Efficacy of molecular targeted triple therapies

Hintergrund: Die Wirkung einer Kombination von singulären molekular zielgerichteten Substanzen mit ionisierender Strahlung kann durch Behandlungsresistenzen limitiert sein. Daher wurde geprüft, ob eine molekular zielgerichtete Dreifachkombination, bestehend aus einem agonistischen Antikörper gegen entweder TRAIL-R1 (Mapatumumab) oder TRAIL-R2 (Lexatumumab) sowie einem Antikörper (Cetuximab) gegen den „Epidermal Growth Factor Receptor“ (EGFR) zur optimierten Tumorzellabtötung in vitro beitragen kann. Da Behandlungsstrategien bestehend aus Bestrahlung und Cisplatin bereits etabliert sind, testeten wir ebenfalls Dreifachtherapien aus Bestrahlung, Cisplatin und TRAIL-R-Antikörpern. Material und Methoden: Die Apoptoseinduktion nach Dreifachtherapie wurde in den Zelllinien Colo205, HCT116 und FaDu durch Hoechst 33342-Färbung bestimmt. Der Interaktionsgrad wurde mittels Isobologramm-Analyse ermittelt. Eine Knockout-Variante der Zelllinie HCT116 wurde verwendet, um die Bax-Abhängigkeit der Dreifachtherapie zu untersuchen. Die Rolle des Akt/PKB-Signalweges wurde mit dem PI3-Kinase Inhibitor LY294002 analysiert. Klonogene Assays wurden durchgeführt, um den Effekt auf das klonogene Überleben der Tumorzellen zu untersuchen. Ergebnisse: Ein synergistischer Effekt von Bestrahlung, Cetuximab und agonistischen TRAIL-R-Antikörpern ließ sich in Adeno- und Plattenepithelkarzinomzellsystemen nachweisen. Die Effektivität dieses multimodalen Ansatzes war abhängig von Bax und der Inhibierung von Akt/PKB. Parallel mit einer erhöhten Apoptoserate fand sich eine optimierte Eradikation klonogener Tumorzellen. Des Weiteren war es möglich, mittels der Dreifachtherapie aus Bestrahlung, Cisplatin und TRAIL-R Antikörpern eine verstärkte Zelltod-Induktion zu erreichen. Schlussfolgerung: Unsere Daten deuten darauf hin, dass molekular zielgerichtete multimodale Therapieansätze neue Perspektiven in der Radioonkologie eröffnen könnten.Background: Since the efficacy of a single targeted agent in combination with ionizing radiation is limited by putative treatment resistances, we tested a rationally designed triple therapy consisting of an agonistic antibody targeting either TRAIL-R1 (mapatumumab) or TRAIL-R2 (lexatumumab), radiation and an epidermal growth factor receptor (EGFR) inhibiting antibody (cetuximab). As treatment schedules including radiotherapy and cisplatin are established we therefore additionally tested triple therapies consisting of cisplatin, radiotherapy and TRAIL-R antibodies. Material and Methods: Induction of apoptosis after triple treatment was determined in Colo205, HCT116 and FaDu cells by Hoechst 33342 stain. The degree of interaction was determined by isobologram analysis. A knockout variant of HCT116 was used to examine Bax dependence of the triple therapy. The role of Akt/PKB-signaling was analyzed using the PI3-kinase inhibitor LY294002. Clonogenic assays were performed to examine the effect on clonogenic survival of tumor cells. Results: A synergistic effect of radiation, cetuximab and agonistic TRAIL-R antibodies was demonstrated in cell lines derived from colorectal tumors or head and neck cancers. The efficacy of this multimodal approach was dependent on Bax and inhibition of Akt/PKB in our cell systems. The results also show a positive impact on clonogenic cell death in several cell lines. Furthermore, triple therapies consisting of radiation, cisplatin and TRAIL-R antibodies were able to effectively enhance cell death. Conclusion: Our data suggest that rationally designed multimodal therapy approaches integrating radiation with at least one targeted agent will open new perspectives in radiation oncology