Prospektive primære humane lungekræftorganoider til at forudsige behandlingsrespons (Organoids lung)

En af de vigtigste barrierer for at opnå varige reaktioner ved fremskreden lungekræft er intra- og intertumorheterogenitet, et fælles træk ved solide kræftformer hos mennesker. Tumorheterogenitet menes at være drevet af en underpopulation af tumorceller kaldet lungekræft-initierende celler eller lungekræftstamceller, der afspejler "cellen eller oprindelsen" og opretholder selvfornyende og multipotente egenskaber af disse celler, men som er transformeret. Organoid teknologi har muliggjort dyrkning af normale og transformerede "stamceller" direkte fra patienter uden nogen genetisk manipulation (dvs. IPS). Sådanne normale organoider og cancerorganoider opretholder mange af tumorernes egenskaber og menes at være et fremragende in vitro 3D-modelsystem. I et laboratorium har efterforskere med succes etableret primære 2D- og 3D-cellekultursystemer, herunder organoider fra den proksimale bronchus, der kommer fra lobectomier. De bruger disse systemer til at forudsige normal vævskomplikation til kombinationsbehandlinger. Det er blevet påvist, at lungestamcelleveje såsom NOTCH-signalvejen ofte er dereguleret i lungekræft og er forbundet med et værre resultat. In vitro og i prækliniske modeller er deregulering af NOTCH-vejen forbundet med resistens over for strålebehandling og førstelinje-kemoterapi. Blokering af NOTCH-vejen kan således forbedre behandlingsresponsen. Checkpoint-hæmmere har ændret resultatet af patienter med metastatisk ikke-småcellet lungecancer (NSCLC) i første og anden linje med forbedret progressionsfri overlevelse (PFS), samlet overlevelse (OS) og livskvalitet. Strålebehandling har konsekvent vist sig at aktivere nøgleelementer i immunsystemet, der er ansvarlige for modstand mod immunterapi. Stråling opregulerer MHC-klasse I molekyler, som mange cancerceller mangler eller kun dårligt udtrykker, tumorassocierede antigener, fremkalder immunogen celledød, aktiverer dendritiske celler, reducerer regulatoriske T-celler (Tregs) i tumoren, udvider T-celle repertoiret og øger handel med T-celler, blandt mange andre effekter. Stråling kan omdanne en helt eller delvist dårligt eller ikke-immunogen tumor immunogen. Strålebehandling i kombination med forskellige former for immunterapi såsom anti-PD-(L)1, anti-CTLA4, immuncytokiner, dendritisk cellevaccination og Toll-lignende receptoragonister forbedrede konsekvent lokal tumorkontrol og meget interessant nok førte til bedre systemisk tumorkontrol (den "abskopale" effekt) og induktion af specifik anti-cancer immunitet med en hukommelseseffekt. Da PD1/PD-L1 er opreguleret af stråling, og stråling kan overvinde modstand for PD-(L)1-blokering, er deres kombination logisk. Den bedste timing, sekventering og dosering af alle modaliteter er et spørgsmål om intens forskning. Strålebehandling kan meget vel blive en integreret del af immunterapi mod kræft. Ikke desto mindre mangler der, som med alle behandlinger, optimale biomarkører for respons. De ville ikke kun tillade patientudvælgelse, men ville også give indsigt i resistensmekanismer og identifikation af nye mål eller optimal brug af nuværende medicin og stråling, såsom dosering og sekventering. Desuden er der ikke kun brug for biomarkører for tumorrespons, men også for bivirkninger, for sidstnævnte kan være dosisbegrænsende og resultere i udeladelse af terapi i den mere skrøbelige og ældre patientpopulation. Formodede biomarkører for immunrespons er dem, der er forbundet med immunogen celledød (ICD). Organoider genereres fra vævsbiopsier og er en samling af organspecifikke celletyper, der er i stand til at selvorganisere in vitro på en måde, der ligner in vivo-situationen (3D). De har evnen til at lette dybdegående analyse af patientens eget tumormateriale på tidspunktet for diagnosen og under progressiv/tilbagevendende sygdom. Der er i øjeblikket ingen offentliggjort protokol til at etablere langsigtede lungekræftorganoider fra lungekræftpatienter. En sådan metodologi ville muliggøre prospektiv identifikation af "patienttilpassede optimale behandlinger" såvel som udledning af forudsigelige biomarkører for respons og tilbagefald. Bortset fra organoider har xenograft-modeller også stadig deres fordele. I xenotransplantater injiceres humane tumorceller eller stykker i immunkompromitterede mus. Især xenotransplantater afledt af friske humane cancerprøver har fået stor opmærksomhed for den samme tumor, som hos en individuel patient kan dyrkes i en mus, hvilket gør det muligt at studere responsen på terapi og resistensmekanismerne. Patient-afledte tumor xenograft-modeller (PDX) afspejler mere patientpopulationen med hensyn til forældretumorernes histomorfologiske karakteristika, effekten af ​​klonal selektion og evolution på opretholdelse af genomisk integritet i lavpassage PDX'er sammenlignet med donorvævet. Mens organoider kan give mange indsigter i molekylærbiologien af ​​responsen på forskellige anti-cancer-terapier, tillader in vivo-modeller afprøvning af nye anti-cancer-terapeutiske tilgange, der tager komplekse tumormikromiljøer i betragtning, som afspejler i det mindste delvist klinisk situation. Som et klinisk repræsentativt værktøj, der bedst rekapitulerer de biologiske egenskaber af deres respektive tumortype, kunne PDX-modeller også tjene som en vigtig hjælp i personaliserede medicinstudier. Tumoren kan transplanteres subkutant, men på det seneste også ortotopisk (f.eks. transplanteres en brystkræft i brystet på en mus) for at undersøge interaktionen mellem tumoren og miljøet. I Maastro lab har vi erfaring med en række af disse modeller, herunder ortotopiske lungetumormodeller. For at generere PDX vil tumormateriale blive hentet fra kirurgiske prøver, skåret i små stykker, transplanteret i modtagerens immundefekte dyr enten subkutant eller implanteret direkte i lungen. En tumor med den gennemsnitlige væksthastighed vil blive serielt transplanteret in vivo til yderligere terapeutiske eksperimenter. Dedikeret bestråler til små dyr i efterforskernes facilitet muliggør præcis lokal bestråling af lungetumorer med minimal strålingseksponering af det omgivende normale væv. Integreret keglestrålecomputertomografi-billeddannelsessystem muliggør langsgående overvågning af tumorrespons på nye behandlinger.