie von primär inoperablen kolorektalen Lebermetastasen sein.

2. Summary According to the Robert Koch Institute around 498.000 new cases of cancer were reported in 2018. Of these, 60.630 were colon cancers. 33.920 men and 26.710 women were diagnosed with colorectal carcinoma in 2018. Thus colorectal carcinoma is the second most common cancer in women with 11.5% of all new cancer cases (after breast carcinoma with 30%) and in third most common in men with 12.8% (after prostate carcinoma with 24.6% and bronchial carcinoma with 13.3%). In approximately 15 - 20% of patients, liver metastases are already present at the time of diagnosis. About 80% of patients develop liver metastases during the course of the disease. In about 20 - 30% of the patients, the liver is the only organ manifestation of metastasis. Without therapy patients with liver metastases have a median survival time of about 10 months. Surgical resection is currently the only curative approach in the treatment of liver metastases. The five-year survival rates are 30 - 50%. However, only 25% of patients with colorectal liver metastases are eligible for surgical resection. Palliative approaches include chemotherapy as well as various ablative techniques. Transarterial embolisation is a method that combines the advantage of high local drug concentrations at the site of the metastases with low systemic side effects. This may enable of the downstaging of primarily irresectable colorectal liver metastases. The aim of the present study was to investigate the efficacy of a transarterial embolisation with EmboCept® S in combination with Irinotecan and/or Bevacizumab on the growth of colorectal liver metastases and the side effects on the liver parenchyma. 40 Wistar Albino Glaxo Rijswijk (WAG/Rij) rats were randomised into 5 groups. The animals received subcapsular implantation of 5x105 colorectal tumor cells (CC531) into the left lateral lobe of the liver. In all groups, embolisation with EmboCept® S via the hepatic artery was performed on day 8 after tumor cell implantation. In addition, the cytostatic drug Irinotecan and/or the anti-VEGF antibody Bevacizumab were applied in the hepatic artery. According to the allocation to the experimental groups the animals received: 1. EmboCept® S (6,43 mg/kg BW) 2. EmboCept® S (6,43 mg/kg BW) plus Irinotecan (90 mg/m2) 3. EmboCept® S (6,43 mg/kg BW) plus Bevacizumab (5 mg/kg BW) or 4. EmboCept® S (6,43 mg/kg BW) plus Irinotecan (90 mg/m2) plus Bevacizumab (5 mg/kg BW) Animals in the control group received an equivalent amount of saline solution. The tumor size was measured on days 8 and 11 using three-dimensional 40 MHz ultrasound. On day 11 the liver including the tumor tissue was harvested for histological and immunohistochemical analyses. Furthermore, a blood sample was taken for blood count analysis. In all treatment groups tumor growth was inhibited. The application of EmboCept® S alone completely prevented tumor growth. The addition of Irinotecan did not further inhibit the tumor growth. In contrast, the combination of EmboCept® S with Bevacizumab showed a significant reduction in tumor volume compared to EmboCept® S monotherapy. The combination of EmboCept® S, Irinotecan and Bevacizumab resulted in a significantly lower tumor volume compared to Sham, EmboCept® S monotherapy and the combination of EmboCept® S and Irinotecan. In addition, a significantly increased rate of apoptotic tumor cell death was found after the application of EmboCept® S with Irinotecan and/or Bevacizumab compared to the Sham group. The rate of hepatocellular proliferation was overall low. The combination of EmboCept® S with Bevacizumab showed significantly lower hepatocellular proliferation compared to EmboCept® S monotherapy. The angiogenesis within the tumor was significantly reduced by the intra-arterial application of EmboCept® S, in particular in combination with Irinotecan and Bevacizumab. All groups with Irinotecan showed a significant increase in hepatocellular damage. After administration of EmboCept® S, there was an increased damage to the hepatic venular vascular system in all groups. In summary, the data of the present study show that trans-arterial embolisation with EmboCept® S is an effective therapeutic strategy to inhibit the growth of colorectal liver metastases. The addition of Bevacizumab improved this effect, resulting in significant tumor regression. Thus, embolisation with EmboCept® S in combination with Bevacizumab with and without Irinotecan could be a promising strategy to treat primarily irresectable colorectal liver metastases.