Hodnocení účinnosti neoadjuvantních chemoterapeutických léků na základě organoidní technologie

1. Výzkumné pozadí (Stanovení racionálního základu a významu této studie kombinací domácího a mezinárodního stavu výzkumu)

   Rakovina močového měchýře je maligní nádor pocházející z urotelu močového měchýře a v Číně zaujímá první místo v incidenci mezi urogenitálními nádory. Mezi nimi je uroteliální karcinom nejčastější a tvoří více než 90 % případů rakoviny močového měchýře [1]. Na základě hloubky invaze nádoru a prognostických charakteristik se rakovina močového měchýře klinicky klasifikuje na nemuscle-invasive bladder cancer (NMIBC) a muscle-invasive bladder cancer (MIBC). MIBC tvoří přibližně 20 % nově diagnostikovaných případů rakoviny močového měchýře [2-3], ale její prognóza je výrazně horší než u NMIBC, s 5letou celkovou přežitelností (OS) přibližně 60 % -70 % [4-5].

   U pacientů s onemocněním stadia T2~T4a bez vzdálených metastáz je obvykle primární léčbou radikální cystektomie (RC). Nicméně, i přes podstoupení RC a disekci pánevních lymfatických uzlin, asi 50 % pacientů nakonec zažije progresi nádoru kvůli diseminovaným metastázám [2-3]. Proto kombinace systémové terapie s chirurgií hraje klíčovou roli při snižování míry progrese nádoru. Neoadjuvantní chemoterapie (NAC) založená na cisplatíně byla poprvé hodnocena jako potenciální léčebná strategie pro MIBC v 80. letech 20. století a prokázala slibnou účinnost [6]. Následné studie spojily downstaging MIBC vyvolaný NAC se zlepšenými mírami přežití [7-8]. Studie BA06 30894 je dosud největší studií NAC u rakoviny močového měchýře. V této studii 976 pacientů dostalo buď neoadjuvantní cisplatínu, metotrexát a vinblastin (CMV), nebo žádnou NAC před RC a/nebo radioterapií. Při mediánu sledování 8 let zvýšilo použití neoadjuvantního CMV 10letou míru přežití z 30 % na 36 % (HR, 0,84; 95% CI, 0,72-0,99; P = 0,037) [9-10]. Pro pacienty s rakovinou močového měchýře může NAC maximálně eradikovat nádorové buňky, snížit objem nádoru, snížit klinické stadium, čímž zvýší šanci na kompletní chirurgickou resekci, a zabránit potenciální diseminaci nádoru způsobené chirurgickým zákrokem. V důsledku toho se NAC založená na cisplatíně stala standardní léčbou pro způsobilé pacienty s MIBC podle většiny mezinárodních směrnic [11]. V současné době běžně používané neoadjuvantní chemoterapeutické látky zahrnují [12]: cisplatínu, gemcitabin, metotrexát, vinblastin, doxorubicin... Nicméně, právě kvůli rozmanitosti léků NAC a rozdílným způsobům podávání se výběr chemoterapeutických režimů často spoléhá na klinickou zkušenost lékařů nebo specifické výzkumné poznatky, chybí jednotný standard a je charakterizován slepostí, empirismem a náhodností. Navíc někteří pacienti vykazují vnitřní rezistenci vůči určitým chemoterapeutickým látkám. V době, kdy klinické hodnocení potvrdí necitlivost pacienta na aplikovaný lék, již došlo k závažným toxickým vedlejším účinkům, potenciálně dokonce vedoucím k mnohočetné rezistenci (MDR), čímž je pacientovi odepřena příležitost vybrat si alternativní léčbu. Proto, jak vyhodnotit odpověď na NAC, vyhnout se primárně rezistentním lékům a přímo vybrat vysoce citlivé látky k dosažení individualizované chemoterapie se stalo horkým tématem ve výzkumu NAC.

   Realizace přesné léčby rakoviny do značné míry závisí na testování citlivosti na léky. Přesnými a individualizovanými testy screeningu chemoterapeutických léků lze pro každého pacienta před začátkem léčby určit nejúčinnější a nejméně toxický léčebný plán. Navržení chemoterapeutického režimu šitého na míru individuálnímu pacientovi představuje nový výzkumný směr pro dosažení přesné léčby rakoviny močového měchýře a zlepšení míry odpovědi na chemoterapii. Dříve byly běžněji používanými preklinickými modely tradiční nádorové buněčné linie a modely pacientem odvozených xenograftů (PDX). Zatímco kultivace nádorových buněčných linií je jednoduchá, nestačí k simulaci růstového stavu nádorových buněk v těle pacienta a léky vybrané tímto systémem mají nízkou klinickou aplikační hodnotu. Ačkoli modely PDX mohou simulovat charakteristiky nádoru in vivo a zachovat mikroprostředí nádoru, mají významná omezení, jako jsou relativně nízké stabilní míry uchycení, dlouhé cykly modelování a hodnocení (šest měsíců až jeden rok), jsou časově a pracovně náročné, což ztěžuje jejich generování a použití pro vysokokapacitní screening léků [13-16]. Proto, aby bylo možné vyvinout personalizovanější léčebné a preventivní strategie šité na míru jedinečným genetickým, environmentálním a životním charakteristikám jednotlivce, minimalizovat rizika a optimalizovat výsledky lékařských zásahů, je nezbytné vyvinout modely testování citlivosti na léky, které mohou simulovat heterogenitu a složitost rakoviny močového měchýře.

   Organoidy, konkrétně pacientem odvozené organoidy (PDOs), jsou trojrozměrné organotypické struktury vytvořené samoskládáním kmenových buněk in vitro. Mohou se diferencovat na více orgánově specifických typů buněk a vykazovat interakce buňka-buňka, interakce buňka-extracelulární matrix a prostorovou organizaci, čímž rekapitulují některé klíčové funkce a struktury skutečných lidských orgánů in vitro, přičemž si zachovávají stabilní fenotypické a genetické charakteristiky. Ve srovnání s dvourozměrnými nádorovými buněčnými liniemi a modely PDX lze nádorové organoidy přímo kultivovat z vlastní tkáně pacienta. Tyto organoidy mohou efektivně replikovat klíčové vlastnosti primárního nádoru, zachovat patologickou morfologii a biologické mechanismy tkáně pacienta, zachovat heterogenitu nádoru a autentičtější mikroprostředí nádoru a mají výhodu krátkého růstového cyklu [17]. To usnadňuje jejich použití pro testování citlivosti na chemoterapeutické léky, molekulárně cílené látky, protinádorové protilátky atd. u klinických onkologických pacientů, předpovídání odpovědi pacienta na léky a má potenciál pomáhat při klinickém rozhodování o léčbě.

   V roce 2018 studie publikovaná v Science informovala o použití organoidů metastatického gastrointestinálního karcinomu pro testování citlivosti na léky [18]. Tato studie porovnala a analyzovala rozdíly v citlivosti na řadu cílených a chemoterapeutických léků mezi 21 klinickými pacienty a jejich odpovídajícími PDOs, prokázala silnou konzistenci mezi oběma. Ve srovnání se skutečnými terapeutickými výsledky pacientů byly predikce PDO robustní (senzitivita 100 %, specificita 93 %, pozitivní prediktivní hodnota 88 % a negativní prediktivní hodnota 100 %). V roce 2020 Yao Y a kol. [19] využili bioptické tkáně od 112 pacientů s lokálně pokročilým kolorektálním karcinomem ke konstrukci 96 organoidů kolorektálního karcinomu. Z nich bylo 80 vybráno k testování jejich odpovědi na chemoradioterapii a výsledky ukázaly, že citlivost organoidů kolorektálního karcinomu na chemoradioterapii byla vysoce konzistentní s klinickými odpověďmi pacientů (senzitivita 78 %, specificita 92 %, přesnost 84 %). Následně byla konzistence mezi odpovědí PDO na léky a klinickou odpovědí pacienta pozorována také u karcinomu žaludku, karcinomu prsu a dalších nádorů. Yan HHN a kol. [20] založili biobanku organoidů karcinomu žaludku pomocí nádorových tkání, přilehlých normálních tkání a vzorků metastáz lymfatických uzlin od 34 pacientů s karcinomem žaludku. Mezi nimi dva případy vyvinuly metastázy a dostaly pooperační kombinovanou terapii cisplatínou a 5-FU, oba vykazovaly dobrou odpověď. Další případ dostal preoperativní chemoterapii a nevykazoval odpověď na pooperační kapacitabin. Zkoumání citlivosti PDO od těchto tří případů na odpovídající sloučeniny odhalilo, že citlivost PDO na léky byla zcela konzistentní s klinickými odpověďmi příslušných pacientů. Guillen KP a kol. [21] generovali modely PDX a PDO z nádorových vzorků pacientek s karcinomem prsu s rezistencí na endokrinní terapii, recidivou a metastázami a provedli histomorfologické, genomické a analýzy citlivosti na léky na těchto vzorcích. Výsledky naznačily, že modely PDX i PDO karcinomu prsu vysoce rekapitulují tkáňovou biologii a genomiku jejich zdrojových nádorů a jejich odpovědi na protinádorové léky byly konzistentní. V této studii pacientka s tripple-negativním karcinomem prsu stadia IIA vyvinula jaterní metastázy přibližně jeden rok po podstoupení preoperativní chemoterapie a chirurgie. Výzkumníci provedli in vitro a in vivo testy citlivosti na léky na konstruovaných modelech PDO a PDX a zjistili, že inhibitor mikrotubulů eribulin měl nejlepší terapeutický účinek. Na základě tohoto zjištění byla pacientka vedena k léčbě eribulinem, což vedlo k kompletní remisi jaterních metastáz trvající téměř 5 měsíců. Tyto studie poskytují předběžný důkaz pro potenciál PDO vést klinické užívání léků pro onkologické pacienty. Další výzkum ukázal, že porovnáním rozdílů v odpovědi na léky mezi normálními organoidy a PDO lze identifikovat vysoce selektivní léky, což může pomoci snížit toxické vedlejší účinky u klinických pacientů. Provádění testování citlivosti na léky prostřednictvím PDO k objevení nejvhodnějšího léčebného plánu léky tedy pomůže zlepšit klinickou účinnost pro onkologické pacienty, snížit toxické vedlejší účinky, riziko rezistence na léky a pravděpodobnost progrese nádoru, maximalizovat prospěch pacienta.

   Proto využití pacientem odvozených modelů organoidů rakoviny močového měchýře k provedení testování citlivosti na neoadjuvantní chemoterapeutické léky pro muscle-invasive bladder cancer, zavedení standardizovaného systému testování citlivosti organoidů rakoviny močového měchýře na léky a formulace screeningových kritérií pro testování citlivosti organoidů rakoviny močového měchýře na léky umožní výběr optimálních neoadjuvantních kombinovaných lékových režimů. Tento přístup může pomoci vyvinout nové individualizované léčebné plány pro klinické použití a podstoupit multicentrické klinické ověření, čímž nakonec dosáhnout skutečného „testování léků na avatarech“.

2. Výzkumné otázky a cíle (Vysvětlení vědeckých otázek a výzkumných cílů)

Výzkumná otázka: Tato studie používá design klinické kontrolované studie k porovnání jednoleté, tříleté a pětileté celkové míry přežití mezi skupinou pacientů dostávajících intervence vedené testováním citlivosti organoidů na léky a skupinou pacientů dostávajících tradiční empirickou léčbu. K porovnání rozdílů v celkovém přežití mezi oběma skupinami bude použit univariátní Kaplan-Meier analýza přežití. Studie si klade za cíl vyhodnotit aplikační hodnotu experimentů s citlivostí nádorových organoidů na léky při vedení neoadjuvantní chemoterapie pro rakovinu močového měchýře.

Výzkumný cíl: Pozorováním klinické účinnosti neoadjuvantní chemoterapie vedené metodou testování citlivosti nádorových organoidů na léky u pacientů s rakovinou močového měchýře si tato studie klade za cíl vyhodnotit aplikační hodnotu experimentů s citlivostí nádorových organoidů na léky při vedení individualizované neoadjuvantní chemoterapie pro rakovinu močového měchýře.