Macrophages in regressed and progressed uveal melanoma

Uveal melanoma (UM) is the most common primary ocular malignancy in adults. In Finland, approximately 50 new cases are diagnosed yearly. Up to 50% of UM metastasize, mostly to the liver, although other organs are also affected. Despite improvements in the management of the primary tumour, the survival rates of patients with metastatic UM are poor. Until the 1970s, UMs were treated by enucleation i.e. removal of the eye. Currently, UM is usually treated by brachytherapy, which is known to influence tumour cells and blood vessels. UMs enucleated both primarily and secondarily after brachytherapy contain tumour-infiltrating macrophages, and a high number of macrophages in primary UM is associated with a shorter survival and a higher microvascular density (MVD) within the tumour tissue. The latter is independently associated with a shorter time to metastatic death. Macrophages have several diverse roles depending on their response to variable signals from the surrounding microenvironment. They function as scavengers, as producers of angiogenic and growth factors as well as proteases, which modulate extracellular matrix. Thus, tumour invasiveness and the risk for metastasis increase with increasing macrophage density. The aim of this study was to evaluate the effects of regression and progression of UM on macrophage numbers and microcirculation factors. Tumour regression is induced by primary brachytherapy, and tumour progression is evidenced by the development of metastases. Understanding the biological behaviour of UMs in the both states may help us in finding new treatment modalities against this disease. To achieve these aims case-control analyses of irradiated UMs and primarily-enucleated eyes (34 matched pairs) were performed. UMs were stained immunohistochemically to detect macrophages, extravascular matrix (EVM) loops and networks, and MVD. Following brachytherapy, a lower MVD was observed. The average number of macrophages remained unchanged. Considering that irradiated melanomas may still contain proliferating tumour cells, a clinically-relevant consequence of my study would be the reassurance that the risk for metastasis is likely to be reduced, given that the low MVD in untreated UMs indicates a favourable prognosis. The effect of progression on macrophages was studied in a paired analysis of primarily-enucleated UM and their corresponding hepatic metastases (48 pairs). A cross-sectional histopathological analysis of these pairs was carried out by staining both specimens in a similar way to the first study. MVD was greater in hepatic metastases than in corresponding primary tumours, and the survival of the patient tended to be shorter if hepatic metastases had a higher MVD. Hepatic metastases had also more dendritic macrophages than the primary UMs. Thus, the progression to metastasis seems to alter the inflammatory status within the tumour. Furthermore, determining MVD of biopsied hepatic metastases may serve as a supplementary tool in estimating the prognosis of patients with metastatic uveal melanoma. After irradiation, the majority of treated eyes have been clinically observed to have pigmented episcleral deposits. A noncomparative clinical case series of 211 irradiated UM eyes were studied by recording the number and location of pigmented episcleral deposits during follow-up visits after brachytherapy. For the first time, the study described pigmented episcleral deposits, which are found in the most UM eyes after brachytherapy, and proved them to consist of macrophages full with engulfed melanin particles. This knowledge may save patients from unnecessary enucleation, because episcleral pigmented deposits might be mistaken for extrascleral tumour growth. The presence of pigmented macrophage-related episcleral deposits was associated with plaque size and isotope rather than with tumour size, suggesting that, in addition to tumour regression, radiation atrophy of retinal pigment epithelium and choroid contributes to the formation of the deposits. In the paired (the same 34 pairs as in the first study) cross-sectional study of irradiated and non-irradiated UMs, clinically-visible episcleral deposits and migrating macrophages in other extratumoral tissues were studied histopathologically. Resident macrophages were present in extratumoral tissues in eyes with both irradiated and non-irradiated UM. Irradiation increased both the number of CD68+ macrophages in the sclera beneath the tumour and the number of clinically-observed episcleral macrophages aggregates. Brachytherapy seemed to alter the route of migration of macrophages: after irradiation, macrophages migrated preferentially through the sclera while in non-irradiated UMs they seemed to migrate more along the choroid. In order to understand the influence of these routes on tumour progression and regression in the future, labelling and tracking of activated macrophages in vivo is required.

Suonikalvoston melanooma eli uveamelanooma (UM) on yleisin aikuisten silmänsisäinen primaari pahanlaatuinen kasvain, johon sairastuminen uhkaa paitsi näkökykyä, myös eloonjäämistä. Suomessa on vuosittain n. 50 uutta tapausta. UM leviää herkästi, useimmiten maksaan. Hoidoista huolimatta noin 50% potilaista kuolee taudin leviämisen seurauksena. UM:a on 1980-luvulta lähtien hoidettu ensisijaisesti levysädehoidolla. Sitä ennen kasvainta hoidettiin silmän poistolla, mikä on nykyisin vain erittäin suurten kasvainten ensisijainen hoito. Sekä kirurgisesti että sädehoidolla hoidetuista UM:ista on löytynyt runsaasti syöjäsoluja (makrofageja), joiden määrän on todettu korreloivan ennusteeseen ja kasvaimen aggressiivisuutta kuvaaviin ominaisuuksiin kuten solutyyppiin ja verisuonitiheyteen. Syöjäsolut eivät vain puhdista ympäristöään syömällä kuolleita soluja, vaan ne voivat vaikuttaa myös uusien verisuonien syntymiseen ja kasvaimen etenemiseen tuottamalla kasvu- ja verisuonitekijöitä sekä proteaaseja, jotka pilkkovat soluväliainetta. Näin riski kasvaimen leviämiseen kasvaa. Tulevaisuudessa voidaan mahdollisesti hoitaa syöpää ja sen etäpesäkkeitä mm. lääkkeillä, jotka muuttaisivat makrofagien toimintoja. Väitöskirjatyössä selvitettiin, miten levysädehoidon aiheuttama taantuminen UM:ssa vaikuttaa makrofagien toimintaan, ja mitä makrofageille tapahtuu UM:n edetessä etäpesäkkeeksi. Samalla tutkittiin, mitä tapahtuu kasvainkudoksen verisuonitekijöille. Primaaristi poistettuja UM:ia verrattaessa ennen poistoa levysädehoidettuihin UM:iin todettiin, että makrofagien määrä pysyi sädehoidon jälkeen ennallaan verrattuna ei-sädehoidettuihin kasvaimiin. Verisuonitiheys, joka primaarikasvaimissa on yhteydessä suurempaan leviämisriskiin, vähentyi merkitsevästi sädehoidon seurauksena. Tutkittaessa makrofagi- ja verisuonitekijöitä primaaristi poistetuissa UM:issa ja niiden lähettämissä maksan etäpesäkkeissä, oli etäpesäkkeissä vähemmän pigmentaatiota ja enemmän tyypiltään dendriittisiä makrofageja kuin primaareissa. Primaarien UM:ien verisuonitiheys oli alhaisempi kuin niiden etäpesäkkeiden. Korkea verisuonitiheys etäpesäkkeessä näytti mahdollisesti viittaavan lyhyempään eloonjäämiseen. Etäpesäkkeiden koepaloja näin tutkimalla voitaisiin tulevaisuudessa ehkä päästä paremmin selvyyteen potilaan ennusteesta. Sädehoidon jälkeen silmän pintaan ilmaantuu tummia täpliä. Väitöskirjassa kuvattiin näiden täplien piirteitä ja osoitettiin ensimmäistä kertaa, että kertymät koostuvat makrofageista. Tämä tieto säästää potilaita turhilta sädetyksen jälkeisiltä silmänpoistoilta, sillä näitä kertymiä on aiemmin saatettu luulla silmän seinämän läpi levinneeksi kasvainkudokseksi. Täplien määrään myötävaikuttivat sädelevyn koko, sädetyksessä käytetty isotooppi ja UM:n kutistumisen määrä. Lisäksi väitöskirjassa tutkittiin histopatologisesti makrofagien määrää eri lailla hoidettujen UM-silmien normaalikudoksissa. Sädetetyissä silmissä oli enemmän makrofageja kasvaimen alla olevassa kovakalvossa. Sädetyksen jälkeen makrofagit näyttäisivät vaeltavan kovakalvon kautta silmän etuosiin, kun taas ei-sädehoidetuissa kulku tapahtuisi enemmän suonikalvoa pitkin. Kliinisessä työssä kuvatut makrofagitäplät olivat myös yleisempiä juuri sädetetyissä silmissä. Aggressiivisesti leviävän UM:n etäpesäkkeiden kasvuun voi vaikuttaa muualla kehossa syntyvä immuunireaktio. Jos ymmärtäisimme paremmin immunologista tietoa silmästä vievien makrofagien toimintaa, voisimme ehkä tulevaisuudessa hidastaa metastaasien kasvua ja näin parantaa potilaidemme eloonjäämisennustetta.

Malignt melanom i åderhinna (dvs. uveamelanom = UM) är den vanligaste primära maligna tumören i ögat bland vuxna. Insjuknandet hotar inte bara synförmågan utan även livet. I Finland upptäcks cirka 50 nya fall per år. UM sprider sig lätt och i tidigt skede, och oftast till levern. Oavsett vårdmetod, dör fortfarande 50 procent av patienterna. Sedan 1980-talet har UM primärt behandlats med strålbehandling. Dessförinnan behandlades UM med bortoperering av ögat, vilket i dag är den primära vårdmetoden endast för mycket stora tumörer. Fagosyterande celler, makrofager, har hittats i både kirurgiskt behandlade och strålbehandlade UM:er. Ett stort antal av dessa celler har upptäckts korrelera med kortare överlevnad och större täthet av blodkärl i tumörvävnaden. Makrofagerna rengör inte bara omgivningen utan påverkar också tumörens tillväxt, blodkärlsbildning och tumörcellernas rörelser genom att producera ett flertal tillväxtfaktorer och proteaser, som spjälkar det extracellulära materialet. På det sättet vandrar tumörcellerna lättare och risken för metastaseringen ökar. I framtiden kan cancer och dess metastaser möjligen behandlas bl.a med mediciner som påverkar makrofagernas funktioner. Syftet med forskningen var att belysa hur regression, orsakad av strålbehandling, påverkar makrofagernas funktion och mängd, samt vad som händer med makrofagerna när den primära tumören metastaserat. Även blodkärlsfaktorer undersöktes. Strålbehandlade och icke-strålbehandlade UM:er jämfördes med varandra parvist. Strålbehandlingen påverkade inte mängden tumör-infiltrerade makrofager. De strålbehandlade UM:erna hade lägre mikrovaskulär täthet än icke-strålbehandlade tumörer. En hög täthet är associerat med högre risk för metastaser i primärt bortopererade ögon. Makrofager och blodkärlsfaktorer i primära UM:er och deras levermetastaser undersöktes på ett motsvarande sätt. Levermetastaserna hade bland annat mindre pigmentering, högre mikrovaskulär täthet och mer dendritiska makrofager än de primära tumörerna. Dessutom fanns det en tendens till kortare överlevnad hos patienter vars metastaser hade hög mikrovaskulär täthet. Genom att undersöka provbitar från levermetastaser skulle man eventuellt kunna prognostisera patienterna bättre i framtiden. Efter strålbehandlingen framträder mörka fläckar på främre delar av ögats yta. I doktorsavhandlingen beskrevs karaktärsdrag av dessa fläckar och det visades för första gången att de består av makrofager. Ibland har man misstänkt att fläckarna varit UM-vävnad som spridit sig. Vetskapen om deras harmlösa natur kan sålunda spara patienter från onödiga bortoperationer av ögon. Antalet fläckar påverkades av storleken på strålplattan, den isotop som använts i strålningen samt hur mycket UM krympt. Ytterligare studerades makrofagernas antal histopatologiskt i normala vävnader i strålbehandlade och icke-strålbehandlade UM-ögon. I strålbehandlade ögonen fanns det mer makrofager i senhinnan under tumören. Efter strålbehandling verkar makrofagerna vandra via senhinnan till den främre delen av ögat, medan i icke-strålbehandlade ögon sker vandringen mer längs åderhinnan. De kliniskt beskrivna makrofagfläckarna var histopatologiskt fler just i de strålbehandlade ögonen. Hur den aggressivt spridande uveamelanomens metastaser växer, kan påverkas av den immunreaktionen som uppkommer i kroppen utanför ögat. Om vi förstod bättre hur de immunologiskt viktiga makrofagerna fungerar, skulle vi möjligen i framtiden kunna bromsa växten av metastaser, och på det sätt förbättra prognosen för våra patienter.