Perspektivní primární lidské plicní organoidy k předpovědi léčebné odpovědi (Organoids lung)

Jednou z nejdůležitějších překážek pro dosažení trvalých odpovědí u pokročilého karcinomu plic je intra- a inter-tumorová heterogenita, společný rys lidských solidních karcinomů. Předpokládá se, že heterogenita nádoru je řízena subpopulací nádorových buněk nazývaných buňky iniciující rakovinu plic nebo kmenové buňky rakoviny plic, které odrážejí „buňku nebo původ“ a zachovávají sebeobnovení a multipotentní vlastnosti těchto buněk, ale které jsou transformovány. Technologie organoidů umožnila kultivaci normálních a transformovaných „kmenových buněk“ přímo od pacientů bez jakékoli genetické manipulace (tj. IPS). Takové normální a rakovinné organoidy si zachovávají mnoho vlastností nádorů a jsou považovány za vynikající in vitro 3D modelový systém. V laboratoři výzkumníci úspěšně vytvořili primární 2D a 3D systémy buněčné kultury včetně organoidů z proximálního bronchu pocházejících z lobektomií. Používají tyto systémy k predikci normálních tkáňových komplikací při kombinované léčbě. Bylo prokázáno, že dráhy plicních kmenových buněk, jako je signální dráha NOTCH, jsou u rakoviny plic často deregulovány a jsou spojeny s horším výsledkem. In vitro a v preklinických modelech je deregulace dráhy NOTCH spojena s rezistencí na radioterapii a chemoterapii první linie. Blokování dráhy NOTCH tedy může zlepšit odpověď na léčbu. Inhibitory kontrolních bodů změnily výsledky u pacientů s metastatickým nemalobuněčným karcinomem plic (NSCLC) v první a ve druhé linii, se zlepšeným přežitím bez progrese (PFS), celkovým přežitím (OS) a kvalitou života. Bylo trvale prokázáno, že radioterapie aktivuje klíčové prvky imunitního systému, které jsou odpovědné za odolnost vůči imunitní terapii. Radiace upreguluje molekuly MHC I. třídy, které mnoho rakovinných buněk postrádá nebo jen špatně exprimuje, antigeny asociované s nádorem, vyvolává imunogenní buněčnou smrt, aktivuje dendritické buňky, snižuje regulační T-buňky (Tregs) v nádoru, rozšiřuje repertoár T-buněk a zvyšuje přenos T-buněk, kromě mnoha dalších účinků. Radiace může zcela nebo částečně převést špatně nebo neimunogenní nádor na imunogenní. Radioterapie v kombinaci s různými formami imunitní terapie, jako je anti-PD-(L)1, anti-CTLA4, imunocytokiny, vakcinace dendritickými buňkami a agonisté Toll-like receptorů zlepšila konzistentně lokální kontrolu nádoru a velmi zajímavé je, že vedla k lepší systémové kontrole nádoru ("abskopální" efekt) a navození specifické protirakovinné imunity s paměťovým efektem. Navíc, protože PD1/PD-L1 je upregulován radiací a záření může překonat odpor k blokádě PD-(L)1, jejich kombinace je logická. Nejlepší načasování, sekvenování a dávkování všech modalit je věcí intenzivního výzkumu. Radioterapie se může stát nedílnou součástí imunitní terapie proti rakovině. Nicméně, stejně jako u všech druhů léčby, chybí optimální biomarkery pro odpověď. Umožnily by nejen selekci pacientů, ale také by poskytly náhled na mechanismy rezistence a identifikaci nových cílů nebo optimální využití současných léků a záření, jako je dávkování a sekvenování. Kromě toho jsou potřebné nejen biomarkery pro nádorovou odpověď, ale také pro vedlejší účinky, protože vedlejší účinky mohou omezovat dávku a vést k vynechání terapie u křehčích a starších pacientů. Předpokládané biomarkery pro imunitní odpověď jsou ty, které jsou spojené s imunogenní buněčnou smrtí (ICD). Organoidy jsou generovány z tkáňových biopsií a jsou souborem orgánově specifických buněčných typů, které jsou schopny se samy organizovat in vitro způsobem podobným situaci in vivo (3D). Mají schopnost usnadnit hloubkovou analýzu vlastního nádorového materiálu pacienta v okamžiku diagnózy a během progresivního/recidivujícího onemocnění. V současné době neexistuje žádný publikovaný protokol pro stanovení dlouhodobých organoidů rakoviny plic u pacientů s rakovinou plic. Taková metodika by umožnila prospektivní identifikaci „optimální léčby přizpůsobené pacientovi“ a také odvození prediktivních biomarkerů pro odpověď a relaps. Kromě organoidů mají své přednosti také xenograftové modely. V xenoimplantátech jsou lidské nádorové buňky nebo části injikovány do imunokompromitovaných myší. Zejména xenoimplantáty pocházející z čerstvého vzorku lidské rakoviny si získaly velkou pozornost pro stejný nádor jako u jednotlivého pacienta, který lze pěstovat na myších, což umožňuje studovat odpověď na terapii a mechanismy rezistence. Modely xenograftu tumoru odvozeného od pacienta (PDX) více odrážejí populaci pacientů, pokud jde o histomorfologické charakteristiky rodičovských tumorů, účinek klonální selekce a evoluce na zachování genomové integrity v PDX s nízkou pasáží ve srovnání s tkání dárce. Zatímco organoidy mohou poskytnout mnoho vhledů do molekulární biologie odpovědi na různé protirakovinné terapie, modely in vivo umožňují testování nových protirakovinných terapeutických přístupů, které berou v úvahu komplexní mikroprostředí nádoru odrážející alespoň částečně klinickou situaci. Jako klinicky reprezentativní nástroj, který nejlépe rekapituluje biologické vlastnosti příslušného typu nádoru, by modely PDX mohly sloužit jako důležitá pomůcka i v personalizovaných studiích medicíny. Nádor lze transplantovat subkutánně, ale nověji i ortotopicky (např. karcinom prsu se transplantuje do prsu myši), aby se prozkoumala interakce mezi nádorem a prostředím. V laboratoři Maastro máme zkušenosti s řadou těchto modelů, včetně modelů ortotopických nádorů plic. Pro generování PDX bude nádorový materiál odebrán z chirurgických vzorků, nakrájen na malé kousky, transplantován zvířatům s imunitním deficitem, buď subkutánně, nebo implantován přímo do plic. Nádor se střední rychlostí růstu bude sériově transplantován in vivo pro další terapeutické experimenty. Dedikovaný ozařovač pro malá zvířata v pracovně vyšetřovatelů umožňuje přesné lokální ozáření plicních nádorů s minimální radiační zátěží okolních normálních tkání. Integrovaný zobrazovací systém výpočetní tomografie s kuželovým svazkem umožňuje podélné sledování odpovědi nádoru na nové způsoby léčby.