Evaluering af effektiviteten af neoadjuvant kemoterapi-lægemidler baseret på organoidteknologi

1. Forskningsbaggrund (Angivelse af rationalet og betydningen af denne undersøgelse ved at kombinere indenlandske og internationale forskningsstatus)

   Blærekræft er en ondartet svulst, der stammer fra urotheliet i blæren og rangerer først i incidens blandt urogenitale svulster i Kina. Blandt disse er urothelialcarcinom det mest almindelige og udgør over 90% af blærekræfttilfældene [1]. Baseret på dybden af tumorinvasion og prognostiske karakteristika klassificeres blærekræft klinisk i ikke-muskelinvasiv blærekræft (NMIBC) og muskelinvasiv blærekræft (MIBC). MIBC udgør cirka 20% af nydiagnosticerede blærekræfttilfælde [2-3], men dens prognose er betydeligt dårligere end NMIBC, med en 5-års overlevelsesrate (OS) på omkring 60%-70% [4-5].

   For patienter med T2~T4a-stadiesygdom uden fjernmetastase er radikal cystektomi (RC) typisk den primære behandling. Men på trods af at gennemgå RC og bekkenlymfeknudedissektion oplever omkring 50% af patienterne i sidste ende tumorprogression på grund af dissemineret metastase [2-3]. Derfor spiller kombinationen af systemisk terapi med kirurgi en afgørende rolle i at reducere tumorprogressionsrater. Cisplatin-baseret neo-adjuvant kemoterapi (NAC) blev først evalueret som en potentiel behandlingsstrategi for MIBC i 1980'erne og viste lovende effektivitet [6]. Efterfølgende undersøgelser har forbundet NAC-induceret nedstaging af MIBC med forbedrede overlevelsesrater [7-8]. BA06 30894-forsøget er det største NAC-studie i blærekræft til dato. I dette forsøg modtog 976 patienter enten neo-adjuvant cisplatin, methotrexat og vinblastin (CMV) eller ingen NAC før RC og/eller stråleterapi. Med en median opfølgning på 8 år øgede brugen af neo-adjuvant CMV 10-års overlevelsesraten fra 30% til 36% (HR, 0,84; 95% CI, 0,72-0,99; P = .037) [9-10]. For blærekræftpatienter kan NAC maksimalt udrydde tumorceller, reducere tumorvolumen, sænke klinisk stadium, hvilket øger chancen for fuldstændig kirurgisk resektion, og forhindre potentiel tumordisseminering forårsaget af kirurgisk manipulation. Følgelig er cisplatin-baseret NAC blevet standardbehandlingen for kvalificerede MIBC-patienter ifølge de fleste internationale retningslinjer [11]. I øjeblikket omfatter almindeligt anvendte neo-adjuvante kemoterapimidler [12]: cisplatin, gemcitabin, methotrexat, vinblastin, doxorubicin... Men netop på grund af varieretheden af NAC-lægemidler og forskellige administrationsmetoder er valget af kemoterapiregimer ofte afhængig af lægers kliniske erfaring eller specifikke forskningsresultater, mangler en ensartet standard og er karakteriseret ved blindhed, erfaring og tilfældighed. Yderligere udviser nogle patienter iboende resistens mod visse kemoterapeutiske midler. Ved den tid, hvor klinisk vurdering bekræfter en patients ufølsomhed over for det anvendte lægemiddel, har alvorlige toksiske bivirkninger allerede opstået, potentielt endda førende til multi-lægemiddelresistens (MDR), hvilket berøver patienten muligheden for at vælge alternative behandlinger. Derfor er, hvordan man evaluerer NAC-respons, undgår primært resistente lægemidler og direkte vælger højtfølsomme midler for at opnå individuel kemoterapi, blevet et fokuspunkt i NAC-forskning.

   Realisationen af præcis kræftbehandling afhænger i høj grad af lægemiddelfølsomhedstest. Gennem præcis og individuel kemoterapilægemiddelscreeningtest kan den mest effektive og mindst toksiske behandlingsplan bestemmes for hver patient, før behandlingen begynder. At foreslå et kemoterapiregime skræddersyet til den enkelte patient repræsenterer en ny forskningsretning for at opnå præcisionsbehandling i blærekræft og forbedre kemoterapiresponsrater. Tidligere var de mere almindeligt anvendte prækliniske modeller traditionelle tumorcellinjer og patient-afledte xenograft (PDX) modeller. Mens tumorcellinjekultur er enkel, er den utilstrækkelig til at simulere væksttilstanden af tumorceller i patientens krop, og lægemidlerne screenet af dette system har lav klinisk anvendelsesværdi. Selvom PDX-modeller kan simulere in vivo tumorkarakteristika og bevare tumormikromiljøet, har de betydelige begrænsninger, såsom relativt lave stabile implantationsrater, lange modellerings- og evalueringscyklusser (seks måneder til et år), tidskrævende og arbejdskrævende, hvilket gør dem svære at generere og bruge til højgennemløbs lægemiddelscreening [13-16]. Derfor, for at udvikle mere personlig behandling og forebyggelsesstrategier skræddersyet til en persons unikke genetiske, miljømæssige og livsstilsmæssige karakteristika, minimere risici og optimere medicinske interventionsresultater, er det afgørende at udvikle lægemiddelfølsomhedstestmodeller, der kan simulere heterogeniteten og kompleksiteten af blærekræft.

   Organoider, specifikt Patient-afledte Organoider (PDOs), er tredimensionelle organotypiske strukturer dannet gennem selvsamling af stamceller in vitro. De kan differentiere til flere organspecifikke celletyper og udvise celle-celle-interaktioner, celle-ekstracellulær matrix-interaktioner og rumlig organisering, og dermed genskabe nogle nøglefunktioner og strukturer af rigtige menneskelige organer in vitro, samtidig med at de opretholder stabile fænotypiske og genetiske karakteristika. Sammenlignet med todimensionelle tumorcellinjer og PDX-modeller kan tumororganoider direkte dyrkes fra en patients eget væv. Disse organoider kan effektivt replikere nøgleegenskaber af den primære tumor, bevare den patologiske morfologi og biologiske mekanismer af patientens væv, bevare tumorheterogenitet og et mere autentisk tumormikromiljø, og har fordelen af en kort vækstcyklus [17]. Dette letter deres brug til følsomhedstest af kemoterapilægemidler, molekylært målrettede midler, anti-tumor-antistoffer osv. i kliniske kræftpatienter, forudsige patientrespons på lægemidler og har potentiale for at assistere klinisk behandlingsbeslutningstagning.

   I 2018 rapporterede en undersøgelse offentliggjort i Science brugen af metastatiske gastrointestinale kræftorganoider til lægemiddelfølsomhedstest [18]. Denne undersøgelse sammenlignede og analyserede forskellene i følsomhed over for en række målrettede og kemoterapeutiske lægemidler mellem 21 kliniske patienter og deres tilsvarende PDOs, og demonstrerede stærk konsistens mellem de to. Sammenlignet med patienternes faktiske terapeutiske resultater var PDO-forudsigelserne robuste (følsomhed 100%, specificitet 93%, positiv prædiktiv værdi 88% og negativ prædiktiv værdi 100%). I 2020 brugte Yao Y et al. [19] biopsivæv fra 112 patienter med lokal fremskreden endetarmskræft til at konstruere 96 endetarmskræftorganoider. Firs af disse blev udvalgt til at teste deres respons på kemoradioterapi, og resultaterne viste, at følsomheden af endetarmskræftorganoider over for kemoradioterapi var højt konsistent med patienternes kliniske responser (følsomhed 78%, specificitet 92%, nøjagtighed 84%). Efterfølgende er konsistens mellem PDO-lægemiddelrespons og patientklinisk respons også observeret i mavekræft, brystkræft og andre tumorer. Yan HHN et al. [20] etablerede en mavekræftorganoidbiobank ved hjælp af tumorvæv, tilstødende normalt væv og lymfeknudemetastaseprøver fra 34 mavekræftpatienter. Blandt disse udviklede to tilfælde metastase og modtog postoperativ kombinationsbehandling med cisplatin og 5-FU, begge viste gode responser. Et andet tilfælde modtog præoperativ kemoterapi og viste ingen respons på postoperativ capecitabin. Undersøgelse af følsomheden af PDO'er fra disse tre tilfælde over for de tilsvarende forbindelser afslørede, at lægemiddelfølsomheden af PDO'erne var fuldstændig konsistent med de respektive patienters kliniske responser. Guillen KP et al. [21] genererede PDX- og PDO-modeller fra tumorprøver af brystkræftpatienter med endokrin terapiresistens, recidiv og metastase, og udførte histomorfologiske, genomiske og lægemiddelfølsomhedsanalyser på disse prøver. Resultaterne indikerede, at både brystkræft PDX- og PDO-modeller højt genskabte vævsbiologien og genomikken af deres kildetumor, og deres responser på anti-tumorlægemidler var konsistente. I denne undersøgelse udviklede en patient med stadium IIA trippel-negativ brystkræft levermetastase cirka et år efter at have gennemgået præoperativ kemoterapi og kirurgi. Forskerne udførte in vitro og in vivo lægemiddelfølsomhedstest på de konstruerede PDO- og PDX-modeller og fandt, at mikrotubuli-inhibitoren eribulin havde den bedste terapeutiske effekt. Baseret på dette fund blev patienten vejledt til at modtage eribulinbehandling, hvilket resulterede i komplet remission af levermetastasen, der varede næsten 5 måneder. Disse undersøgelser giver foreløbigt bevis for potentialet af PDO'er til at guide klinisk lægemiddelbrug for kræftpatienter. Yderligere forskning har vist, at ved at sammenligne lægemiddelresponsforskellene mellem normale organoider og PDO'er kan højt selektive lægemidler identificeres, hvilket kan hjælpe med at reducere toksiske bivirkninger i kliniske patienter. Således vil udførelse af lægemiddelfølsomhedstest via PDO'er for at opdage den mest passende lægemiddelbehandlingsplan hjælpe med at forbedre klinisk effektivitet for kræftpatienter, reducere toksiske bivirkninger, risikoen for lægemiddelresistens og sandsynligheden for tumorprogression, maksimere patientfordel.

   Derfor, ved at udnytte patient-afledte blærekræftorganoidmodeller til at udføre neo-adjuvant kemoterapilægemiddelfølsomhedstest for muskelinvasiv blærekræft, etablere et standardiseret blærekræftorganoidlægemiddelfølsomhedstestsystem og formulere screeningskriterier for blærekræftorganoidlægemiddelfølsomhedstest, vil det være muligt at vælge optimale neo-adjuvante lægemiddelkombinationsregimer. Denne tilgang kan assistere i at udvikle nye individuelle behandlingsplaner til klinisk anvendelse og gennemgå multicenterklinisk validering, i sidste ende opnå sand "avatar-lægemiddeltest."

2. Forskningsspørgsmål og mål (Belysning af de videnskabelige spørgsmål og forskningsmål)

Forskningsspørgsmål: Denne undersøgelse anvender et klinisk kontrolleret forsøgsdesign til at sammenligne de etårige, treårige og femårige overlevelsesrater mellem en patientgruppe, der modtager interventioner vejledt af organoidlægemiddelfølsomhedstest, og en patientgruppe, der modtager traditionel empirisk behandling. Univariat Kaplan-Meier-overlevelsesanalyse vil blive brugt til at sammenligne forskellene i samlet overlevelse mellem de to grupper. Undersøgelsen sigter mod at evaluere anvendelsesværdien af tumororganoidlægemiddelfølsomhedseksperimenter i at guide neo-adjuvant kemoterapi for blærekræft.

Forskningsmål: Ved at observere den kliniske effektivitet af neo-adjuvant kemoterapi vejledt af tumororganoidlægemiddelfølsomhedsmetoden i blærekræftpatienter, sigter denne undersøgelse mod at evaluere anvendelsesværdien af tumororganoidlægemiddelfølsomhedseksperimenter i at guide individuel neo-adjuvant kemoterapi for blærekræft.