JoVE Journal > Cancer Research
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Nederlands

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Cancer Research

De klinische toepassing van Tumor velden therapie behandelen in Glioblastoma

Published: April 16, 2019
doi:
10.3791/58937
, , , ,
1Brain Tumor Center and Neuro-Oncology Unit, Department of Neurology,Harvard Medical School, Beth Israel Deaconess Medical Center, 2Department of Brain and Cognitive Sciences,Massachusetts Institute of Technology

Summary

Glioblastoma is de meest voorkomende en agressieve primaire hersenen maligniteit te zijn bij volwassenen, met de meeste tumoren terugkerende na de eerste behandeling. De therapie van de behandeling van velden (TTFields) van de tumor is de nieuwste behandeling modaliteit voor glioblastoma. Hier beschrijven we de juiste toepassing van TTFields-transducer arrays op patiënten en theorie en aspecten van de behandeling te bespreken.

Abstract

Glioblastoma is de gemeenschappelijkste en dodelijke vorm van hersenkanker, met een mediane overleving van 15 maanden na de diagnose en een overlevingskans voor 5 jaar van slechts 5% met de huidige standaard van zorg. Tumoren terugkeren vaak binnen 9 maanden na eerste operatie, bestraling en chemotherapie, op welk punt de behandelingsopties beperkt worden. Dit onderstreept de dringende noodzaak van de ontwikkeling van betere therapeutics verlengen van overleving en verhoging van de kwaliteit van leven voor deze patiënten.

Tumor behandelen velden (TTFields) therapie is ontwikkeld om te profiteren van het effect van lage frequentie afgewisseld elektrische velden op cellen voor kankertherapie. TTFields hebben aangetoond dat cellen tijdens de mitose en langzame tumorgroei verstoren. Er is steeds meer bewijs dat ze via stimulerende immuun reacties binnen blootgestelde tumoren handelen. De voordelen van TTFields therapie zijn zijn noninvasive aanpak en meer kwaliteit van leven in vergelijking met andere behandelmodaliteiten zoals cytotoxische chemokuren. De Food and Drug Administration goedgekeurd TTFields therapie voor de behandeling van recidiverende glioblastoma in 2011 en voor nieuw gediagnosticeerde glioblastoma in 2015. Wij rapporteren over de gevolgen van TTFields tijdens de mitose, de resultaten van de elektrische velden modelleren en juiste transducer matrix plaatsing. Ons protocol schetst de klinische toepassing van TTFields op een patiënt na operatie, met behulp van de tweede generatie apparaat.

Introduction

Glioblastoma
Glioblastoma is de meest voorkomende primaire kwaadaardige hersentumor bij volwassenen. Als gevolg van zijn eigenschappen als een cytologically kwaadaardige, mitotically actief angiogenically-proliferatieve en necrose-naar voren gebogen gezwellen die meestal geassocieerd met snelle pre- en post-operatieve ziekte evolutie en in de buurt van universele fatale afloop, de Wereldgezondheidsorganisatie Organisatie glioblastoma uitgeroepen tot een graad IV gezwellen1. Ondanks inspanningen van fundamenteel en translationeel onderzoek is er geen curatieve behandeling voor glioblastoma. De 5 jaar overlevingskans van patiënten gediagnosticeerd glioblastoma blijft ongeveer 5%, benadrukken de dringende noodzaak van effectievere therapeutische interventies2.

Mechanismen van tumor behandelen velden: elektrisch veld
TTFields zijn lage intensiteit, intermediate-frequentie (100-300 kHz) afwisselend elektrische velden die tumor-dragende weefsels doordringen en worden geproduceerd door geïsoleerde elektroden nageleefd extern3huid van de patiënt. TTFields worden verondersteld te mengen met biologische processen van tumorcellen door elektromagnetische krachten op intracellulaire moleculen met hoge dipoolmomenten uit te oefenen tijdens de mitose. TTFields blootstelling tijdens de mitose resulteerde in afwijkende mitotische afslag leiden tot abnormale chromosoom segregatie, cellulaire multinucleation en caspase afhankelijke apoptosis van dochtercellen4. Deze effecten waren frequentie afhankelijk en afhankelijk van de valrichting van het veld met betrekking tot de mitotische platen van de desbetreffende cellen. De cellen met de mitotische platen loodrecht op de velden tentoongesteld de grootste ernst van de schade. De tussenliggende frequentiebereik is uniek omdat het vormt een overgang regio waarin de sterkte van het intracellulaire elektrische veld, dat is afgeschermd bij lagere frequenties, aanzienlijk5 verhoogt. De drempel die deze verhoging wordt uitgevoerd, is afhankelijk van de diëlektrische eigenschappen van de celmembraan5. Voor glioma cellen is de optimale frequentie van de TTFields met betrekking tot beide punten van de cel in cultuur en clonogenic assays 200 kHz6.

Met behulp van patiënt-specifieke MRI metingen, kan een gepersonaliseerde toewijzing van elektrische velden worden ontwikkeld door de integratie van het volume, de elektrische geleidbaarheid en de relatieve permittiviteit van verschillende weefsel structuren in de hersenen7,8. Een end-to-end, semi-automatische segmentatie gebaseerde workflow kan bovendien ook worden gebruikt voor het genereren van een gepersonaliseerde eindige elementen-model voor de afbakening van intracraniële TTFields9. Elektrische velden kaarten tonen de verdeling van elektrische velden binnen de patiënt hersenen wellicht nut voor de begeleiding van de optimale plaatsing van transducer-arrays op de veldsterkte in de tumor te maximaliseren.

Mechanismen van tumor behandelen velden: celbiologie
De precieze mechanismen die TTFields mitotische verstoring drijven zijn niet helemaal begrepen, maar twee mogelijke mechanismen waarmee de elektrische velden mitose kunnen beïnvloeden zijn voorgesteld. Een impliceert van het elektrische veld directe actie op eiwitten met hoge dipoolmomenten resulterend in hun functionele perturbation; de tweede is diëlektroforese van ionen, veroorzaakt een mislocalization van ionen binnen de scheidslijn cel die cytokinetic furrow ingression3kunnen belemmeren. Twee eiwitten met hoge dipoolmomenten voorgesteld als doelen, het monomeer van α/β-tubuline en de Septin 2, 6, 7 heterotrimer, met dipoolmomenten van 1740 D10 en 2771 D11, respectievelijk. Er is gesuggereerd dat TTFields de verhouding tussen gepolymeriseerde en totale tubuline, voorkomen van juiste mitotische spindel vergadering en storing veroorzaakt de cellen bij de overgang van de metafase, anafase4afnemen. Cellen die zijn blootgesteld aan TTFields normale progressie tot metafase Toon, maar vervolgens vertonen verminderde septin localization voor de anafase spindel middellijn en cytokinetic furrow11. De cellen ondergaan ongecontroleerde membraan blebbing die tot afwijkende mitotische afrit12 leidt. De resulterende post mitotische cellen vertonen abnormale nucleaire architectuur zoals micronuclei, tekenen van cellulaire stress en een algemene afname van de cellulaire proliferatie met inbegrip van G0 arrestatie gevolgd door apoptosis11. Onderzoek heeft aangetoond een up-verordening in calreticulin en secretie van HMGB1 in TTFields behandeld cellen, beide kenmerken van immunogene cel dood13,14. Kirson et al. toonde behandeling van tumoren verminderd de gemetastaseerde potentieel, en de metastasen binnen TTFields-behandelde dieren sprake van een toename in cellen CD8 +15. Samen, de steun van deze gegevens een mechanisme van actie die verder reikt dan directe effecten op de mitose, en waarschijnlijk initieert antitumorale inflammatoire reacties.

Opties voor het apparaat en de behandeling van TTFields
Beide apparaten van de TTFields eerste en tweede generatie leveren afwisselend elektrische velden naar de hersenen van de supratentorial voor de behandeling van het glioblastoma. Het apparaat was eerst goedgekeurd door de FDA in 2011 voor de behandeling van patiënten met terugkerende glioblastoma en goedgekeurd in 2015 voor de behandeling van patiënten met een nieuw gediagnosticeerd glioblastoma16,17. Glioblastoma behandeling moet plaatsvinden in een multimodaal mode, met neurochirurgische interventie, oncologie input van straling en chemotherapie beheer. Aangezien TTFields een extra anti-kanker behandeling modaliteit met enkele toxicities vertegenwoordigen, overwegen neuro-oncologists integratie van deze therapie in huidige behandeling regimes voor beide nieuw gediagnosticeerde en terugkerende glioblastoma18, 19.

In de nieuw gediagnosticeerde instelling bestaat benadering van de standaardbehandeling uit gelijktijdige straling en temozolomide gevolgd door onderhoud temozolomide. In 2004, een gerandomiseerde fase III trial toonde verbeterde mediaan en 2-jarige overleving voor patiënten met een glioblastoma behandeld met radiotherapie en daarmee gepaard gaande en adjuvante temozolomide20. Voordelen van adjuvante temozolomide met radiotherapie duurde gedurende ten minste 5 jaren van follow-up21. Echter vastgesteld geduldig 06-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) methylering status die waarschijnlijk om te profiteren van de toevoeging van temozolomide22. In een andere gerandomiseerde klinische trial van patiënten met een glioblastoma die had ontvangen standaard straling en gelijktijdige temozolomide chemotherapie, de toevoeging van TTFields aan onderhoud temozolomide chemotherapie geresulteerd in verbeterde resultaten in vergelijking met die onderhoud temozolomide alleen23 ontvangen. Bovendien heeft onderzoek aangetoond dat TTFields-werk ongeacht patiënt MGMT status voor de methylering van de promotor; TTFields kan derhalve een klinische interventie die ook bij patiënten met unmethylated MGMT status24 werkt. Samen genomen, suggereren deze studies brede implicaties op de effectiviteit van TTFields voor de behandeling van glioblastomas. In het bijzonder na de straling voorziet integratie van TTFields in combinatie met temozolomide een effectieve behandelingsoptie nieuw gediagnosticeerde patiënten met een glioblastoma.

In de instelling van de terugkerende bestaat er geen standaardbehandeling aanpak. Bevacizumab en TTFields therapie zijn echter de twee FDA-goedgekeurde behandeling modaliteiten25,26. De EF-11 fase III trial van TTFields monotherapie (met gebruik van de 20-24 uur/dag) versus actieve chemotherapie bij patiënten met terugkerende glioblastoma toonde vergelijkbare algemene overleving, terwijl toxiciteit en levenskwaliteit favoriet TTFields27. Bevacizumab alleen, TTFields monotherapie of een combinatie van beide vormt dus, behandelmogelijkheden voor mensen met terugkerende glioblastoma.

Klinische toepassing
Een eerdere publicatie JoVE aangetoond dat de toepassing van het eerste generatieapparaat met behulp van een plastic model van een menselijk hoofd25. Hier tonen we de toepassing van de tweede generatie apparaat op een glioblastoma patiënt behandeling ondergaat. Het protocol voor het gebruik van het apparaat begint met configureren transducer matrix lay-out plaatsing op de hoofdhuid met behulp van MRI-metingen en een behandeling planningssysteem. De transducer matrix lay-out kaart bakent de oriëntatie en de locatie van elk van de vier arrays op de hoofd van de patiënt. De arrays zijn ontworpen om te voldoen aan de hoofdhuid zodat de omvormers te leveren van de 200 kHz frequentie TTFields van de generator van een elektrisch veld. Patiënten ontvangen behandeling continu en de arrays worden doorgaans elke 3 tot 4 dagen uitgewisseld. In deze paper tonen we de effecten van TTFields op mitotische cellen, de verdeling van elektrische velden in de hersenen, en de toepassingsmethode van de stapsgewijze van het tweede generatie apparaat op een menselijk hoofd om aan te tonen van de behandeling van een patiënt met glioblastoma.

Protocol

De presentatie van dit protocol volgt ethische richtsnoeren aan Beth Israel diaken Medical Center en schriftelijke toestemming is verkregen van de patiënt. 1. de toepassing van de tweede generatie TTFields apparaat Opmerking: Het systeem bestaat uit de draagbare elektrische veld generator, transducer arrays, een aansluitkabel en vak, een oplaadbare batterij, lader voor draagbare batterijen en een plug in de voeding. Behandeling planningsprocedure Verwerven van MRI beelden van de hersenen van de patiënt. De MRI-scan omvat de marges van de hoofdhuid voor de planning van de behandeling. Onvolledige afbakening van de volledige dikte van de hoofdhuid interfereert met de berekeningen van het elektrisch veld. Met behulp van axiale T1 reeks MRI scans en de hulpprogramma’s op de DICOM-image viewer, nemen basislijnmetingen van de voren naar achteren, rechts naar links, en rechts aan de middellijn gebaseerd op axiale hoofd weergavegrootte (mm). Meet de overste tentorium, rechts naar links en rechts aan de middellijn op basis van coronale hoofd weergavegrootte (mm). Richt zich op de primaire laesie, meten de voorkant om het terug zonder neus, rechts naar links, rechts aan middellijn, recht op het sluiten van de marge van de tumor, recht op ver tumor marge, front te sluiten tumor marge en front te ver tumor marge gebaseerd op axiale weergavegrootte van de tumor (mm). Meet de superieur aan tentorium, rechts naar links, rechts aan de middellijn, recht om te sluiten van de marge van de tumor, recht op ver tumor marge, superieur aan het sluiten van de marge van de tumor, en superieur aan veel tumor marge op basis van coronale weergavegrootte van de tumor (mm). Open behandeling planningssoftware, Voer gebruikersnaam en wachtwoord, en selecteer nieuwe patiënt transducer array. Voer in de metingen boven, en klik op Genereren Transducer Array plaatsing. Sla de transducer matrix lay-out voor toekomstig gebruik op patiënt bezoek. Toepassing van de transducer-arrays op de hoofdhuid De hoofdhuid voorbereiden door transducer matrix plaatsing door haar knippen en scheren haar stoppels met een elektrisch scheerapparaat neer aan de oppervlakte van de hoofdhuid tot geen haar blijft. Vermijd het gebruik van een scheermes met voedingsinrichting om te voorkomen van bezuinigingen op de hoofdhuid. Veeg de hoofdhuid met 70% isopropyl alcohol. Verwijder de transducer arrays van plastic verpakkingen en beginnen met het plannen van de plaatsing op de hoofdhuid volgens de vooraf bepaalde specifieke array lay-out regeling (zie punt 1.1). Zoek het chirurgische litteken en moet u vermijden transducer arrays op litteken. Als het litteken zich onder een vooraf bepaalde transducer matrix bevindt, dan verschuiven de vier matrix plaatsingen 2 cm rechtsom of linksom. Bepalen de gewenste locatie van de draden van de verbinding zoals aangewezen door de patiënt (of linker- of rechterkant van het lichaam). De transducer-matrix die is die het dichtst bij de chirurgische litteken eerst, terwijl de draad van de verbinding naar de gewenste kant positionering van toepassing. De volgende transducer matrix toepassen van de juiste laterale of de linker laterale in een rechtsom of linksom mode, de locatie van de draad verbinding consistent te houden. Toepassing van de derde en vierde transducer-arrays op de zelfde manier rechtsom of linksom. Plaats gaas stroken onder de metalen interface tussen de matrix en de draad van de verbinding. Gebruik zijde tape om de strip gaas op zijn plaats houden. De verbinding van de vier draden samen vlecht en zet vast met zijde tape. Plaats fishnet beugel over het hoofd om de arrays op zijn plaats houden. Montage van het systeem van TTFields apparaat Sluit elk van de vier witte en zwarte kleur-gecodeerde verbinding draden aan op een witte of zwarte poort op het vak verbinding, om ervoor te zorgen elk hoorbaar vastklikt. Als de draagbare batterij gebruikt, sluit de lader aan op een stopcontact en schakel de power-knop om in eerste instantie de accu. Opgeladen batterij invoegen door de generator van het elektrisch veld door aan te sluiten via de connector aan een socket DC IN het label op het voorpaneel van het apparaat. Zorg ervoor dat de pijlen op de batterij connector gezicht omhoog naar de DC IN -label. Als dit niet de generator van het elektrisch veld met behulp van de draagbare batterij, sluit aan op een stopcontact. Schakel de power-knop bevindt zich aan de onderkant van het elektrisch veld generator om te beginnen met het apparaat. Schakelen op de knop van de TTFields gelegen op de top van de generator van het elektrisch veld. De patiënt kan een warm gevoel ervaren. Hebben om te bereiken van een optimale reactie, patiënten gebruik TTFields therapie op een continue basis voor een minimale conformiteit van 75% of 18 uur per dag. Behandeling duur van minder dan 18 uur per dag in verband met suboptimaal resultaten heeft gebracht. Uitwisseling van transducer arraysOpmerking: Matrix uitwisselingsprocedures in deze sectie worden herhaald om 3 tot 4 dagen. Baby-olie gebruiken lijm van huid verwijderen. Trekken uit matrices door spanning van de langzame en zelfs met beide handen te passen. Hoofdhuid met zachte shampoo te wassen. Selectievakje hoofdhuid voor dermatitis, erosies, zweren of infectie. Toepassing anti-septisch zalf zo nodig. Als zweren of infecties aanwezig zijn, te stoppen met behandeling tot Ulcus geneest of infectie wordt gewist. Regrown haren afscheren. Schone hoofdhuid met 70% isopropyl alcohol. Opnieuw de transducer arrays (zie punt 1.2). 2. verwijdering van systemische agenten die kunnen interfereren met anti-tumor Iimmunity Verlagen of stopzetting van de dexamethasonOpmerking: Dexamethason is een synthetisch gefluoreerde glucocorticoide met anti-inflammatoire effecten bij de mens door afbreuk te doen aan cel-gemedieerde immuniteit. Spenen dexamethason op een stapsgewijze manier als gevolg van het effect ervan hysteresis. Toepassing trimethopreme-sulfamethaxazole (400 – 80 mg single-sterkte tablet dagelijks of 800 – 160 mg dubbele sterkte tabletten driemaal per week) om te voorkomen dat de ontwikkeling van pneumocystic longontsteking tijdens het spenen. Snijd de dosis helft snel elke 7-10 dagen om een dagelijkse dosis van 4 mg/dag. Als de patiënt al bedraagt 4 mg/dag of verlagen van de dosis, snijd de dosering trager, met een snelheid van elke 10 tot 14 dagen tot stopzetting. Zoeken naar tekenen van bijnier onderdrukking (dat wil zeggen, lethargie, koude intolerantie, zwakte en hypersomnie). Als tekenen van onaanvaardbare neurologische tekorten en/of bijnier onderdrukking wordt weergegeven, is de vorige dosis dexamethason opnieuw toegepast.Opmerking: Andere middelen voor vermindering van de dexamethason worden gezocht (Zie gelijktijdige bevacizumab beheer). Gelijktijdige bevacizumab administratieOpmerking: Bevacizumab is een gehumaniseerd anti-vasculaire endotheliale-groeifactor (VEGF) monoclonal IgG1 antilichaam. Het antilichaam heeft een krachtig antiangiogenic effect door het vastleggen van VEGF, waardoor zij niet in staat om te verbinden aan de cognaat receptoren, VEGFR1 en VEGFR2 en om te oefenen het proangiogenic effect. Onrijpe bloedvaten hebben ook hoge permeabiliteit en eliminatie van deze nieuw gegenereerde therapieën communicatie in het glioblastoma ook helpt om hersenoedeem. Bevacizumab een lange halveringstijd heeft van ongeveer 20 dagen28 en dus het kan worden toegediend aan patiënten elke 2 tot 3 weken als een intraveneuze infusie. De indicatie voor bevacizumab is te ondervangen van het langdurige gebruik van dexamethason. Uitsluiten bevacizumab patiënt die had recente bloeding (intracraniële of extracranial), hartinfarct of beroerte, grote chirurgische ingrepen (inclusief craniotomy) binnen 4 weken, ongecontroleerde hypertensie, zwangerschap of borstvoeding. Wees voorzichtig bij patiënten met chronische nierziekten, Proteïnurie, bloeden stoornis, ongecontroleerde angina pectoris, hartritmestoornis, congestief hartfalen, voorafgaande borst muur bestraling, voorafgaande anthracycline blootstelling of een andere gelijktijdige ziekte geacht ongeschikt door de behandelende arts. Vóór de behandeling, zorg ervoor dat de patiënt heeft aanvaardbare bloed graven, nierfunctie, normale bloeddruk en urine peilstok eiwit < 100 mg/dL. Zodra de patiënt wordt geacht een aanvaardbare kandidaat, beheren bevacizumab bij een dosis van 2,5, 5.0 of 10 mg/kg. Er is bewijs van klasse 2 die bevacizumab bij doses van < 10 mg/kg werken evenals 10 mg/kg29,30. Beginnen met de TTFields behandeling voor of na de inleiding van bevacizumab. Infusie van de startdosis van bevacizumab meer dan 60 min in 100 cc van normale zout. Als er geen negatieve gebeurtenis is, beheren volgende doses meer dan 30 min. Andere systemische immunosuppressieve agenten te vermijdenOpmerking: Er zijn een aantal anti-kanker medicijnen die ook belangrijke immunosuppressieve eigenschappen hebben. Ze staan hieronder vermeld. Om te voorkomen dat everolimus, die is een mTOR-remmer.Opmerking: Everolimus is goedgekeurd voor de behandeling van subependymal reus cel astrocytoom, geavanceerde hormoon-receptor-positief, kanker van de borst van de Her2-negatieve, alvleesklier neuro-endocriene tumoren en niercelcarcinoom. Echter, de toevoeging van everolimus gebleken definitief in een gerandomiseerde studie te verhaasten van de dood van glioblastoma patiënten, waarschijnlijk door afbreuk te doen aan hun anti-tumor cel-gemedieerde immuniteit31. Het wordt ook gebruikt om te voorkomen dat afwijzing van transplantatie orgaan ontvangers. Vermijd Sirolimus, die is ook bekend als rapamycin.Opmerking: Temsirolimus is een pro-drug die kan worden gemetaboliseerd naar sirolimus. Het is een mTOR-remmer met immunologische interferentie eigenschappen vergelijkbaar met everolimus. Het wordt ook gebruikt om te voorkomen dat afwijzing van transplantatie orgaan ontvangers.

Representative Results

TTFields verstoren tijdens de mitose leiden tot een asymmetrische verdeling van de chromosomen en de uitlijning van metafase platen tijdens de mitose, (Vergelijk figuur 1A en figuur 1B). TTFields worden verondersteld om te oefenen hun effect door storing veroorzaakt de functie van hoge dipoolmoment bezitten eiwitten zoals α/β-tubuline of septin. Een voorgestelde model voor TTFields actie op mitotische cellen is dat ze erover septin functie. Normaal gesproken handelingen septin te organiseren van de cytokinetic furrow en te versterken de structureel belangrijke interactie tussen de subcorticale actine cytoskelet en de bovenliggende plasmamembraan dat nodig is voor het weerstaan van intracellulaire hydrostatische krachten geproduceerd tijdens furrow ingression. Dit resulteert in een verlies van de structurele integriteit binnen de scheidslijn cellen die nodig is voor normale mitose, resulterend in de verstoring van chromosomale segregatie en cytokinetic furrow functie leiden tot afwijkende mitotische afrit (Figuur 1 c). Elektrisch veld intensiteit is geen homogene binnen de hersenen van patiënten die een TTFields behandeling32. Elektrische geleidbaarheid en relatieve permittiviteit van individuele weefseltypes (HLA) en de resultaten van het volume in een variatie van intensiteit van het elektrisch veld en distributie in de hersenen, getoond in figuur 2AB. Zodoende, transducer matrix plaatsing kan een effect hebben op elektrische veldsterkte in de regio van de tumor. Een voorbeeld van deze variabiliteit is weergegeven in figuur 2C, die de elektrische veldsterkte in de hersenen van de patiënt op aangrenzende axiale, coronale en Sagittaal segmenten voorspelt. Figuur 3A toont de gepersonaliseerde output van de behandeling planningssoftware voor de juiste plaatsing van de matrices over een patiënt, getoond in figuur 3B. Hoofdhuid gevoeligheid voor de arrays kan worden verlicht door actuele toepassing van corticosteroïden en door een verschuiving van de arrays, zoals beschreven in Figuur 4. Het bovenstaande protocol werd gebruikt voor de behandeling van een 56-jarige vrouw die een bloeding in de linker frontale hersenen ontwikkeld. Ze onderging een bruto totaal resectie van de hemorragische massa en de pathologie toonde IDH-1 gemuteerd glioblastoma met hypercellularity, cellulaire atypia, mitotische cijfers en necrose. Later kreeg ze externe lichtbundel radiotherapie en dagelijkse temozolomide. Dexamethason was gestopt vroeg bij de tweede week van straling. Ze ervaren pancytopenia als gevolg van temozolomide, toegediend tijdens de fase van de adjuvante behandeling, waarbij groeifactor steun evenals bloedplaatjes en bloedtransfusies. Verhoogde gadolinium verbetering geconstateerd bij hoofd MRI 5 maanden na diagnose en bevacizumab was begonnen. Acht maanden na de diagnose TTFields therapie is ook toegevoegd. Ze is gehandhaafd op het regime van bevacizumab en TTFields voor 48 + maanden na de diagnose van haar glioblastoma. De MRI-beelden van deze patiënt bleek stabiel ziekte voor 48 maanden na de eerste diagnose van glioblalstoma, afgebeeld in Figuur 5. Ze heeft tot nu toe overleefd met een hoge Karnofsky-score van 80. Figuur 1: TTFields mitose tijdens de celdeling verstoren. (A) fase contrast microscopie werd gebruikt voor het observeren van HeLa cellen tijdens de mitose. DRAQ5 is een DNA-vlek en werd gebruikt voor het bewaken van de chromosomale gedrag. Foto genomen van een video van cellen die een normale mitose, opgenomen als een aanvullende bijslag. De procedures voor het verkrijgen van videobeelden werden beschreven in eerdere werk11. (B) fase contrast en DRAQ5 onder TTFields cel blebbing en afwijkende mitose tonen. Schaal bar = 20 µm. foto genomen van een video van de cellen mitose ondergaan tijdens de TTFields behandeling, opgenomen als een extra aanvulling. De procedures voor het verkrijgen van videobeelden werden beschreven in eerdere werk11. (C) voorgestelde model voor TTFields-geïnduceerde mitotische verstoring. TTFields erover septin samenwerking met de cytokinetic furrow en het cytoskelet subcorticale actine. Dit maakt onvoldoende furrow contractility en cellen aan plasmamembraan breuk van het onderliggende cytoskelet, resulterend in membraan blebbing kwetsbaar maakt. Dit leidt tot afwijkende mitotische afsluiten met inbegrip van de mitotische ontsporing (wanprestatie te verdelen) en asymmetrische celdeling. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 2: In situ elektrisch veld intensiteiten variëren binnen weefsels op basis van elektrische geleidbaarheid en relatieve permittiviteit van de weefsels die ze passeren. (A) elektrisch veld-Volume Histogram (EVH) toont de omvang van de elektrische veldsterkte. (B) specifieke absorptie tarief-Volume histogram (SARVH) geeft de hoeveelheid energie geabsorbeerd in verschillende weefsels. (C) vertegenwoordiger veld mapping van een patiënt met een linker frontale glioblastoma, veldsterkte binnen distributies waarop axiale, coronale en Sagittaal segmenten. Groene pijlen geven de locatie van de tumor. Relatieve elektrisch veld intensiteit is willekeurig. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 3: klinische toepassing op een glioblastoma patiënt na chirurgie, straling en temozolomide. (A) behandeling weergegeven: plaatsing van de uitvoer van de software van de 4 matrices. (B) positie van de matrix op de patiënt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 4: plaatsing variatie tijdens behandeling Array. (A) het individu laterale matrices moeten worden gedraaid in totaal door 2 cm vanaf hun primaire positie op een klok mode, en de matrices frontaal en posterieure voorwaarts verplaatst door 2 cm uit de (B) primaire posities voor plaatsing matrixpositie, die zijn gebaseerd op de uitvoer van de behandeling planningssoftware voor de individuele patiënt. (C) het individu elektroden in elke matrix moeten worden gedraaid in totaal 2 cm vanaf de primaire positie in een tegen de klok in mode en de anterieure en posterieure arrays in totaal 2 cm naar achteren verplaatst. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer. Figuur 5: patiënt MRI scans voor en na behandeling van de TTFields. MRI-scans bij diagnose (linker kolom), MRI scans na chirurgie, straling en temozolomide (middelste kolom), en MRI scans na 43 maanden van TTFields behandeling (rechter kolom). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

Dit artikel demonstreert de correcte toepassing van de tweede generatie TTFields apparaat om glioblastoma patiënten te behandelen. De betekenis van TTFields therapie met betrekking tot alternatieve behandelingen omvat verminderde toxiciteit, verhoogde levenskwaliteit en hogere gemiddelde totale overleving vooral wanneer gecombineerd met temozolomide chemotherapie. Bovendien tonen we stapsgewijs de correcte toepassing van de transducer array op de hoofdhuid, terwijl het vermijden van de valkuilen die leiden complicaties tot kunnen. Bovendien, geven wij een gedetailleerd overzicht van de cel biologie effecten van TTFields, alsmede elektrische veldtoewijzing zoals TTFields in de hersenen binnendringen.

Een paar stappen in het protocol zijn bijzonder kritisch voor de succesvolle tenuitvoerlegging van het apparaat. Voor het plannen van de juiste behandeling, dient de MRI-beelden van de hersenen van de patiënt de marges van de hoofdhuid. Om ervoor te zorgen voldoende contact tussen elektrode en hoofdhuid, moeten de stoppels van haar worden geschoren neer aan de oppervlakte van de hoofdhuid tot geen haar blijft. Het is belangrijk om te zoeken een chirurgische littekens en vermijden transducer arrays op het litteken te ondervangen van de complicaties van de verdeling van de hoofdhuid. Tijdens elke uitwisseling, Controleer de hoofdhuid voor dermatitis, erosies, zweren of infectie en zo nodig stoppen toepassing van arrays tot zweren worden geheeld en infecties opgelost33,34 zijn.

De verbetering van de levensverwachting hangt meest hoge patiënt naleving van 18 uur per dag of meer. Een post-hoc analyse van de EF-11 fase III trial gegevens bleek aanzienlijk langer mediaan algehele overleving bij TTFields therapie patiënten met een naleving tarief ≥75% (dagelijks 18 h) tegenover degenen met een < nalevingspercentage van 75% (7.7 versus 4,5 maanden, p = 0.042) 35. patiënten die minder dan 75% compatibel lijken te krijgen weinig voordeel, terwijl degenen die de licht-donkerscheiding van 75% naleving aanzienlijk voordeel tentoongesteld. Arts begeleiding en familie ondersteuning speelt een belangrijke rol bij het bereiken van hogere patiënt naleving, en advies over de toepassing kan worden gegeven zodat de patiënt is meer comfortabel dragen van de arrays voor langere tijd. Omgevingstemperatuur moet blijven in een comfortabel bereik terwijl het dragen van de matrices. Gezette tijden van veranderingen van de matrix, haar scheren van de hoofdhuid, en de plaatsing van een ademend net op het hoofd te houden van de matrices in plaats kan ook comfort leidt tot hogere naleving verbeteren.

Er zijn accumuleren aanwijzingen dat behandeling van de TTFields beter werkt in combinatie met andere therapieën. TTFields werden gebruikt als een monotherapie in de EF-11 cruciale fase III trial, en de gemiddelde totale overleving 6.6 maanden voor de TTFields arm in vergelijking tot 6.0 maanden voor de chemotherapie arm was. Hoewel deze resultaten toonde geen statistisch significante verbetering in het algehele overleving over standaard-of-care behandeling eerste, minder ernstige ongewenste voorvallen en betere kwaliteit-van-leven maatregelen werden vermeld in de TTFields-arm dat de basis vormde voor de goedkeuring voor terugkerende glioblastoma door de FDA-27. De latere EF-14 fase III trial op nieuw gediagnosticeerde glioblastoma toonde een gemiddelde totale overleving van 20,9 maanden in de TTFields-temozolomide arm versus 16,0 maanden in de temozolomide-alone arm36,37. Een andere studie over TTFields in de klinische praktijk met behulp van het register trots bleek een mediane algehele overleving van 9.6 maanden, die aanzienlijk langer dan de mediaan totale overleving in de controle-arm van EF-1135. Bovendien hebben preklinische gegevens aangetoond dat toevoegen in alkylerende agentia zoals temozolomide tumor cel doden in weefselkweek24 verbetert. Het register van de trots en de EF-14 gegevens ondersteunen dit concept want deze patiënten betere resultaten had toen zij ontving de gelijktijdige temozolomide en/of andere behandelingen toegevoegd aan TTFields. Wong et al. toonde vergelijkbare resultaten door het vergelijken van TTFields therapie en bevacizumab alleen of in combinatie met een regime dat bestaat uit 6-thioguanine, lomustine, capecitabine en celecoxib (TCCC). De groep TCCC tentoongesteld langdurige totale overleving, mediaan 10.3 maanden versus 4,1 maanden voor TTFields en bevacizumab alleen38. Deze gegevens ondersteunen collectief, de toevoeging van adjuvante therapieën te verhogen van de effectiviteit van het apparaat in het behandelen van glioblastoma.

In de EF-14 proef, hadden de patiënten die TTFields in de experimentele arm kreeg een langere totale overleving in vergelijking met de controles, maar was er geen verschil tussen de experimentele en controle wapens in de EF-11 proef. De EF-14-proces toegevoegd een bekende therapeutische agent, temozolomide, die lijkt te combineren synergetisch met TTFields behandeling. Een andere mogelijke verklaring voor dit verschil kan worden veroorzaakt door de chemotherapie näive status van nieuw gediagnosticeerde patiënten, waardoor zij te monteren een doeltreffender anti-tumor immune reactie kan. Hoewel het mechanisme van een immuunrespons van TTFields onduidelijk blijft, Dexamethason als een immunosuppressieve agent kan ontkennen dit voordeel en is aangetoond dat lagere mediane overleving wanneer gecombineerd met TTFields39,40, 41. Kortom, patiënten dosis dexamethason terwijl op TTFields verlagen het aantal immuuncellen in het bloed van glioblastoma patiënten zou verhogen en kan leiden tot een sterkere reactie en behandeling resultaat verbeterd. TTFields kan ook het sensibiliseren van tumorcellen naar de effecten van ioniserende straling42,43. Echter, moet de selectie van de combinatietherapie met betrekking tot de neurologische en medische omstandigheden van de patiënt worden geïndividualiseerd.

Het TTFields apparaat werd goedgekeurd door de FDA voor de behandeling van volwassen patiënten met terugkerende en nieuw gediagnosticeerde glioblastoma op de leeftijd van 22 jaar en ouder; de werkzaamheid van dit apparaat voor patiënten is jonger dan 22 jaar onbekend. Bovendien, de bijwerkingen zijn onbekend wanneer de patiënt is het gebruik van TTFields parallel aan een actief geïmplanteerde apparaat, zoals diepe hersenen, ruggenmerg of nervus vagus stimulatoren, defibrillators en cardiale pacemakers, of patiënten met een metalen fragment) dat wil zeggen, kogel) of een apparaat (dat wil zeggen, aneurysma clip) in de hersenen. Allergische reactie op de elektrode gels bekend, open wonden, schedel gebreken en zwangerschap zijn ook gecontra-indiceerd. Patiënten met een grote schedel gebreken, zoals gebrek aan een groot deel van de calvarium van craniectomy, wellicht een hogere penetratie van TTFields44; craniectomy wordt echter niet routinematig uitgevoerd op glioblastoma patiënten.

Slechte naleving van de patiënt is een grote beperking aan deze behandeling modaliteit. Factoren die naleving kunnen afnemen zijn gelijktijdige medische of psychiatrische ziekte (bijvoorbeeld depressie)45,46,47, gebrek aan steun van verzorgers, hoofdhuid verdeling als gevolg van erosies of infectie, huid zwelling en dermatitis.

TTFields hebben een ondubbelzinnige anti-mitotische effect op het verdelen van tumorcellen. Misschien wel, dit effect geldt ook voor voorlopercellen maar preklinische of klinische gegevens over normale weefsel ontbreekt. Niettemin, TTFields therapie toont belofte in meerdere solide tumor soorten, waaronder enkele van de meest agressieve vormen van kanker. TTFields dienen als een effectieve antimitotische behandeling in preklinische alvleesklierkanker modellen en een langdurig negatief effect hebben op het voortbestaan van deze kankercellen. Deze resultaten maken TTFields een aantrekkelijk behandeling modaliteit voor het testen bij patiënten met alvleesklierkanker48. TTFields hebben ook aangetoond dat bemoedigende resultaten van de preklinische voor de behandeling van ovariumcarcinoom49 en niet-kleincellige longkanker kanker15,50. Daarom, TTFields worden toegepast in de lopende fase III klinische proeven voor primaire (NCT02973789) en uitgezaaide longkanker van de (NCT02831959), pancreatic kanker (NCT03377491), en mesothelioom (NCT02397928). Hopelijk, TTFields biedt extra behandelingsopties voor deze moeilijk te behandelen maligniteiten.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit onderzoek werd gedeeltelijk ondersteund door Fonds voor onderzoek inzake Een reden om te rijden . Wij danken Allison Diep voor het maken van de 3-dimensionale illustratie in Figuur 1 c.

Materials

Baby Oil Johnson & Johnson Product Code 473542
Bevacizumab Genetech, Inc. Not applicable
Elastic Net Medline Industries NET012
Gentle Shampoo Johnson & Johnson Product Code 108249
Isopropyl Alcohol 70% The Betty Mills Company MON 23222701
Medical Tape The Betty Mills Company MON 38202201
Sterile Gauze The Betty Mills Company MON 71392000
Trimethoprim-sulfamethoxazole Pfizer, Inc. Not applicable
TTFields Device (Optune) Novocure, Ltd. Not applicable The system consists of the portable electric field generator, transducer arrays, a connection cable and box, a rechargeable battery, charger for portable batteries, and a plug in power supply.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Louis, D. N., et al. The 2007 WHO classification of tumours of the central nervous system. Acta Neuropathologica. 114, 547-547 (2007).
  2. Ostrom, Q. T., et al. CBTRUS Statistical Report: Primary Brain and Central Nervous System Tumors Diagnosed in the United States in 2008-2012. Neuro-oncology. 17, (2015).
  3. Kirson, E. D., et al. Disruption of cancer cell replication by alternating electric fields. Cancer Research. 64, 3288-3295 (2004).
  4. Giladi, M., et al. Mitotic Spindle Disruption by Alternating Electric Fields Leads to Improper Chromosome Segregation and Mitotic Catastrophe in Cancer Cells. Scientific Reports. 5, 18046 (2015).
  5. Wenger, C., et al. Modeling Tumor Treating Fields (TTFields) application in single cells during metaphase and telophase. Conference proceedings. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2015, 6892-6895 (2015).
  6. Porat, Y., et al. Determining the Optimal Inhibitory Frequency for Cancerous Cells Using Tumor Treating Fields (TTFields). Journal of Visualized Experiments. (123), e55820 (2017).
  7. Lok, E., San, P., Hua, V., Phung, M., Wong, E. T. Analysis of physical characteristics of Tumor Treating Fields for human glioblastoma. Cancer Medicine. 6, 1286-1300 (2017).
  8. Miranda, P. C., Mekonnen, A., Salvador, R., Basser, P. J. Predicting the Electric Field Distribution in the Brain for the Treatment of Glioblastoma. Physics in Medicine and Biology. 59, 4137-4147 (2014).
  9. Timmons, J. J., Lok, E., San, P., Bui, K., Wong, E. T. End-to-end workflow for finite element analysis of tumor treating fields in glioblastomas. Physics in Medicine and Biology. 62, 8264-8282 (2017).
  10. Mershin, A., Kolomenski, A. A., Schuessler, H. A., Nanopoulos, D. V. Tubulin dipole moment, dielectric constant and quantum behavior: computer simulations, experimental results and suggestions. Biosystems. 77, 73-85 (2004).
  11. Gera, N., et al. Tumor treating fields perturb the localization of septins and cause aberrant mitotic exit. PloS One. 10, e0125269 (2015).
  12. Gilden, J. K., Peck, S., Chen, Y. -. C. M., Krummel, M. F. The septin cytoskeleton facilitates membrane retraction during motility and blebbing. Journal of Cell Biology. 196, 103-114 (2012).
  13. Wong, E. T., Timmons, J., Swanson, K. D. Abstract 1707: Tumor treating fields exert cellular and immunologic effects. Cancer Research. 78, 1707-1707 (2018).
  14. Voloshin, T., et al. Abstract 3665: Tumor Treating Fields (TTFields) plus anti-PD-1 therapy induce immunogenic cell death resulting in enhanced antitumor efficacy. Cancer Research. 77, 3665-3665 (2017).
  15. Kirson, E. D., et al. Alternating electric fields (TTFields) inhibit metastatic spread of solid tumors to the lungs. Clinical & Experimental Metastasis. 26, 633-640 (2009).
  16. . . Federal Drug Administration NovoTTF-100A system approval order and device summary. , (2018).
  17. . . Federal Drug Administration NovoTTF-100A system approval for newly diagnosed glioblastoma. , (2018).
  18. Wong, E. T., Lok, E., Swanson, K. D. An Evidence-Based Review of Alternating Electric Fields Therapy for Malignant Gliomas. Current Treatment Options in Oncology. 16, (2015).
  19. Magouliotis, D. E., et al. Tumor-treating fields as a fourth treating modality for glioblastoma: a meta-analysis. Acta Neurochirurgica. 160, 1167-1174 (2018).
  20. Stupp, R., et al. Radiotherapy plus concomitant and adjuvant temozolomide for glioblastoma. New England Journal of Medicine. 352, 987-996 (2005).
  21. Stupp, R., et al. Effects of radiotherapy with concomitant and adjuvant temozolomide versus radiotherapy alone on survival in glioblastoma in a randomised phase III study: 5-year analysis of the EORTC-NCIC trial. The Lancet Oncology. 10, 459-466 (2009).
  22. Hegi, M. E., et al. MGMT gene silencing and benefit from temozolomide in glioblastoma. New England Journal of Medicine. 352, 997-1003 (2005).
  23. Stupp, R., et al. Effect of Tumor-Treating Fields Plus Maintenance Temozolomide vs Maintenance Temozolomide Alone on Survival in Patients With Glioblastoma: A Randomized Clinical Trial. The Journal of the American Medical Association. 318, 2306-2316 (2017).
  24. Clark, P. A., et al. The Effects of Tumor Treating Fields and Temozolomide in MGMT Expressing and Non-Expressing Patient-Derived Glioblastoma Cells. Journal of Clinical Neuroscience. 36, 120-124 (2017).
  25. Omar, A. I. Tumor Treating Field Therapy in Combination with Bevacizumab for the Treatment of Recurrent Glioblastoma. Journal of Visualized Experiments. (92), e51638 (2014).
  26. . . National Comprehensive Cancer Network, Central Nervous System Cancers (Version 1.2018). , (2018).
  27. Stupp, R., et al. NovoTTF-100A versus physician’s choice chemotherapy in recurrent glioblastoma: a randomised phase III trial of a novel treatment modality. European Journal of Cancer. 48, 2192-2202 (2012).
  28. Lu, J. -. F., et al. Clinical pharmacokinetics of bevacizumab in patients with solid tumors. Cancer Chemotherapy and Pharmacology. 62, 779-786 (2008).
  29. Wong, E. T., et al. Bevacizumab for recurrent glioblastoma multiforme: a meta-analysis. Journal of the National Comprehensive Cancer Network. 9, 403-407 (2011).
  30. Levin, V. A., et al. Impact of bevacizumab administered dose on overall survival of patients with progressive glioblastoma. Journal of Neuro-Oncology. 122, 145-150 (2015).
  31. Wong, E. T., Swanson, K. D. Everolimus shortens survival of newly diagnosed glioblastoma patients. Journal of Neuro-Oncology. , 1-2 (2018).
  32. Korshoej, A. R., Hansen, F. L., Thielscher, A., von Oettingen, G. B., Sørensen, J. C. H. Impact of tumor position, conductivity distribution and tissue homogeneity on the distribution of tumor treating fields in a human brain: A computer modeling study. PLoS ONE. 12, e0179214 (2017).
  33. Lacouture, M. E., et al. Characterization and management of dermatologic adverse events with the NovoTTF-100A System, a novel anti-mitotic electric field device for the treatment of recurrent glioblastoma. Seminars in Oncology. 41, S1-S14 (2014).
  34. Lukas, R. V., Ratermann, K. L., Wong, E. T., Villano, J. L. Skin toxicities associated with tumor treating fields: case based review. Journal of Neuro-Oncology. 135, 593-599 (2017).
  35. Mrugala, M. M., et al. Clinical practice experience with NovoTTF-100A system for glioblastoma: The Patient Registry Dataset (PRiDe). Seminars in Oncology. 41 (Suppl 6), S4-S13 (2014).
  36. Stupp, R., et al. Maintenance Therapy With Tumor-Treating Fields Plus Temozolomide vs Temozolomide Alone for Glioblastoma: A Randomized Clinical Trial. The Journal of the American Medical Association. 314, 2535-2543 (2015).
  37. Stupp, R., et al. Effect of Tumor-Treating Fields Plus Maintenance Temozolomide vs Maintenance Temozolomide Alone on Survival in Patients With Glioblastoma: A Randomized Clinical Trial. he Journal of the American Medical Association. 318, 2306-2316 (2017).
  38. Wong, E. T., Lok, E., Swanson, K. D. Clinical benefit in recurrent glioblastoma from adjuvant NovoTTF-100A and TCCC after temozolomide and bevacizumab failure: a preliminary observation. Cancer Medicine. 4, 383-391 (2015).
  39. Dubinski, D., et al. Dexamethasone-induced leukocytosis is associated with poor survival in newly diagnosed glioblastoma. Journal of Neuro-Oncology. 137, 503-510 (2018).
  40. Pitter, K. L., et al. Corticosteroids compromise survival in glioblastoma. Brain: A Journal of Neurology. 139, 1458-1471 (2016).
  41. Chitadze, G., et al. In-depth immunophenotyping of patients with glioblastoma multiforme: Impact of steroid treatment. Oncoimmunology. 6, e1358839 (2017).
  42. Silginer, M., Weller, M., Stupp, R., Roth, P. Biological activity of tumor-treating fields in preclinical glioma models. Cell Death, Disease. 8, e2753 (2017).
  43. Karanam, N. K., et al. Tumor-treating fields elicit a conditional vulnerability to ionizing radiation via the downregulation of BRCA1 signaling and reduced DNA double-strand break repair capacity in non-small cell lung cancer cell lines. Cell Death & Disease. 8, e2711 (2017).
  44. Korshoej, A. R., et al. Enhancing Predicted Efficacy of Tumor Treating Fields Therapy of Glioblastoma Using Targeted Surgical Craniectomy: A Computer Modeling Study. PLoS ONE. 11, e0164051 (2016).
  45. Litofsky, N. S., Resnick, A. G. The relationships between depression and brain tumors. Journal of Neuro-Oncology. 94, 153-161 (2009).
  46. Litofsky, N. S., et al. Depression in patients with high-grade glioma: results of the Glioma Outcomes Project. Neurosurgery. 54, 358-366 (2004).
  47. Mainio, A., et al. Depression in relation to survival among neurosurgical patients with a primary brain tumor: a 5-year follow-up study. Neurosurgery. 56, 1234-1241 (2005).
  48. Giladi, M., et al. Mitotic disruption and reduced clonogenicity of pancreatic cancer cells in vitro and in vivo by tumor treating fields. Pancreatology. 14, 54-63 (2014).
  49. Voloshin, T., et al. Alternating electric fields (TTFields) in combination with paclitaxel are therapeutically effective against ovarian cancer cells in vitro and in vivo. International Journal of Cancer. 139, 2850-2858 (2016).
  50. Giladi, M., et al. Alternating Electric Fields (Tumor-Treating Fields Therapy) Can Improve Chemotherapy Treatment Efficacy in Non-Small Cell Lung Cancer Both In vitro and In vivo. Seminars in Oncology. 41, S35-S41 (2014).

Tags

GlioblastomaTumor Treating FieldsTTFields TherapyBrain CancerTreatment PlanningMRITransducer Array PlacementScalpCalvariumLung CancerPancreatic Cancer

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Riley, M. M., San, P., Lok, E., Swanson, K. D., Wong, E. T. The Clinical Application of Tumor Treating Fields Therapy in Glioblastoma. J. Vis. Exp. (146), e58937, doi:10.3791/58937 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image