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Erschienen in: Annals of Surgical Oncology 13/2020

06.07.2020 | Peritoneal Surface Malignancy

Personalized Identification of Optimal HIPEC Perfusion Protocol in Patient-Derived Tumor Organoid Platform

verfasst von: Steven D. Forsythe, MS, Shyama Sasikumar, MS, Omeed Moaven, MD, Hemamylammal Sivakumar, MS, Perry Shen, MD, FACS, Edward A. Levine, MD, FACS, Shay Soker, PhD, Aleksander Skardal, PhD, Konstantinos I. Votanopoulos, MD, PhD, FACS

Erschienen in: Annals of Surgical Oncology | Ausgabe 13/2020

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Abstract

Background

Chemotherapy dosing duration and perfusion temperature vary significantly in HIPEC protocols. This study investigates patient-derived tumor organoids as a platform to identify the most efficacious perfusion protocol in a personalized approach.

Patients and Methods

Peritoneal tumor tissue from 15 appendiceal and 8 colon cancer patients who underwent CRS/HIPEC were used for personalized organoid development. Organoids were perfused in parallel at 37 and 42 °C with low- and high-dose oxaliplatin (200 mg/m2 over 2 h vs. 460 mg/m2 over 30 min) and MMC (40 mg/3L over 2 h). Viability assays were performed and pooled for statistical analysis.

Results

An adequate organoid number was generated for 75% (6/8) of colon and 73% (11/15) of appendiceal patients. All 42 °C treatments displayed lower viability than 37 °C treatments. On pooled analysis, MMC and 200 mg/m2 oxaliplatin displayed no treatment difference for either appendiceal or colon organoids (19% vs. 25%, p = 0.22 and 27% vs. 31%, p = 0.55, respectively), whereas heated MMC was superior to 460 mg/m2 oxaliplatin in both primaries (19% vs. 54%, p < 0.001 and 27% vs. 53%, p = 0.002, respectively). In both appendiceal and colon tumor organoids, heated 200 mg/m2 oxaliplatin displayed increased cytotoxicity as compared with 460 mg/m2 oxaliplatin (25% vs. 54%, p < 0.001 and 31% vs. 53%, p = 0.008, respectively).

Conclusions

Organoids treated with MMC or 200 mg/m2 heated oxaliplatin for 2 h displayed increased susceptibility in comparison with 30-min 460 mg/m2 oxaliplatin. Optimal perfusion protocol varies among patients, and organoid technology may offer a platform for tailoring HIPEC conditions to the individual patient level.
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Prada-Villaverde A, Esquivel J, Lowy AM, et al. The American Society of peritoneal surface malignancies evaluation of HIPEC with mitomycin C versus oxaliplatin in 539 patients with colon cancer undergoing a complete cytoreductive surgery. J Surg Oncol. 2014;110(7):779–85.CrossRef Prada-Villaverde A, Esquivel J, Lowy AM, et al. The American Society of peritoneal surface malignancies evaluation of HIPEC with mitomycin C versus oxaliplatin in 539 patients with colon cancer undergoing a complete cytoreductive surgery. J Surg Oncol. 2014;110(7):779–85.CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Glockzin G, von Breitenbuch P, Schlitt HJ, Piso P. Treatment-related morbidity and toxicity of CRS and oxaliplatin-based HIPEC compared to a mitomycin and doxorubicin-based HIPEC protocol in patients with peritoneal carcinomatosis: a matched-pair analysis. J Surg Oncol. 2013;107(6):574–8.CrossRef Glockzin G, von Breitenbuch P, Schlitt HJ, Piso P. Treatment-related morbidity and toxicity of CRS and oxaliplatin-based HIPEC compared to a mitomycin and doxorubicin-based HIPEC protocol in patients with peritoneal carcinomatosis: a matched-pair analysis. J Surg Oncol. 2013;107(6):574–8.CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Hompes D, D’Hoore A, Wolthuis A, et al. The use of oxaliplatin or mitomycin C in HIPEC treatment for peritoneal carcinomatosis from colorectal cancer: a comparative study. J Surg Oncol. 2014;109(6):527–32.CrossRef Hompes D, D’Hoore A, Wolthuis A, et al. The use of oxaliplatin or mitomycin C in HIPEC treatment for peritoneal carcinomatosis from colorectal cancer: a comparative study. J Surg Oncol. 2014;109(6):527–32.CrossRef
4.
Zurück zum Zitat van Eden WJ, Kok NFM, Woensdregt K, Huitema ADR, Boot H, Aalbers AGJ. Safety of intraperitoneal mitomycin C versus intraperitoneal oxaliplatin in patients with peritoneal carcinomatosis of colorectal cancer undergoing cytoreductive surgery and HIPEC. Eur J Surg Oncol. 2018;44(2):220–7.CrossRef van Eden WJ, Kok NFM, Woensdregt K, Huitema ADR, Boot H, Aalbers AGJ. Safety of intraperitoneal mitomycin C versus intraperitoneal oxaliplatin in patients with peritoneal carcinomatosis of colorectal cancer undergoing cytoreductive surgery and HIPEC. Eur J Surg Oncol. 2018;44(2):220–7.CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Votanopoulos K, Ihemelandu C, Shen P, Stewart J, Russell G, Levine EA. A comparison of hematologic toxicity profiles after heated intraperitoneal chemotherapy with oxaliplatin and mitomycin C. J Surg Res. 2013;179(1):e133–9.CrossRef Votanopoulos K, Ihemelandu C, Shen P, Stewart J, Russell G, Levine EA. A comparison of hematologic toxicity profiles after heated intraperitoneal chemotherapy with oxaliplatin and mitomycin C. J Surg Res. 2013;179(1):e133–9.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Levine EA, Votanopoulos KI, Shen P, et al. A multicenter randomized trial to evaluate hematologic toxicities after hyperthermic intraperitoneal chemotherapy with oxaliplatin or mitomycin in patients with appendiceal tumors. J Am Coll Surg. 2018;226(4):434–43.CrossRef Levine EA, Votanopoulos KI, Shen P, et al. A multicenter randomized trial to evaluate hematologic toxicities after hyperthermic intraperitoneal chemotherapy with oxaliplatin or mitomycin in patients with appendiceal tumors. J Am Coll Surg. 2018;226(4):434–43.CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Moaven O, Votanopoulos KI, Shen P, et al. Health-related quality of life after cytoreductive surgery/HIPEC for mucinous appendiceal cancer: results of a multicenter randomized trial comparing oxaliplatin and mitomycin. Ann Surg Oncol. 2019;27:772–80.CrossRef Moaven O, Votanopoulos KI, Shen P, et al. Health-related quality of life after cytoreductive surgery/HIPEC for mucinous appendiceal cancer: results of a multicenter randomized trial comparing oxaliplatin and mitomycin. Ann Surg Oncol. 2019;27:772–80.CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Ooft SN, Weeber F, Dijkstra KK, et al. Patient-derived organoids can predict response to chemotherapy in metastatic colorectal cancer patients. Sci Transl Med. 2019;11(513):eaay2574.CrossRef Ooft SN, Weeber F, Dijkstra KK, et al. Patient-derived organoids can predict response to chemotherapy in metastatic colorectal cancer patients. Sci Transl Med. 2019;11(513):eaay2574.CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Tiriac H, Belleau P, Engle DD, et al. Organoid Profiling identifies common responders to chemotherapy in pancreatic cancer. Cancer Discov. 2018;8(9):1112–29.CrossRef Tiriac H, Belleau P, Engle DD, et al. Organoid Profiling identifies common responders to chemotherapy in pancreatic cancer. Cancer Discov. 2018;8(9):1112–29.CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Nagle PW, Plukker JTM, Muijs CT, van Luijk P, Coppes RP. Patient-derived tumor organoids for prediction of cancer treatment response. Semin Cancer Biol. 2018;53:258–64.CrossRef Nagle PW, Plukker JTM, Muijs CT, van Luijk P, Coppes RP. Patient-derived tumor organoids for prediction of cancer treatment response. Semin Cancer Biol. 2018;53:258–64.CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Votanopoulos KI, Mazzocchi A, Sivakumar H, et al. Appendiceal cancer patient-specific tumor organoid model for predicting chemotherapy efficacy prior to initiation of treatment: a feasibility study. Ann Surg Oncol. 2019;26(1):139–47.CrossRef Votanopoulos KI, Mazzocchi A, Sivakumar H, et al. Appendiceal cancer patient-specific tumor organoid model for predicting chemotherapy efficacy prior to initiation of treatment: a feasibility study. Ann Surg Oncol. 2019;26(1):139–47.CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Mazzocchi AR, Rajan SAP, Votanopoulos KI, Hall AR, Skardal A. In vitro patient-derived 3D mesothelioma tumor organoids facilitate patient-centric therapeutic screening. Sci Rep. 2018;8(1):2886.CrossRef Mazzocchi AR, Rajan SAP, Votanopoulos KI, Hall AR, Skardal A. In vitro patient-derived 3D mesothelioma tumor organoids facilitate patient-centric therapeutic screening. Sci Rep. 2018;8(1):2886.CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Skardal A, Smith L, Bharadwaj S, Atala A, Soker S, Zhang Y. Tissue specific synthetic ECM hydrogels for 3-D in vitro maintenance of hepatocyte function. Biomaterials. 2012;33(18):4565–75.CrossRef Skardal A, Smith L, Bharadwaj S, Atala A, Soker S, Zhang Y. Tissue specific synthetic ECM hydrogels for 3-D in vitro maintenance of hepatocyte function. Biomaterials. 2012;33(18):4565–75.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat Breslin S, O’Driscoll L. Three-dimensional cell culture: the missing link in drug discovery. Drug Discov Today. 2013;18(5–6):240–9.CrossRef Breslin S, O’Driscoll L. Three-dimensional cell culture: the missing link in drug discovery. Drug Discov Today. 2013;18(5–6):240–9.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Sato T, Stange DE, Ferrante M, et al. Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett’s epithelium. Gastroenterology. 2011;141(5):1762–72.CrossRef Sato T, Stange DE, Ferrante M, et al. Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett’s epithelium. Gastroenterology. 2011;141(5):1762–72.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Bear AS, Kennedy LC, Young JK, et al. Elimination of metastatic melanoma using gold nanoshell-enabled photothermal therapy and adoptive T cell transfer. PLoS ONE. 2013;8(7):e69073.CrossRef Bear AS, Kennedy LC, Young JK, et al. Elimination of metastatic melanoma using gold nanoshell-enabled photothermal therapy and adoptive T cell transfer. PLoS ONE. 2013;8(7):e69073.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Xu H, Lyu X, Yi M, Zhao W, Song Y, Wu K. Organoid technology and applications in cancer research. J Hematol Oncol. 2018;11(1):116.CrossRef Xu H, Lyu X, Yi M, Zhao W, Song Y, Wu K. Organoid technology and applications in cancer research. J Hematol Oncol. 2018;11(1):116.CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Vlachogiannis G, Hedayat S, Vatsiou A, et al. Patient-derived organoids model treatment response of metastatic gastrointestinal cancers. Science. 2018;359(6378):920–6.CrossRef Vlachogiannis G, Hedayat S, Vatsiou A, et al. Patient-derived organoids model treatment response of metastatic gastrointestinal cancers. Science. 2018;359(6378):920–6.CrossRef
19.
Zurück zum Zitat Broutier L, Mastrogiovanni G, Verstegen MM, et al. Human primary liver cancer-derived organoid cultures for disease modeling and drug screening. Nat Med. 2017;23(12):1424–35.CrossRef Broutier L, Mastrogiovanni G, Verstegen MM, et al. Human primary liver cancer-derived organoid cultures for disease modeling and drug screening. Nat Med. 2017;23(12):1424–35.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Lee SH, Hu W, Matulay JT, et al. Tumor evolution and drug response in patient-derived organoid models of bladder cancer. Cell. 2018;173(2):515–28.CrossRef Lee SH, Hu W, Matulay JT, et al. Tumor evolution and drug response in patient-derived organoid models of bladder cancer. Cell. 2018;173(2):515–28.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Abbasi J. Patient-derived organoids predict cancer treatment response. JAMA. 2018;319(14):1427.PubMed Abbasi J. Patient-derived organoids predict cancer treatment response. JAMA. 2018;319(14):1427.PubMed
22.
Zurück zum Zitat Leung V, Huo YR, Liauw W, Morris DL. Oxaliplatin versus mitomycin C for HIPEC in colorectal cancer peritoneal carcinomatosis. Eur J Surg Oncol. 2017;43(1):144–9.CrossRef Leung V, Huo YR, Liauw W, Morris DL. Oxaliplatin versus mitomycin C for HIPEC in colorectal cancer peritoneal carcinomatosis. Eur J Surg Oncol. 2017;43(1):144–9.CrossRef
23.
Zurück zum Zitat Atallah D, Marsaud V, Radanyi C, et al. Thermal enhancement of oxaliplatin-induced inhibition of cell proliferation and cell cycle progression in human carcinoma cell lines. Int J Hyperthermia. 2004;20(4):405–19.CrossRef Atallah D, Marsaud V, Radanyi C, et al. Thermal enhancement of oxaliplatin-induced inhibition of cell proliferation and cell cycle progression in human carcinoma cell lines. Int J Hyperthermia. 2004;20(4):405–19.CrossRef
24.
Zurück zum Zitat Kirstein MN, Root SA, Moore MM, et al. Exposure-response relationships for oxaliplatin-treated colon cancer cells. Anticancer Drugs. 2008;19(1):37–44.CrossRef Kirstein MN, Root SA, Moore MM, et al. Exposure-response relationships for oxaliplatin-treated colon cancer cells. Anticancer Drugs. 2008;19(1):37–44.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat Sticca RP, Dach BW. Rationale for hyperthermia with intraoperative intraperitoneal chemotherapy agents. Surg Oncol Clin N Am. 2003;12(3):689–701.CrossRef Sticca RP, Dach BW. Rationale for hyperthermia with intraoperative intraperitoneal chemotherapy agents. Surg Oncol Clin N Am. 2003;12(3):689–701.CrossRef
26.
Zurück zum Zitat Halamikova A, Vrana O, Kasparkova J, Brabec V. Biochemical studies of the thermal effects on DNA modifications by the antitumor cisplatin and their repair. Chembiochem. 2007;8(16):2008–15.CrossRef Halamikova A, Vrana O, Kasparkova J, Brabec V. Biochemical studies of the thermal effects on DNA modifications by the antitumor cisplatin and their repair. Chembiochem. 2007;8(16):2008–15.CrossRef
27.
Zurück zum Zitat Grimmig T, Moll EM, Kloos K, et al. Upregulated heat shock proteins after hyperthermic chemotherapy point to induced cell survival mechanisms in affected tumor cells from peritoneal carcinomatosis. Cancer Growth Metastasis. 2017;10:1179064417730559.CrossRef Grimmig T, Moll EM, Kloos K, et al. Upregulated heat shock proteins after hyperthermic chemotherapy point to induced cell survival mechanisms in affected tumor cells from peritoneal carcinomatosis. Cancer Growth Metastasis. 2017;10:1179064417730559.CrossRef
28.
Zurück zum Zitat Toraya-Brown S, Fiering S. Local tumour hyperthermia as immunotherapy for metastatic cancer. Int J Hyperth. 2014;30(8):531–9.CrossRef Toraya-Brown S, Fiering S. Local tumour hyperthermia as immunotherapy for metastatic cancer. Int J Hyperth. 2014;30(8):531–9.CrossRef
29.
Zurück zum Zitat Votanopoulos KI, Forsythe S, Sivakumar H, et al. Model of patient-specific immune-enhanced organoids for immunotherapy screening: feasibility study. Ann Surg Oncol. 2019;27:1956–67.CrossRef Votanopoulos KI, Forsythe S, Sivakumar H, et al. Model of patient-specific immune-enhanced organoids for immunotherapy screening: feasibility study. Ann Surg Oncol. 2019;27:1956–67.CrossRef
Metadaten
Titel
Personalized Identification of Optimal HIPEC Perfusion Protocol in Patient-Derived Tumor Organoid Platform
verfasst von
Steven D. Forsythe, MS
Shyama Sasikumar, MS
Omeed Moaven, MD
Hemamylammal Sivakumar, MS
Perry Shen, MD, FACS
Edward A. Levine, MD, FACS
Shay Soker, PhD
Aleksander Skardal, PhD
Konstantinos I. Votanopoulos, MD, PhD, FACS
Publikationsdatum
06.07.2020
Verlag
Springer International Publishing
Erschienen in
Annals of Surgical Oncology / Ausgabe 13/2020
Print ISSN: 1068-9265
Elektronische ISSN: 1534-4681
DOI
https://doi.org/10.1245/s10434-020-08790-2

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