Neuropatia induïda per Bortezomib. Caracterització i factors de risc en un model experimental

Abstract

Introducció La neuropatia perifèrica (NP) és un efecte secundari dosi-limitant de la majoria de fàrmacs citostàtics. La neuropatia induïda pels quimioteràpics pot ser permanent i afecta negativament tant la qualitat de vida dels pacients com la seva supervivència. El bortezomib, un inhibidor del proteasoma de primera generació, és la pedra angular del tractament del mieloma múltiple i del limfoma de cèl·lules del mante. Ara bé, la NP és seu principal efecte advers dosi-limitant. Els models animals de NP induïdes per citostàtics han demostrat la seva utilitat en la comprensió de la fisiopatologia d’aquestes neuropaties. Objectius 1) Desenvolupar un model experimental en ratolins per a poder caracteritzar plenament la NP induïda per bortezomib; 2) Avaluar la historia natural d’aquesta neuropatia una vegada establerta; 3) Avaluar les següents controvèrsies clíniques: a) testar els efectes sobre el sistema nerviós perifèric del retractament amb bortezomib, b) avaluar si la presencia d’una neuropatia pre-existent és un factor de risc per a desenvolupar una neuropatia més severa quan s’administra bortezomib, c) avaluar si algun paràmetre de la innervació cutània pot ser d’utilitat a l’hora de predir el desenvolupament d’una NP severa induïda per bortezomib. Material i mètodes Soca utilitzada: ratolins Swiss OF1. Avaluacions: conduccions nervioses, tests autonòmics (variabilitat cardíaca i motllo de silicona), sensibilitat algèsica (algesimetries) i funció sensitivo-motora (rotarod) durant i posteriorment als tractaments com a part de la caracterització funcional i electrofisiològica. Al final de cada experiment es van realitzar anàlisis histològics i immunohistoquímics dels nervis ciàtic, tibial i dels ganglis raquidis (GR) (descripció morfològica, contatge i morfometria de fibres nervioses i somes neuronals). També van ser avaluats durant o al final dels estudis paràmetres de biopsies cutànies (inervació intraepidermica, receptors de Meissner, glàndules sudoríperes i cèl·lules de Langerhans). Grups experimental: a) controls; b) animals tractats amb bortezomib; c) animals retractats amb bortezomib després de 4 setmanes de finalitzar el primer esquema; d) animals tractats amb vincristina; e) animals amb neuropatia crònica induïda per vincristina retractats amb bortezomib. Fàrmacs i esquemes usats, previ estudis pilot per avaluar les dosis òptimes: bortezomib 1mg/kg/ durant 6 setmanes i vincristina 1mg/kg i 1.5mg/kg/ dos cops per setmana durant 4 setmanes. Resultats 1. El bortezomib produeix un significatiu i progressiu decrement de l’amplitud dels potencials d’acció sensitius, una moderada reducció de les velocitats sensitives, sense observar cap efecte sobre les conduccions motores. A més, s’observa un increment significatiu en el llindar del dolor i una afectació de la funció integrada sensitivo-motora a les 6 setmanes. Les troballes histopatològiques mostren en consonància, una reducció moderada de les fibres mielíniques (-10%) i amielíniques (-27%), afectant majoritàriament les fibres de gran calibre i les C, observant a més, vesícules que contenen cossos d’inclusió en els axons amielínics. Els somes neuronals també estan afectats com mostra el canvi de fenotip immunohistoquímic. 2. Després de 4 setmanes de descans hi ha una normalització dels paràmetres funcionals, electrofisiològics i del contatge axonal, juntament amb una parcial recuperació dels paràmetres morfomètrics. 3.1. En ratolins prèviament tractats i tornats a tractar amb el mateix esquema de bortezomib després de 4 setmanes de descans, la neuropatia induïda amb el segon tractament no presenta diferencies significatives a nivell electrofisiologic ni histologic (-12% i -34% de reducció en fibres mielíniques i amielíniques) a la observada amb el primer tractament. 3.2. La vincristina administrada a 1mg/kg i a 1.5mg/kg/2 cops per setmana durant 4 setmanes, provoca una neuropatia sensitivo-motora moderada i severa, primàriament axonal, amb afectació predominant d’axons mielínics sensitius, sense recuperació a les 8 setmanes de finalitzar el tractament. En funció del grau de neuropatia basal (moderada o severa), durant el retractament amb bortezomib, els ratolins mostren un marcat decrement en els potencials d’acció nerviosos sensitius en el grup amb neuropatia severa basal (-86%) respecte el grup amb neuropatia basal moderada (-57%) o els sense neuropatia (-52%). Les troballes histopatològiques de les fibres nervioses es correlacionen amb els resultats funcionals, observant a més, mitocòndries edematoses en les neurones dels GR dels animals únicament amb neuropatia severa. 3.3 La disminució de les fibres nervioses intraepidèrmiques es un esdeveniment precoç, observat des de la segona setmana de tractament. Ara bé, aquesta reducció no es correlaciona amb el decrement en l’amplitud dels potencial sensitius. A partir de la quarta setmana de tractament també es pot observar una denervació significativa dels receptors de Meissner. Conclusions El bortezomib a les dosis testades indueix una neuronopatia sensitiva amb afectació axonal secundària moderada tant de fibres mielíniques com amielíniques. El pronòstic de recuperació és bo després d’un període de descans, tal com s’observa en els pacients. La presencia d’una NP severa previ al tractament amb bortezomib és un factor de risc per a l’aparició d’una NP induïda per bortezomib més severa. Exceptuant aquesta condició, el retractament amb bortezomib es una opció segura. No s’han trobat paràmetres d’innervació cutània útils com a predictors de neuropatia severa induïda per bortezomib.

Introduction Peripheral neuropathy (PN) is a dose-limiting adverse event of most chemotherapeutic drugs. The chemotherapy neurotoxic side effect may be permanent with a negative impact on therapeutic outcome, thus compromising the survival and the quality of life of cancer patients. Bortezomib, a first generation of proteasome inhibitors, is the keystone antineoplastic drug to treat multiple myeloma and mantle cell lymphoma. However, the PN remains as the main dose-limiting adverse event. Chemotherapy-induced PN animal models have demonstrated their usefulness to understand the pathophysiology of these kinds of neuropathies. Objectives The aim of this work was: 1) Develop an experimental mice model to fully characterize the bortezomib-induced PN; 2) Assess the natural history of this neuropathy once it has been established; and 3) Test three controversial clinical paradigms. First, evaluate the effects of bortezomib retreatment over the peripheral nervous system. Second, evaluate the role of pre-existing neuropathy as a risk factor to develop severe bortezomib-induced neuropathy and lastly, search potential skin biopsy parameters, usefulness to predict the development of a severe bortezomib-induced neuropathy. Material and Methods Swiss OF1 mice were used to achieve the objectives. Nerve conduction tests, autonomic (heart rate variability and silastic print technique), pain sensibility (algesimetry) and sensory-motor function (rotarod) were performed during treatments and in post dosing evaluations as functional and electrophysiological characterization. Histological and immunohistochemical analysis from the dorsal ganglia (DRG), sciatic and tibial nerves (morphological description, counting and morphometry of nerve fibers and neuronal bodies) were performed at the end of experiments. Moreover, skin (intraepidermal, Meissner receptors, sweat gland) innervation and Langerhans cells evaluation were also performed at the end or during the treatments. Experimental groups: a) controls; b) animals under bortezomib treatment; c) animals treated with bortezomib followed after 4 weeks of washout; d) animals retreated with bortezomib after 4 weeks of ending the first schedule; e) animals under vincristine treatment; and d) animals with chronic vincritine neuropathy retreated with bortezomib. Drugs and schedules used, prior small pilot studies to assess the optimun dosage, were bortezomib 1mg/kg/twice/week for 6 weeks and vincristine 1mg/kg and 1.5mg/kg/twice/week for 4 weeks. Results 1. Bortezomib induced progressive significant decrease of sensory action potential amplitude, mild reduction of sensory velocities without effect in motor conductions. Moreover, it significantly increased pain threshold and sensory-motor impairment at 6 weeks, but without significant autonomic involvement. According to these data, histopathological findings shown a mild reduction of myelinated (-10%) and unmyelinated fibers (-27%), mostly involving large and C fibers, with abnormal vesicular inclusion bodies in unmyelinated axons. Neurons were also involved as shown by immunohistochemical phenotypic switch. 2. After 4 weeks of washout, bortezomib induced PN presented a normalization of functional, electrophysiological and axonal counting and a partial recovery in morphometric nerve fiber analyzed parameters. 3.1. In mice previously treated and retreated with the same schedule of bortezomib after 4 weeks of washout period, the induced neuropathy showed no significant differences in electrophysiological profile and severity (-12% and -34% reduction in myelinated and unmyelinated fibers) to the one observed after the first treatment. 3.2. Vincristine, at 1mg/kg and 1.5mg/kg/twice/week for 4 weeks induced a moderate and severe sensory-motor neuropathy, primarily axonal, with predominant involvement of myelinated sensory axons and with no recovery at 8 weeks after the end of treatment. According to the basal neuropathy grade (moderate or severe), mice showed more marked decline in sensory nerve action potentials during bortezomib retreatment in the group with basal severe neuropathy (-86%) than in the groups with basal mild (-57%) or without neuropathy (-52%). Histopathological nerve fiber findings supported the functional results, accompanied with mitochondrial swelling on DRG neurons only in animals with severe neuropathy. 3.3. Decrease of intraepidermal nerve fibers is an early significant event, observed since the second week of bortezomib treatment, although this reduction is not correlated with the decrease in amplitude of sensory potentials. Since the 4 week of treatment, a significant denervation of Meissner receptors can also be observed. Conclusions Bortezomib at tested dosage induces a sensory ganglionopathy with secondary mild sensory myelinated and unmyelinated axonal involvement. The recovery prognostic is good after washout period, resembling the findings observed in humans. Presence of a severe neuropathy previous to the treatment with bortezomib results in a more marked involvement of peripheral nerves. Excepting for this condition, a retreatment with bortezomib is a safe option. No skin innervation parameters have been found as useful predictors of severe bortezomib-induced neuropathy.