오프 타깃: 방사선의 암 치료법으로서의 전신(표적 외)효과 조사

2020년 1월 28일 : 국립암연구소 제공

용어해설

※ Abscopal effect란, 국소 방사선 치료로 전신 효과를 본다?

암 치료에 있어 다양한 종류의 방사선 치료는 종류를 막론하고 국소적인 치료법이라 할 수 있다.

수술, 방사선 치료는 국소적 치료법, 항암 치료는 전신적인 치료법이라는 것은 이론의 여지가 없는 사실이다. 그런데 국소적인 방사선 치료를 시행한 후 조사 부위가 아닌 다른 부위의 암이 없어지는 경우가 실제 임상에서 종종 일어나곤 한다. 이러한 현상은 1953년 Dr. R. J. Mole이 영국 방사선 학회지에 처음으로 abscopal (라틴어로 ab: away from, scope: target, 즉 표적이 아닌 부위) effect라 보고하면서 알려졌다.

한 곳의 치료로 다른 부위가 저절로 치료된다니 일거양득의 치료법이라 할 수 있겠는데, 아쉽게도 이와 같은 현상이 왜 일어나는지 어떻게

해야 일어나게 할 수 있는지 정확히 알려진 바는 없다. 현재까지의 연구 결과에 의하면 방사선 치료 후 항암 면역반응에 변화가 일어나 면역세포가 다른 부위의 암종까지 공격한다는 가설이 가장 유력하다. 즉, 면역체계의 항진 혹은 재정립이 일어나야 한다는 것이다. 이러한 이론을 바탕으로 많은 연구자가 방사선 치료 시 면역치료를 동시에 시행하여 그 효과를 보고자하였다.

현재까지 연구된 면역치료법은 다음과 같다. 이 방법들 중 일부는 1,2 상 임상시험까지 진행되었는데, 일부는 기존의 방사선 단독치료에 비해 높은 반응률을 보이기도 하였고, 일부에서는 abscopal effect가 관찰되었다.

[출처] 칼럼 / 서울샘클리닉

본문

그 여성 환자에게는 치료 선택지가 없었다. 희귀종인 그녀의 암은 전이되어 더 이상 치료에 반응하지 않았다.

다음 단계로, 세인트루이스 소재 워싱턴 대학 의과대학의 의사들은 그녀의 가장 큰 종양을 양성자 빔으로 치료하기 시작했다. 목표는 종양의 성장을 늦추고 67세의 환자를 가능한 한 편안하게 하는 것이었다고 방사선 종양학자인 담당 의사인 브라이언 바우만 박사는 회상했다.

그러나 양성자 방사선 치료를 받은 후 의사들은 그녀의 스캔에서 놀라운 변화를 발견했다. 방사선종양이 줄어들었을 뿐만 아니라 그녀의 신체의 다른 부분에서도 치료하지 않은 종양이 줄어들었다.

시간이 지남에 따라 종양은 계속 줄어들었고, 결국 종양은 사라졌다.

"거의 3년이 지난 지금, 그녀는 살아있고 매우 잘 지내고 있다,"고 바우만 박사는 말했다. 그의 연구팀은 최근 이 환자가 (국소치료의) 전신 효과로 알려진 치료에 대한 드문 반응을 경험한 것으로 보인다고 보고했다.

바우만 박사는 1950년대 초 쥐를 대상으로 한 실험에서 처음 관찰된 것에 주목하면서 "전신 효과는 매혹적인 현상"이라고 말했다.

이 전신 효과는 방사선 치료 또는 다른 종류의 국소 요법을 통해 표적 종양이 줄어들 뿐만 아니라 신체의 다른 곳에서도 치료하지 않은 종양의 수축으로 이어질 때 발생한다. 비록 전신 효과를 일으키는 정확한 생물학적 메커니즘이 여전히 조사되고 있지만, 면역 체계는 중요한 역할을 한다고 생각된다.

면역 체계의 깨우기

스탠포드 암 연구소의 방사선 종양학자인 빌리 W. 루 주니어는 "전반적 효과를 경험하는 환자에게서 하나의 종양을 치료하면 면역 체계를 깨우고 신체의 다른 종양을 인식할 수 있게 된다."고 말했다.

"종양세포는 조사照射한 방사선을 면역체계가 위협으로 인식하는 물질을 방출하여 전신에 걸쳐 면역반응을 일으킬 가능성이 있다"고 와일 코넬 의과대학의 실비아 포멘티 박사는 설명했다. 포멘티 박사는 자신의 연구가 전신반응과 면역체계 간에 한 연관성을 밝혀내는데 도움이 되었다.

포멘티 박사는 "방사선을 조사 받은 종양은 일종의 백신이 될 수 있다"고 덧붙였다. 방사선 요법을 포함한 다양한 방법으로 수행할 수 있는 암 치료에 대한 이러한 접근방식은 ‘제자리 예방접종’으로 불린다.

루 박사에 따르면 최근 몇 년 동안 새로운 면역 치료제의 이용 가능성과 면역체계가 암에 어떻게 작용하는지에 대한 더 큰 이해를 하면서 연구원들 사이에 전신효과에 대한 관심을 다시 불러일으키는 데 기여했다고 한다.

‘전신 효과’라는 문구는 10년 전 단 4차례의 언급에서 2019년 PubMed 과학 간행물 데이터베이스(PubMed)에서 120차례나 언급됐다.

이 연구의 많은 부분은 왜 전신 효과가 발생하는지 이해하는 데 초점을 맞추었다. 연구자들은 또한 전이 암 환자들에게 전신 효과가 발생할 가능성을 증가시킬 수 있는 치료법의 조합을 시험해 왔다.

전신효과의 방사선에 대한 역사적 연관

1953년, 전신효과에 대한 첫 번째 설명에서, R. H. 몰이라는 한 연구자는 방사선이 쥐의 한쪽에 있는 종양을 수축시켰더니 반대쪽에 있는 치료하지 않은 종양이 줄어들 수 있다는 것을 보여주었다.

이러한 치료 효과를 방사선 분야 밖에서 설명하기 위해 몰 박사는 라틴어에서 유래한 "표적에서 떨어진"라는 단어를 사용했다.

몰 박사의 보고 이후 수십 년 동안, 많은 방사선 종양학자들은 그것이 거의 관찰되지 않았기 때문에 전신 효과의 존재를 의심했다. 루 박사는 "전신 효과는 예상하지 못한 것이며 종종 극적이기 때문에 방사선 종양학 지식에서 한 때 이런 믿기지 않은 일이 있었다는 구전설화가 되었다"고 말했다.

그러나 루 박사와 몇몇 사람들은 그 현상이 현실적이고 잠재적으로 더 안정적으로 발생할 수 있다는 증거가 많아지고 있다고 지적한다.

전신 반응은 흑색종과 유방암, 폐암, 간암 등 다양한 형태의 암에 보고되고 있다. 최근 몇 년 동안 흉막중피종이나 흉선 암과 같이 흔하지 않은 암 환자들에게도 그 효과가 보고되었다.

비록 대부분의 방사선 종양학자들이 환자에게서 전신 효과를 본 적이 없지만, 그것을 관찰한 사람들은 놀랍다고 말한다. 포멘티 박사는 "의사로서 환자에게서 전신 효과를 보면 충격을 받는다. 한번 보고 나면 영원히 기억하게 될 것."이라고 말했다.

면역반응의 장벽 극복

암세포는 면역체계가 암세포를 찾아 죽이는 것을 방지할 수 있는 방법을 갖고 있기 때문에 이러한 전신 효과는 그리 흔하지 않다.

포멘티 박사는 "면역체계가 자리를 잡은 종양을 감지하고 죽이는 것을 막는 장벽이 얼마나 많은지를 감안할 때 방사선만으로는 전신효과를 이끌어낼 수 있을 것으로 기대할 수 없다"고 말했다. "암세포의 (면역체계의) 인식과 거부를 할 수 있는 장벽도 일부 제거해야 한다."

‘Cancer Moonshot(암 정복 계획)’의 일환으로 전신효과를 초래할 수 있는 치료법을 연구해온 위스콘신 대학의 자커리 모리스 박사는 "면역반응이 종양을 제거하는 생물학적 메커니즘(기전)을 극복해야 한다."고 말했다.

모리스 박사와 그의 동료들은 일단 이 능력이 상실되면 암세포를 인식하고 공격하는 면역체계의 능력을 회복하도록 고안된 접근법을 쥐 모델을 이용하여 실험해 왔다.

분자 방사선요법으로 알려진 접근방식에서, 저 선량의 방사선이 쥐의 모든 종양에 주입된다. 종양에서 방사선은 암세포에 대한 면역 반응을 막고 있는 림프구라고 불리는 면역 세포를 일시적으로 근절시킨다.

모리스 박사는 몸속의 다른 림프구들은 방사능에 의해 손상되지 않았으며 그러한 공격을 막는 장벽이 없어지면 종양에 대한 공격을 할 수 있을 것이라고 지적했다.

그는 "암이 저절로 발생했기 때문에 인간에게 좋은 모델이 될 수 있는 암이 발병한 개를 이용한 실험을 할 계획"이라고 말했다.

면역요법과 방사선의 결합

전신 효과를 촉발하는 또 다른 전략은 방사선을 면역관문 억제제라는 약물과 결합시켜 암에 대한 면역 반응을 높이는 것이다.

방사선에 면역관문 억제제를 추가하면 방사선 치료 단독에 비해 환자의 전신 반응 가능성을 높일 수 있다는 임상 실험의 증거가 늘어나고 있다.

모리스 박사는 이 두 가지 접근방식은 상호보완적일 수 있다고 지적했다. 방사선은 면역체계가 종양세포를 인식하는데 도움을 주는 반면, 면역관문 억제제는 종양세포가 더 강하게 반응하도록 도울 수 있기 때문이다.

비록 결합요법이 일부 환자들에게서 전신 반응의 가능성을 높일 수 있지만, 그 접근법은 여전히 "신뢰성 있게 전신 효과를 이끌어내지 못한다. 전략을 최적화하는 방법을 배우는 데 상당한 관심이 있다"고 루 박사는 덧붙였다.

전신효과에 관한 몇 가지 과학적 워크샵을 이끌어온 국립암연구소의 암 치료 및 진단부의 만수르 아흐메드 박사는 두 가지 치료법을 모두 받는 환자들 대상으로 전신 반응의 비율을 개선하기 위한 노력이 진행 중이라고 말했다.

"그러나 방사선의 어느 정도 선량과 전달방법이 면역요법과 결합하여 전신반응을 유발할 가능성이 가장 높은지에 대한 [실험실 및 동물연구]의 자료의 부족은 이 분야에 큰 난제였다"고 아흐메드 박사가 덧붙였다.

전신반응 찾아내기

한편, 연구자들은 종양에 직접 전달되는 다양한 치료법의 사용과 관련된 예기치 않은 전신반응을 계속 보고하고 있다.

예를 들어, 컬럼비아 대학의 연구원들은 최근 그들이 개개의 쥐의 종양에 나노바디라고 알려진 면역 치료제를 투입하기 위해 고안한 박테리아 실험을 하는 동안 전신 효과를 관찰했다. 이 약은 CD47이라는 단백질을 표적으로 삼고 있는데, 이것은 일부 암의 성장을 촉진시킨다.

이 박테리아가 쥐의 종양에 주입되었을 때, 그들은 종양을 수축시키는 면역 반응을 이끌어냈다. 그 후 반응하는 면역 세포 중 일부는 치료하지 않은 다른 종양으로 옮겨졌고 또한 성장을 둔화시켰다는 사실을 연구자들은 발견했다.

공동저자인 스레이안 쵸드리 컬럼비아 대학 박사후보는 "예상대로 박테리아를 주입한 종양은 10일 이내에 사라졌지만, 그 후 치료하지 않은 종양에서 매우 흥미로운 전신효과를 보았다. 이것은 뜻밖이었어." 라고 말했다.

그는 "우리는 이 박테리아가 전신 반응을 자극하는 측면에서 방사선과 유사한 역할을 하고 있다고 생각한다."고 덧붙였다.

이 접근방식은 면역체계를 자극하여 화상 기기를 사용하여 검출할 수 없을 정도로 작은 종양을 찾아 공격하는 방법이 될 수 있다고 공동저자인 컬럼비아의 생명공학자인 탈 다니노 박사는 덧붙였다.

쥐 모델 실험에서 쥐의 몸체 중 한 쪽에 흑색종이 발병한 쥐의 실험 결과에 의하면, 독감 백신은 종양에 주입되었을 때 전신 효과를 이끌어낼 수 있는 또 다른 치료법일 수도 있다.

한 종양에 독감 백신을 주입하면 종양의 성장이 감소할 뿐만 아니라 그 반대편에 있는 치료하지 않은 종양의 성장을 둔화시킬 수 있다는 사실을 연구원들은 발견했다.

에이즈 바이러스(HIV)와 같은 전염성 물질이 암에 대한 몸의 반응을 어떻게 변화시키는지 연구한 러시 대학 의학 센터의 수석 연구원 앤드류 즐로자 박사는 "쥐 모델의 양쪽의 종양 성장이 거의 동시에 느려지는 것을 보았다"고 말했다.

그의 팀은 또한 폐로 퍼진 일종의 유방암 쥐 모델의 종양에 독감 백신을 주사했고 그 결과는 흑색종에 걸린 쥐의 연구결과와 비슷했다.

모든 실험용 생쥐에서 독감 백신은 암세포를 인식하고 공격할 수 있는 특정 면역세포를 끌어내었다. 이것은 국소 종양 환경을 변화시켰고, 이 면역 세포들 중 일부를 다른 종양으로 이동시키는 상황을 만들어 낸 것을 연구원들은 발견했다.

"이 면역 세포들은 만약 다른 곳에 어떤 형태의 위험이 있다면 이동할 수 있다. 그리하여 그들은 신체의 다른 종양을 찾아낼 수 있다." 고 즐로아 박사가 말했다. 그는 어떤 종류의 면역세포가 생쥐의 전신반응에 가장 중요한지를 알아내기 위해 더 많은 연구가 필요하다고 지적했다.

그들의 연구결과를 개선하기 위한 노력의 일환으로, 연구원들은 감기 백신뿐만 아니라 면역 관문 억제제로 쥐를 치료했고, 그 전략은 효과가 있었다. 이 결합(병용) 치료는 독감 백신을 사용했을 때보다 쥐에게 더 좋은 반응을 보였다.

양(성)자 방사선 탐색

워싱턴 대학 의과대학에서 치료를 받아 전신효과를 경험한 육종 환자는 양성자 방사선으로 치료한 뒤 이런 반응을 보인 최초의 사람들 가운데 한 명이었다.

바우만 박사는 전신 반응을 유발하는 것에 관한 한 양성자 방사선은 X선과 감마선 또는 중성자의 고에너지 방사선을 사용하는 더 전통적인 종류의 방사선에 비해 일정한 장점을 가질 수 있다고 지적했다.

이러한 방사선 유형의 차이는 감마선과 X선 빔이 인체를 통과할 때 멈추지 않는 반면 양성자 치료 방사선은 깊이를 제어할 수 있어 무심코 건강한 조직에 도달하는 방사선량을 제한할 수 있다는 것이다.

바우만 박사는 "양자의 경우, 방사선에 몸을 덜 노출하게 되는데, 이는 종양 세포를 죽일 수 있는 혈액과 혈액 내 순환하는 면역 세포를 방사선에 덜 노출시키는 것을 의미한다.“고 설명했다.

그는 "면역 세포는 방사선에 매우 민감하다"고 말했다. "방사선에 면역세포가 더 많이 노출되면 면역세포가 사망할 수 있어 전신효과를 떨어뜨릴 수 있다."

그는 양성자 방사선을 사용하여 동일한 유형의 육종이 있는 다른 환자를 치료함으로써 얻을 수 있는 잠재적 이점을 탐구하기 위해 더 많은 연구가 필요하다고 덧붙였다.

더 많은 연구와 "새로운 규칙"

포멘티 박사는 전이 암 환자들의 전신 반응을 촉진하기 위해 방사선을 사용하는 보다 효과적이고 반복 가능한 방법을 결정하기 위한 연구도 필요하다고 언급했다.

비록 많은 임상시험이 암 환자들의 면역요법과 방사선을 시험하고 있지만, 아직 어떤 대규모 임상시험이 방사선이 어떻게 전달되어야 하는지, 그리고 어느 정도의 선량을 투여해야 하는지를 규명할 증거를 제공하지는 못했다.

"우리는 최상의 결과를 얻기 위해 방사선을 전달하는 방식을 바꿔야 할 도 모른다, 일반적으로 행해진 방식대로 방사선을 투여하는 것만큼 간단하지 않을 수도 있다.“ 고 포멘티 박사가 말했다.

포멘티 박사는 "전신 반응에 관한 한, 우리가 따라야 할 몇 가지 새로운 규칙이 있을 수 있으며, 우리는 여전히 그 규칙들이 무엇인지 찾아내고 있다"고 계속 말했다.

Off Target: Investigating the Abscopal Effect as a Treatment for Cancer

January 28, 2020, by NCI Staff

The patient had run out of treatment options. Her cancer, a rare form of sarcoma, had metastasized and was no longer responding to therapies.

As a next step, doctors at the Washington University School of Medicine in St. Louis began to treat her largest tumor with proton beam radiation. The goals were to slow the tumor’s growth and keep the 67-year-old patient as comfortable as possible, recalled one of her doctors, Brian Baumann, M.D., a radiation oncologist.

But after one course of proton radiation, the doctors noticed a surprising change in her scans: Not only had the irradiated tumor shrunk, but so had untreated tumors in other parts of her body.

Over time, the tumors would continue to shrink, and eventually they went away.

“Nearly 3 years later, she is alive and doing very well,” said Dr. Baumann. His team reported recently that the patient appeared to have experienced a rare response to treatment known as the abscopal effect.

“The abscopal effect is a fascinating phenomenon,” Dr. Baumann said, noting that it was first observed in experiments with mice in the early 1950s.

The abscopal effect occurs when radiation treatment—or another type of local therapy—not only shrinks the targeted tumor but also leads to the shrinkage of untreated tumors elsewhere in the body. Although the precise biological mechanisms responsible for the abscopal effect are still being investigated, the immune system is thought to play an important role.

Waking the Immune System

“When you treat a single tumor in a patient who experiences the abscopal effect, you’re waking up the immune system and enabling it to recognize other tumors in the body,” said Billy W. Loo, Jr., M.D., Ph.D., a radiation oncologist at the Stanford Cancer Institute.

In response to radiation, tumor cells may release material that is recognized by the immune system as a threat, potentially leading to an immune response throughout the body, explained Silvia Formenti, M.D., of Weill Cornell Medicine, whose research helped to establish a link between the abscopal effect and the immune system.

“The irradiated tumor can become a kind of vaccine,” added Dr. Formenti. This approach to treating cancer, which can be carried out in various ways, including with radiation therapy, is called in situ vaccination.

In recent years, the availability of new immunotherapy drugs and a greater understanding of how the immune system can work against cancer have contributed to a resurgence of interest in the abscopal effect among researchers, according to Dr. Loo.

The phrase “abscopal effect” was mentioned nearly 120 times in the PubMed database of scientific publications in 2019, up from just 4 mentions a decade ago.

Much of this work has focused on understanding why the abscopal effect occurs. Researchers have also been testing combinations of treatments that may increase the likelihood that the abscopal effect will occur in patients with metastatic cancer.

A Historical Link to Radiation

In the first description of the abscopal effect, in 1953, a researcher named R. H. Mole showed that radiation could shrink a tumor on one side of a mouse and lead to the regression of an untreated tumor on the other side of the animal.

To explain this treatment effect outside the field of radiation, Dr. Mole used the word abscopal, which is derived from the Latin for “away from the target.”

For several decades after Dr. Mole’s report, many radiation oncologists doubted the existence of the abscopal effect, as it was rarely observed. “Because the abscopal effect is unexpected and often dramatic, it became part of the lore of radiation oncology,” said Dr. Loo.

But he and others point to growing evidence that the phenomenon is real and could potentially be made to occur more reliably.

Abscopal responses have been documented in various types of cancer, including melanoma, breast, lung, and liver cancers. In recent years, the effect also has been reported in patients with less common cancers, such as pleural mesothelioma and cancer of the thymus.

Although the vast majority of radiation oncologists have never witnessed the abscopal effect in a patient, those who have say it is remarkable. “As a doctor, you are shocked when you see the abscopal effect in a patient,” said Dr. Formenti. “Once you have seen it, you will remember it forever.”

Overcoming Barriers to the Immune Response

The abscopal effect is uncommon in part because cancer cells have ways to prevent the immune system from finding and killing tumor cells.

“Given how many barriers there are that prevent the immune system from detecting and killing established tumors, radiation alone cannot be expected to elicit the abscopal effect,” said Dr. Formenti. "Some of the established barriers to the recognition and rejection of cancer cells must also be removed."

For the abscopal effect to occur, “you have to overcome the biological mechanisms that are preventing an immune response from eliminating tumors,” said Zachary Morris, M.D., Ph.D., of the University of Wisconsin, who has investigated treatments that could lead to the abscopal effect as part of the Cancer Moonshot℠.

A series of PET/CT scans of a dog after receiving molecular radiation therapy show the uptake of radiation by the targeted tumor and other tumors in the body.Enlarge

PET/CT scans of a dog with osteosarcoma taken over the course of 48 hours after receiving molecular radiation therapy. The treatment delivers low doses of radiation to tumors throughout the body and may improve the immune response against these tumors.

Credit: Printed with permission from Zachary Morris, University of Wisconsin

Dr. Morris and his colleagues have been testing in mice an approach designed to restore the ability of the immune system to recognize and attack cancer cells once this ability has been lost.

In the approach, known as molecular radiation therapy, low doses of radiation are delivered to all of the tumors in a mouse; at the tumors, the radiation temporarily eradicates immune cells called lymphocytes that are preventing an immune response against cancer cells.

Dr. Morris pointed out that other lymphocytes in the body are unharmed by the radiation and would be available to mount an attack against tumors once the barriers preventing such attacks have been overcome.

“We plan to test the approach in dogs that develop cancer, which are a good model for humans because the cancers have occurred naturally,” he said.

Combining Immunotherapy and Radiation

Another strategy for triggering the abscopal effect is to combine radiation with drugs called immune checkpoint inhibitors, which enhance the immune response to cancer.

There is growing evidence from clinical trials that adding immune checkpoint inhibitors to radiation boosts the chances of an abscopal response in patients, compared with the use of radiation alone.

The two approaches, noted Dr. Morris, may be complementary. Radiation may help the immune system to recognize tumor cells, while immune checkpoint inhibitors help it to respond more strongly.

Although the combination therapy may increase the likelihood of an abscopal response in some patients, the approach still “does not reliably elicit the abscopal effect,” said Dr. Loo, adding that there is “considerable interest in learning how to optimize the strategy.”

Efforts are under way to improve the rates of abscopal responses among patients receiving both therapies, said Mansoor Ahmed, Ph.D., of NCI’s Division of Cancer Treatment and Diagnosis, who has led several scientific workshops on the abscopal effect.

“But the lack of data [from laboratory and animal studies] about which doses and methods of delivering radiation are most likely to trigger an abscopal response in combination with immunotherapy has been a big challenge for the field,” he continued.

Discovering Abscopal Responses

Meanwhile, researchers continue to report unexpected abscopal responses associated with the use of various types of treatments that are delivered directly into tumors.

For example, researchers at Columbia University recently observed the abscopal effect during experiments with bacteria that they engineered to deliver a type of immunotherapy drug known as a nanobody into individual mouse tumors. The drug targets a protein called CD47, which promotes the growth of some cancers.

When the bacteria were injected into a mouse tumor, they elicited an immune response that shrank the tumor. Some of the responding immune cells then migrated to other, untreated tumors and slowed their growth as well, the researchers found.

“As we expected, the tumor injected with bacteria disappeared within 10 days, but then we saw a very interesting abscopal effect in untreated tumors,” said coauthor Sreyan Chowdhury, a Ph.D. candidate at Columbia University. “This was a surprise.”

“We think the bacteria are serving a role that is similar to that of radiation in terms of stimulating an abscopal response,” he added, noting that once the bacteria were injected into a tumor, they did not themselves spread to other tumors.

The approach could be a way to stimulate the immune system to find and attack tumors that are too small to be detected using imaging tools, added coauthor Tal Danino, Ph.D., a biomedical engineer at Columbia.

Flu vaccines may be another treatment that could elicit the abscopal effect when injected into tumors, according to findings from a recent study of miceExit Disclaimer that had melanoma tumors on opposite sides of their bodies.

Injecting a flu vaccine into one tumor not only reduced the growth of that tumor but also slowed the growth of the untreated tumor on the opposite side of the animal, researchers found.

“We saw the tumor growth slowing on both sides of the mouse almost simultaneously,” said lead investigator Andrew Zloza, M.D., Ph.D., of Rush University Medical Center, whose laboratory has investigated how infectious agents, such as HIV, alter the body’s response to cancer.

His team also injected flu vaccine into the tumors of mice with a form of breast cancer that spreads to the lungs, and the results were similar to those of the mice with melanoma.

In all of the mice, the flu vaccine drew certain immune cells that can recognize and attack cancer cells to the injected tumor. This changed the local tumor environment, setting the stage for the migration of some of these immune cells to other tumors, the researchers found.

“These immune cells can travel if there is a form of danger somewhere else,” said Dr. Zloza. “So, they can find the other tumors in the body.” More research, he noted, is needed to determine which types of immune cells were most important in the abscopal responses in the mice.

To try to improve their results, the researchers treated mice with an immune checkpoint inhibitor as well as the flu vaccine—and the strategy worked. The combination treatment yielded better responses in the mice than had occurred with the flu vaccine alone.

Flu vaccines approved by the Food and Drug Administration, which are inexpensive, readily available, and safe, could be tested in clinical trials as a potential treatment for cancer, noted Dr. Zloza, who is planning some of these trials.

“It’s time for a clinical trial,” he continued. “We need to see whether the flu vaccine can be repurposed as a cancer drug.”

Exploring Proton Radiation

The patient with sarcoma who was treated at Washington University School of Medicine and experienced the abscopal effect was among the first people to have such a response following treatment with proton radiation.

Dr. Baumann pointed out that, when it comes to triggering abscopal responses, proton radiation may have certain advantages over more conventional types of radiation, which use high-energy radiation from x-rays, gamma rays, or neutrons.

A difference between these types of radiation is that gamma and x-ray beams do not stop as they pass through the body, whereas the depth of proton therapy beams can be controlled, potentially limiting the amount of radiation that inadvertently reaches healthy tissues.

“With protons, you expose less of the body to radiation, which means you expose less of the blood and the circulating immune cells in the blood, which can kill tumor cells, to radiation,” Dr. Baumann explained.

“Immune cells are very sensitive to radiation,” he continued. “Higher exposure of immune cells to radiation can cause the immune cells to die, which may dampen the abscopal effect.”

More research, he added, is needed to explore the potential benefits of using proton radiation to treat other patients with the same type of sarcoma.

More Research and “New Rules”

Dr. Formenti noted that research is also needed to determine more effective and reproducible ways to use radiation to stimulate abscopal responses in patients with metastatic cancer.

Although many clinical trials are testing immunotherapy and radiation in patients with cancer, no large clinical trial has yet provided evidence to establish how the radiation should be delivered—and in which doses—to try to elicit the abscopal effect.

"We may have to change the way we deliver radiation to get the best results,” she said. “It may not be as simple as administering radiation the way it has generally been done.

“When it comes to the abscopal responses,” Dr. Formenti continued, “there may be some new rules we need to follow—and we are still figuring out what those rules are.”

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