Non-small cell lung cancer : studies on pathogenesis, tumour targeting and treatment outcomes

Lung cancer accounts for more cancer-related deaths than any other cancer. In Finland, five-year survival ranges from 8% to 13%. The main risk factor for lung cancer is long-term cigarette smoking, but its carcinogenesis requires several other factors. The aim of the present study was to 1) evaluate post-operative quality of life, 2) compare clinical outcomes between minimally invasive and conventional open surgery, 3) evaluate the role of oxidative stress in the carcinogenesis of non-small lung cancer (NSCLC), and 4) to identify and characterise targeted agents for therapeutic and diagnostic use in surgery. For study I, pneumonectomy patients replied to 15D quality of life and baseline dyspnea questionnaires. Study III involved a prospective quality of life assessment using the 15D questionnaire after lobectomy or bi-lobectomy. Study IV was a retrospective comparison of clinical outcomes between 212 patients treated with open thoracotomy and 116 patients who underwent a minimally invasive technique. Study II measured parameters of oxidative metabolism (myeloperoxidase activity, glutathione content and NADPH oxidase activity) and DNA adducts. Study V employed the phage display method and identified a core motif for homing peptides. This method served in cell-binding, cell-localisation, and biodistribution studies. Following both pneumonectomy and lobectomy, NSCLC patients showed significantly decreased long-term quality of life. No significant correlation was noted between post-operative quality of life and pre-operative pulmonary function tests. Women suffered more from increased dyspnea after pneumonectomy which was absent after lobectomy or bi-lobectomy. Patients treated with video-assisted thoracoscopy showed significantly decreased morbidity and shorter periods of hospitalization than did open surgery patients. This improvement was achieved even though the VATS patients were older and suffered more comorbid conditions and poorer pulmonary function. No significant differences in survival were noted between these two groups. An increase in NADPH oxidase activity was noted in tumour samples of both adenocarcinoma and squamous cell carcinoma. This increase was independent from myeloperoxidase activity. Elevated glutathione content was noted in tumour tissue, especially in adenocarcinoma. After panning the clinical tumour samples with the phage display method, an amino acid sequence of ARRPKLD, the Thx, was chosen for further analysis. This method proved selective of tumour tissue in both in vitro and in vivo cell-binding assay, and biodistribution showed tumour accumulation. Because of the significantly reduced quality of life following pneumonectomy, other operative strategies should be implemented as an alternative (e.g. sleeve-lobectomy). To treat this disease, implementation of a minimally invasive surgical technique is safe, and the results showed decreased morbidity and a shorter period of hospitalisation than with thoracotomy. This technique may facilitate operative treatment of elderly patients with comorbid conditions who might otherwise be considered inoperable. Simultaneous exposure to oxidative stress and altered redox states indicates the important role of oxidative stress in the pathogenesis and malignant transformation of NSCLC. The studies showed with great specificity and with favourable biodistribution that Thx peptide is specific to NSCLC tumours. Thx thus shows promise in imaging, targeted therapy, and monitoring of treatment response.

Kohdennetut nanopartikkelit ja isotooppikuvantaminen syövän hoidossa

Syövän diagnostiikassa ja hoidossa nanopartikkelit voivat toimia kuljetinaineina lääke- ja diagnostisille aineille tai nukleiinihappojaksoille. Kantaja-aineeseen voidaan liittää kohdennusmolekyylejä partikkelien passiivista tai aktiivista kohdennusta varten tai radioleima kuvantamista tai radioterapiaa varten. Kantaja-aineiden avulla voidaan parantaa lääkeaineen fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia ja biologista hyötyosuutta, vähentää systeemisiä sivuvaikutuksia, pidentää lääkeaineen puoliintumisaikaa ja siten harventaa annosteluväliä, sekä parantaa lääkeaineen pääsyä kohdekudokseen. Näin voidaan parantaa kemo- ja radioterapian tehoa ja hoidon onnistumisen todennäköisyyttä. Kirjallisuuskatsauksessa perehdytään nanokantajien rooliin syövän hoidossa. Vuosikymmeniä jatkuneesta tutkimuksesta huolimatta vain kaksi (Eurooppa) tai kolme (Yhdysvallat) nanopartikkeliformulaatiota on hyväksytty markkinoille syövän hoidossa. Ongelmina ovat riittämätön hakeutuminen kohdekudokseen, immunogeenisyys ja nanopartikkelien labiilius. Kokeellisessa osassa tutkitaan in vitro ja hiirillä in vivo 99mTc-leimattujen, PEG-verhoiltujen biotiiniliposomien kaksivaiheista kohdennusta ihmisen munasarjan adenokarsinoomasoluihin. Kohdentamiseen käytetään biotinyloitua setuksimabi-(Erbitux®) vasta-ainetta, joka sitoutuu solujen yli-ilmentämiin EGF-reseptoreihin. Kaksivaiheista kohdennusta verrataan suoraan ja/tai passiiviseen kohdennukseen. Tehokkaampien kuvantamismenetelmien kehitys on vauhdittanut kohdennettujen nanopartikkelien tutkimusta. Isotooppikuvantamista käyttäen pystytään seuraamaan radioleiman jakautumista elimistössä ja kuvantamaan solutasolla tapahtuvia ilmiöitä. Kirjallisuuskatsauksessa perehdytään SPECT- ja PET-kuvantamiseen syövän hoidossa, sekä niiden hyödyntämiseen lääkekehityksessä nanopartikkelien kuvantamisessa. Kyseiset kuvantamismenetelmät erottuvat muista menetelmistä korkean erotuskyvyn, herkkyyden ja helppokäyttöisyyden suhteen. Kokeellisessa osassa 99mTc-leimattujen liposomien distribuutiota hiirissä tutkittiin SPECT-CT-laitteen avulla. Aktiivisuus kasvaimessa, pernassa ja maksassa kvantifioitiin InVivoScope-ohjelman ja gammalaskijan avulla. Tuloksia verrattiin keskenään. In vitro-kokeessa saavutettiin kaksivaiheisella kohdennuksella 2,7- 3,5-kertainen (solulinjasta riippuen) hakeutuminen soluihin kontrolliliposomeihin verrattuna. Kuitenkin suora kohdennus toimi kaksivaiheista kohdennusta paremmin in vitro. In vivo –kokeissa liposomit jakautuivat kasvaimeen tehokkaammin i.p.-annosteltuna kuin i.v.-annosteltuna. Kaksivaiheisella kohdennuksella saavutettiin 1,24-kertainen jakautuminen kasvaimeen (% ID/g kudosta) passiivisesti kohdennettuihin liposomeihin verrattuna. %ID/elin oli kohdennetuilla liposomeilla 5,9 % ja passiivisesti kohdennetuilla 5,4%. Todellinen ero oli siis pieni. InVivoScope:n ja gammalaskijan tulokset eivät korreloineet keskenään. Lisätutkimuksia ja menetelmän optimointia vaaditaan liposomien kohdennuksessa kasvaimeen.