Master Graduation Presentation 30-04-2017 (Dutch/English after the break)

(English version after the break)

30 Maart 2017 was de graduation ceremony van mijn master Biomedical Sciences, waarbij de masters-to-be een presentatie gaven over hun laatste stage. Ik had me hiervoor extra uitgesloofd als test van mijn vaardigheden van het ontwerpen van biomedische illustraties. In deze post laat ik de figuren zien met een korte uitleg erbij.

Mijn stage was een kort en kleinschalig vooronderzoek (pilotstudy) naar de mogelijkheden van gerichte immuuntherapie bij small cell lung cancer (SCLC) patienten, uitgevoerd bij het Norris Cancer Center in Los Angeles, USA.

SCLC, wat 15% van de longkanker gevallen opmaakt, heeft een slechte overleving van 5% van de patienten na 5 jaar. Dat is de laatste decenia niet verbeterd, en is zo slecht mede door het stadium van de kanker bij diagnose (bij 60% van de patienten al uitgezaaid/gemetastaseerd). Daarbij wordt SCLC snel resistent tegen de standaard therapie en is er nog geen goede opvolging daarop gevonden.

Een eigenschap van SCLC dat de aanleiding was voor dit onderzoek is het regelmatig voorkomen van paraneoplastic neurological syndromes (PNS). Dit zijn autoimmuun ziektes van het zenuwstelsel die alleen voorkomen in patienten met kanker. Zo'n 2-3% van SCLC patienten hebben last van PNS. Als een van de weinige voordelen hebben SCLC patienten met PNS een betere prognose voor de behandeling van de kanker.

Voor dit onderzoekproject keken we naar het eiwit HuD als doelwit voor immuuntherapie, wat ook een doelwit kan zijn van de immuunreactie bij PNS. 

HuD komt voor in het hele zenuwstelsel, maar ook in alle SCLC cellen. De autoimmuun reactie gericht op HuD maakt geen onderscheid tussen het gezonde weefsel van het zenuwstelsel en de tumor. HuD raakt soms vanzelf beschadigd. Zenuwcellen repareren dit vervolgens weer, maar het is mogelijk dat de tumor dezelfde reparaties niet of minder goed kan uitvoeren. 

Als deze theorie klopt, zou de beschadigde versie van HuD (isoaspHuD) een eiwit variant zijn die alleen in de tumor voorkomt en kan dus een specifiek doelwit vormen voor SCLC. 

Om dit te onderzoeken, maakten we gebruik van muizen die genetisch aangepast waren om SCLC te krijgen wanneer de longen werden blootgesteld aan een virale vector. Na een half jaar of meer hadden de muizen SCLC. Voor dit onderzoek gebruikten we de cellijnen die gemaakt waren van zulke tumoren. De cellijnen werden teruggeplaatst in de longen van gezonde muizen, die naar verwachting na slechts een paar maanden dan SCLC zouden hebben.

Onze verwachting was dat de normale (native) vorm van HuD niet herkend zou worden als muizen hieraan worden blootgesteld, omdat HuD altijd al voorkomt in het lichaam zonder problemen, en er dan ook geen immuun reactie zou optreden. Echter, de isoaspHuD variant zou wel gezien worden als onbekend en mogelijk gevaarlijk, waardoor een immuunreactie meetbaar zou zijn in muizen die geimmunizeerd waren met isoaspHuD. 

Voor dit onderzoek werd alleen gebruik gemaakt van een klein deel van HuD, de staart waar de beschadiging zat.

We hadden twee groepen muizen; 1 groep had SCLC cellen in de longen gekregen, en 1 groep was geimmuniseerd met HuD peptides (de native variant of de isoasp variant). Bij alle muizen keken we een paar weken na de behandeling naar de witte bloedcellen uit de milt (splenocytes) en naar markers uit het bloed. 

Bij de splenocytes werd onderzocht hoe veel ze vermenigvuldigden (proliferatie/celdeling) of hoeveel signaalstoffen (cytokines) ze maakten na te zijn blootgesteld aan ofwel SCLC cellen ofwel de HuD peptides.

In bloed werd de aanwezigheid van antilichamen tegen HuD onderzocht.

Na immunizatie maakten de muizen ook daadwerkelijk antilichamen tegen het peptide waaraan ze een paar weken eerder waren blootgesteld. Ook werden meer cytokines gemaakt door splenocytes als deze in aanraking kwamen met isoaspHuD nadat de muis daar vooraf mee was geimmuniseerd.

De celdeling was niet duidelijk anders bij muizen die verschillend waren behandeld. Wel hadden de SCLC cellen een duidelijk onderdrukkend (inhiberend) effect op de celdeling van alle splenocytes, waarbij de eerdere behandeling van de muis geen verschil maakte. 

De vermindering van splenocyte celdeling is mogelijk het gevolg van cytokines die door SCLC worden gemaakt. Bij andere tumoren wordt dit effect ook gezien en zulke vermindering van celdeling kan het gevolg zijn van een algemene onderdrukking van de witte bloedcellen door signalen die door de tumor worden afgegeven. Zelfs na activatie van witte bloedcellen, kan een immuunreactie worden stopgezet met de juiste signalen. Dit kan een hindernis zijn voor het opwekken van een immuunreactie tegen SCLC cellen en in andere tumorsoorten, waar ditzelfde probleem zich voordoet, wordt dit effect ook al onderzocht. 

(English version after the break)

The ceremony of my master graduation took place March 30th 2017, where the masters-to-be had to present a summary of their last master internship. I had put more effort than required into this presentation to test my skills at designing biomedical illustrations. In this post I will show and briefly explain these figure. 

My internship was a brief and small-scale pilotstudy of the options for targeted immunotherapy for small cell lung cancer (SCLC) patients at the Norris Cancer Center in Los Angeles, USA.

SCLC patients, who make up about 15% of all lung cancer patients, have an abysmal 5-year survival of 5% of all diagnosed patients. The survival has not improved in the last decennia, and partially results from the stage of SCLC at diagnosis (60% of patients already have metastasized disease). Additionally, SCLC quickly becomes resistant to standard therapies and no good follow-up treatments have been found yet. 

A property of SCLC of interest for this research project is the frequency of paraneoplastic neurological syndromes (PNS). PNS are autoimmune disorders of the nervous system occuring only in cancer patients. 2-3% of SCLC patients suffer from PNS along with the cancer. PNS does have the advantage of improving the prognosis for the SCLC itself.

We examined the protein HuD as a target for immunotherapy, which is also commonly targeted by the immune system in PNS.

The HuD protein is normally only made by cells of the nervous system, but is also found in all SCLC cells. The autoimmune reaction targeting HuD does not differentiate between HuD from healthy tissues and tumor-produced HuD. Occasionally, HuD gets damaged. Neurons can repair such damage, but tumor cells may not be able to perform the same repairs quite as well (or at all). 

If this assumption is correct, damaged HuD (isoaspHuD) could be a protein variant that only occurs in tumor cells and would therefore be a specific target for SCLC.

To test this claim, we used genetically modified mice, which were susceptible to SCLC when exposed to viral vectors in the lungs. Approximately half a year later, all mice would have SCLC. For this project, we used cell lines made with these SCLC tumors. We put the cell lines back into lungs of healthy mice. Only a few months later, these mice would also have SCLC tumors.

We expected that the normal (native) form of HuD would not be recognized by the immune system when mice are be exposed to it, since it normally occurs in the body without any problems, and thus we would not find an immune response. However, the isoaspHuD variant would be seen as unknown and dangerous and would therefore activate the immune system after mice were immunized with isoaspHuD. Such an immune response would be measurable.

For our experiments, we only used a small part of the whole HuD protein: the tail end, where the damage occurs.

We used two groups of mice; 1 group was exposed to SCLC cells in the lungs, and 1 group was immunized with HuD peptides (either the native or isoasp variant). We examined white blood cells from the spleen (splenocytes) and blood markers a few weeks later.

The splenocytes were examined for the amount of cell division (proliferation) and the production of signal molecules (cytokines) after being exposed to either SCLC cells or HuD peptides.

Blood was tested for the presence of antibodies specific for HuD.

After immunization, mice did indeed make antibodies targeting the peptide to which they were exposed earlier. They also produced more cytokines if, after previously being immunized with isoaspHuD, the splenocytes were exposed to isoaspHuD again during the test.

There was almost no difference in cell division based on the different treatments. We did see a clear decrease in cell division (inhibition) if splenocytes were exposed to SCLC during the experiment, regardless of the earlier treatments of the mice. 

The reduction in splenocyte cell division is potentially caused by cytokines made by SCLC cells. A similar effect is observed with different tumor types, where general suppression of the immune response is seen if white blood cells are in close proximity to the tumor mass. Even after activation of white blood cells, the immune reaction can still be halted with the right signals. This could hinder attempts at using immunotherapy for SCLC. In research of immunotherapy for other tumor types where this problem is encountered, several options are being examined for counteracting the tumor's ability to suppress activated white blood cells.