Prospektive primäre menschliche Lungenkrebs-Organoide zur Vorhersage des Ansprechens auf die Behandlung (Organoids lung)

Eines der wichtigsten Hindernisse für das Erreichen dauerhafter Reaktionen bei fortgeschrittenem Lungenkrebs ist die Heterogenität innerhalb und zwischen den Tumoren, ein gemeinsames Merkmal solider Krebserkrankungen beim Menschen. Es wird angenommen, dass die Tumorheterogenität von einer Subpopulation von Tumorzellen angetrieben wird, die als Lungenkrebs-initiierende Zellen oder Lungenkrebs-Stammzellen bezeichnet werden, die die „Zelle oder den Ursprung“ widerspiegeln und die selbsterneuernden und multipotenten Eigenschaften dieser Zellen beibehalten, aber transformiert sind. Die Organoid-Technologie hat die Kultivierung normaler und transformierter „Stammzellen“ direkt von Patienten ohne jegliche genetische Manipulation (d. h. IPS) ermöglicht. Solche normalen und Krebs-Organoide behalten viele der Eigenschaften der Tumore bei und gelten als hervorragendes In-vitro-3D-Modellsystem. In einem Labor haben Forscher erfolgreich primäre 2D- und 3D-Zellkultursysteme etabliert, darunter Organoide aus dem proximalen Bronchus, die aus Lobektomien stammen. Sie verwenden diese Systeme, um normale Gewebekomplikationen für Kombinationsbehandlungen vorherzusagen. Es wurde gezeigt, dass Lungenstammzellwege wie der NOTCH-Signalweg bei Lungenkrebs häufig dereguliert sind und mit einem schlechteren Ausgang einhergehen. In vitro und in präklinischen Modellen ist eine Deregulierung des NOTCH-Signalwegs mit einer Resistenz gegenüber Strahlentherapie und Erstlinien-Chemotherapie verbunden. Somit kann die Blockierung des NOTCH-Signalwegs das Ansprechen auf die Behandlung verbessern. Checkpoint-Inhibitoren haben das Outcome von Patienten mit metastasiertem nicht-kleinzelligem Lungenkrebs (NSCLC) in Erst- und Zweitlinientherapie verändert, mit verbessertem progressionsfreiem Überleben (PFS), Gesamtüberleben (OS) und Lebensqualität. Es hat sich durchweg gezeigt, dass die Strahlentherapie Schlüsselelemente des Immunsystems aktiviert, die für die Resistenz gegen die Immuntherapie verantwortlich sind. Strahlung reguliert MHC-Klasse-I-Moleküle hoch, die vielen Krebszellen fehlen oder nur schwach exprimieren, Tumor-assoziierte Antigene, provoziert den immunogenen Zelltod, aktiviert dendritische Zellen, verringert regulatorische T-Zellen (Tregs) im Tumor, erweitert das T-Zell-Repertoire und erhöht neben vielen anderen Effekten den T-Zell-Verkehr. Bestrahlung kann einen schlecht oder nicht immunogenen Tumor ganz oder teilweise in immunogene umwandeln. Strahlentherapie in Kombination mit verschiedenen Formen der Immuntherapie wie Anti-PD-(L)1, Anti-CTLA4, Immunzytokine, dendritische Zellimpfung und Toll-like-Rezeptor-Agonisten verbesserten durchweg die lokale Tumorkontrolle und führten sehr interessanterweise zu einer besseren systemischen Tumorkontrolle (der "abskopale" Effekt) und die Induktion einer spezifischen Anti-Krebs-Immunität mit einem Gedächtniseffekt. Da PD1/PD-L1 durch Strahlung hochreguliert wird und Strahlung den Widerstand für eine PD-(L)1-Blockade überwinden kann, ist ihre Kombination darüber hinaus logisch. Das beste Timing, die richtige Abfolge und Dosierung aller Modalitäten ist eine Frage intensiver Forschung. Die Strahlentherapie könnte ein integraler Bestandteil der Immuntherapie gegen Krebs werden. Dennoch fehlen, wie bei allen Behandlungen, optimale Biomarker für das Ansprechen. Sie würden nicht nur die Patientenselektion ermöglichen, sondern auch Einblicke in Resistenzmechanismen und die Identifizierung neuer Ziele oder den optimalen Einsatz aktueller Medikamente und Bestrahlung, wie Dosierung und Sequenzierung, geben. Darüber hinaus werden nicht nur Biomarker für das Ansprechen des Tumors, sondern auch für Nebenwirkungen benötigt, da letztere dosislimitierend sein und bei der gebrechlicheren und älteren Patientenpopulation zum Verzicht auf eine Therapie führen können. Mutmaßliche Biomarker für die Immunantwort sind diejenigen, die mit dem immunogenen Zelltod (ICD) assoziiert sind. Organoide werden aus Gewebebiopsien generiert und sind eine Ansammlung organspezifischer Zelltypen, die in der Lage sind, sich in-vitro ähnlich wie in der in-vivo-Situation (3D) selbst zu organisieren. Sie sind in der Lage, eine gründliche Analyse des eigenen Tumormaterials des Patienten zum Zeitpunkt der Diagnose und während der fortschreitenden/rezidivierenden Erkrankung zu erleichtern. Derzeit gibt es kein veröffentlichtes Protokoll zur Etablierung langfristiger Lungenkrebs-Organoide von Lungenkrebspatienten. Eine solche Methodik würde die prospektive Identifizierung „patientenspezifischer optimaler Behandlungen“ sowie die Ableitung prädiktiver Biomarker für Ansprechen und Rückfall ermöglichen. Neben Organoiden haben auch Xenograft-Modelle noch ihre Vorzüge. Bei Xenotransplantaten werden menschliche Tumorzellen oder -stücke in immungeschwächte Mäuse injiziert. Besonders Xenotransplantate, die aus frischen menschlichen Krebsproben stammen, haben viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da derselbe Tumor wie bei einem einzelnen Patienten in Mäusen gezüchtet werden kann, was es ermöglicht, das Ansprechen auf die Therapie und die Resistenzmechanismen zu untersuchen. Von Patienten stammende Tumor-Xenograft-Modelle (PDX) spiegeln die Patientenpopulation in Bezug auf die histomorphologischen Eigenschaften der elterlichen Tumore, die Wirkung der klonalen Selektion und Evolution auf die Aufrechterhaltung der genomischen Integrität in Low-Passage-PDXs im Vergleich zum Spendergewebe besser wider. Während Organoide viele Einblicke in die Molekularbiologie der Reaktion auf verschiedene Krebstherapien geben können, ermöglichen In-vivo-Modelle das Testen neuer therapeutischer Ansätze gegen Krebs unter Berücksichtigung der komplexen Tumormikroumgebung, die zumindest teilweise die klinische Situation widerspiegelt. Als klinisch repräsentatives Werkzeug, das die biologischen Eigenschaften ihres jeweiligen Tumortyps am besten rekapituliert, könnten PDX-Modelle auch als wichtiges Hilfsmittel in Studien zur personalisierten Medizin dienen. Der Tumor kann subkutan transplantiert werden, neuerdings aber auch orthotop (z. B. wird ein Brustkrebs in die Brust einer Maus transplantiert), um die Wechselwirkung zwischen Tumor und Umwelt zu untersuchen. Im Maastro-Labor haben wir Erfahrung mit einer Vielzahl dieser Modelle, einschließlich orthotoper Lungentumormodelle. Um PDX zu erzeugen, wird Tumormaterial aus chirurgischen Proben gewonnen, in kleine Stücke geschnitten, entweder subkutan in die immungeschwächten Empfängertiere transplantiert oder direkt in die Lunge implantiert. Ein Tumor mit der mittleren Wachstumsrate wird für weitere therapeutische Experimente in vivo seriell transplantiert. Ein dedizierter Kleintierbestrahlungsgerät in der Einrichtung des Ermittlers ermöglicht eine präzise lokale Bestrahlung von Lungentumoren bei minimaler Strahlenbelastung des umgebenden normalen Gewebes. Das integrierte Kegelstrahl-Computertomographie-Bildgebungssystem ermöglicht eine Längsüberwachung der Tumorreaktion auf neuartige Behandlungen.