Evaluierung der Wirksamkeit postoperativer adjuvanter Chemotherapie bei Blasenkrebs basierend auf Organoid-Technologie.

1. Forschungsgrundlage (Darstellung der Rationalität und Bedeutung dieser Studie basierend auf aktueller nationaler und internationaler Forschung)

   Blasenkrebs ist ein bösartiger Tumor, der vom Blasenübergangsepithel ausgeht und in China die höchste Inzidenzrate unter urogenitalen Tumoren aufweist. Davon ist das Urothelkarzinom am häufigsten und macht über 90 % der Blasenkrebsfälle aus [1]. Klinisch wird Blasenkrebs basierend auf der Tiefe der Tumoreindringung in die Blasenwand und den prognostischen Merkmalen in nicht-muskelinvasiven Blasenkrebs (NMIBC) und muskelinvasiven Blasenkrebs (MIBC) eingeteilt. MIBC macht etwa 20 % der neu diagnostizierten Blasenkrebsfälle aus [2-3], aber seine Prognose ist deutlich schlechter als die von NMIBC, mit einer 5-Jahres-Gesamtüberlebensrate (OS) von etwa 60 %–70 % [4-5].

   Für Patienten mit T2–T4a-Stadien ohne Fernmetastasen ist die radikale Zystektomie (RC) in der Regel die Standardbehandlung [2-3]. Bei Hochrisikopatienten mit pT3–pT4-Erkrankung und/oder pN+ M0-Status beträgt die 5-Jahres-Überlebensrate nach RC jedoch nur 25–35 % [2, 6-8]. Daher spielt die Kombination von systemischer Therapie mit Chirurgie eine entscheidende Rolle bei der Verringerung der Tumorprogressionsraten. Mehrere retrospektive Studien haben gezeigt, dass adjuvante Chemotherapie nach RC das Rezidiv verzögern und das Gesamtüberleben verbessern kann, was einen klinischen Nutzen bietet. Skinner et al. [9] berichteten über die erste randomisierte Studie, die Vorteile für die adjuvante Chemotherapiegruppe hinsichtlich des krankheitsfreien Überlebens (DFS) (51 % vs. 34 %) und des Gesamtüberlebens (44 % vs. 39 %, n.s.) nach 5 Jahren zeigte. Eine weitere prospektive randomisierte Studie von Freiha et al. untersuchte den Nutzen einer adjuvanten CMV-Chemotherapie nach RC bei 50 Patienten mit pT3b–T4, N0/+, M0-Erkrankung [10]. Folglich empfehlen Leitlinien eine adjuvante Chemotherapie für Hochrisikopatienten mit pT3–pT4-Erkrankung oder Lymphknotenmetastasen [11]. Derzeit umfassen häufig verwendete adjuvante Chemotherapeutika bei Blasenkrebs: Cisplatin, Gemcitabin, Methotrexat, Vinblastin, Doxorubicin, Paclitaxel... Allerdings führen die Vielfalt der Chemotherapeutika und unterschiedliche Verabreichungsmethoden dazu, dass die Auswahl des Behandlungsschemas oft auf der klinischen Erfahrung der Ärzte oder spezifischen Forschungsergebnissen basiert, was an einem einheitlichen Standard mangelt und durch Empirie und Zufälligkeit gekennzeichnet ist. Darüber hinaus zeigen einige Patienten eine intrinsische Resistenz gegenüber bestimmten Chemotherapeutika. Bis zur klinischen Bewertung, die die Unempfindlichkeit eines Patienten gegenüber dem angewendeten Medikament bestätigt, sind oft bereits schwere toxische Nebenwirkungen aufgetreten, die möglicherweise sogar zu Multidrug-Resistenz (MDR) führen, wodurch dem Patienten die Möglichkeit genommen wird, alternative Behandlungen zu wählen. Daher ist die Frage, wie die Chemotherapiereaktion bewertet, primär resistente Medikamente vermieden und direkt hochsensitive Wirkstoffe ausgewählt werden können, um eine individualisierte Chemotherapie zu erreichen, zu einem Forschungsschwerpunkt geworden.

   Die Umsetzung einer präzisen Krebstherapie hängt stark von Arzneimittelempfindlichkeitstests ab. Durch präzise und individualisierte Chemotherapeutika-Screening-Experimente kann das wirksamste und am wenigsten toxische Behandlungsschema für jeden Patienten vor Therapiebeginn identifiziert werden. Die Entwicklung patientspezifischer Chemotherapiepläne stellt eine neue Forschungsrichtung dar, um eine Präzisionsbehandlung bei Blasenkrebs zu erreichen und die Chemotherapiewirksamkeit zu verbessern. Zuvor waren die häufiger verwendeten präklinischen Modelle traditionelle Tumorzelllinien und patientenabgeleitete Xenograft-Modelle (PDX). Die Kultivierung von Tumorzelllinien ist einfach, reicht jedoch nicht aus, um den Wachstumszustand von Tumorzellen im Körper des Patienten zu simulieren, und Medikamente, die mit diesem System gescreent werden, haben einen geringen klinischen Anwendungswert. Obwohl PDX-Modelle in vivo Tumorcharakteristiken simulieren und die Tumor-Mikroumgebung bewahren können, haben sie erhebliche Einschränkungen, wie relativ niedrige stabile Transplantationsraten, lange Modellierungs- und Bewertungszyklen (sechs Monate bis ein Jahr), sind zeit- und arbeitsintensiv, was ihre Erzeugung und Nutzung für Hochdurchsatz-Arzneimittelscreening erschwert [12-15]. Daher ist es zwingend erforderlich, Arzneimittelempfindlichkeitstestmodelle zu entwickeln, die die Heterogenität und Komplexität von Blasenkrebs simulieren können, um personalisiertere Behandlungs- und Präventionsstrategien zu entwickeln, die auf die einzigartigen genetischen, umweltbedingten und lebensstilbezogenen Merkmale eines Individuums zugeschnitten sind, Risiken zu minimieren und medizinische Interventionsergebnisse zu optimieren.

   Organoide, insbesondere patientenabgeleitete Organoide (PDOs), sind dreidimensionale organotypische Strukturen, die durch die Selbstorganisation von Stammzellen in vitro gebildet werden. Sie können sich in mehrere organspezifische Zelltypen differenzieren und zeigen Zell-Zell-Interaktionen, Zell-Extrazellulärmatrix-Interaktionen und räumliche Organisation, wodurch sie Schlüsselfunktionen und -strukturen echter menschlicher Organe in vitro nachbilden und dabei stabile phänotypische und genetische Eigenschaften beibehalten. Im Vergleich zu zweidimensionalen Tumorzelllinien und PDX-Modellen können Tumororganoide direkt aus dem eigenen Gewebe eines Patienten kultiviert werden. Diese Organoide können Schlüsseleigenschaften des Primärtumors effektiv replizieren, die pathologische Morphologie und biologischen Mechanismen des Patientengewebes bewahren, Tumorheterogenität und eine authentischere Tumor-Mikroumgebung erhalten und haben den Vorteil eines kurzen Wachstumszyklus [16]. Dies erleichtert ihre Verwendung für Empfindlichkeitstests von Chemotherapeutika, molekularzielgerichteten Wirkstoffen, Antitumor-Antikörpern usw. bei klinischen Krebspatienten, um das Ansprechen der Patienten auf Medikamente vorherzusagen, und birgt Potenzial zur Unterstützung klinischer Behandlungsentscheidungen.

   Im Jahr 2018 berichtete eine in Science veröffentlichte Studie über die Verwendung von metastasierenden gastrointestinalen Krebsorganoiden für Arzneimittelempfindlichkeitstests [17]. Diese Studie verglich und analysierte die Unterschiede in der Empfindlichkeit gegenüber einer Reihe von zielgerichteten und chemotherapeutischen Medikamenten zwischen 21 klinischen Patienten und ihren entsprechenden PDOs und zeigte eine starke Übereinstimmung zwischen beiden. Im Vergleich zu den tatsächlichen Therapieergebnissen der Patienten waren die PDO-Vorhersagen robust (Sensitivität 100 %, Spezifität 93 %, positiver prädiktiver Wert 88 % und negativer prädiktiver Wert 100 %). Im Jahr 2020 nutzten Yao Y et al. [18] Biopsiegewebe von 112 Patienten mit lokal fortgeschrittenem Rektumkarzinom, um 96 Rektumkarzinom-Organoide zu konstruieren. Achtzig davon wurden ausgewählt, um ihr Ansprechen auf Radiochemotherapie zu testen, und die Ergebnisse zeigten, dass die Empfindlichkeit von Rektumkarzinom-Organoiden gegenüber Radiochemotherapie hochgradig mit den klinischen Reaktionen der Patienten übereinstimmte (Sensitivität 78 %, Spezifität 92 %, Genauigkeit 84 %). Anschließend wurde die Übereinstimmung zwischen PDO-Arzneimittelreaktion und klinischer Patientenreaktion auch bei Magenkrebs, Brustkrebs und anderen Tumoren beobachtet. Yan HHN et al. [19] etablierten eine Magenkrebs-Organoid-Biobank unter Verwendung von Tumorgewebe, angrenzendem Normalgewebe und Lymphknotenmetastasenproben von 34 Magenkrebspatienten. Darunter entwickelten zwei Fälle Metastasen und erhielten eine postoperative Kombinationstherapie mit Cisplatin und 5-FU, beide zeigten gute Ansprechen. Ein weiterer Fall erhielt eine präoperative Chemotherapie und zeigte kein Ansprechen auf postoperative Capecitabin. Die Untersuchung der Empfindlichkeit der PDOs dieser drei Fälle gegenüber den entsprechenden Verbindungen ergab, dass die Arzneimittelempfindlichkeit der PDOs vollständig mit den klinischen Reaktionen der jeweiligen Patienten übereinstimmte. Guillen KP et al. [20] erzeugten PDX- und PDO-Modelle aus Tumorproben von Brustkrebspatientinnen mit endokriner Therapieresistenz, Rezidiv und Metastasierung und führten histomorphologische, genomische und Arzneimittelempfindlichkeitsanalysen an diesen Proben durch. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl Brustkrebs-PDX- als auch PDO-Modelle die Gewebebiologie und Genomik ihrer Ursprungstumoren hochgradig nachbildeten und ihre Reaktionen auf Antitumor-Medikamente übereinstimmten. In dieser Studie entwickelte eine Patientin mit Stadium-IIA-Triple-Negativem-Brustkrebs etwa ein Jahr nach präoperativer Chemotherapie und Operation Lebermetastasen. Die Forscher führten in vitro und in vivo Arzneimittelempfindlichkeitstests an den konstruierten PDO- und PDX-Modellen durch und fanden, dass der Mikrotubulin-Inhibitor Eribulin die beste therapeutische Wirkung hatte. Basierend auf diesem Befund wurde die Patientin angeleitet, eine Eribulin-Behandlung zu erhalten, was zu einer vollständigen Remission der Lebermetastasen führte, die fast 5 Monate anhielt. Diese Studien liefern vorläufige Beweise für das Potenzial von PDOs, die klinische Arzneimittelanwendung für Krebspatienten zu leiten. Zusätzliche Forschungen haben gezeigt, dass durch den Vergleich der Arzneimittelreaktionsunterschiede zwischen normalen Organoiden und PDOs hochselektive Medikamente identifiziert werden können, die helfen könnten, toxische Nebenwirkungen bei klinischen Patienten zu reduzieren. Somit wird die Durchführung von Arzneimittelempfindlichkeitstests über PDOs, um das am besten geeignete Arzneimittelbehandlungsschema zu entdecken, dazu beitragen, die klinische Wirksamkeit für Krebspatienten zu verbessern, toxische Nebenwirkungen, das Risiko von Arzneimittelresistenz und die Wahrscheinlichkeit von Tumorrezidiven zu reduzieren und den Patientennutzen zu maximieren.

   Daher wird die Nutzung patientenabgeleiteter Blasenkrebs-Organoidmodelle zur Durchführung von Arzneimittelempfindlichkeitstests für adjuvante Chemotherapie bei muskelinvasivem Blasenkrebs, die Etablierung eines standardisierten Blasenkrebs-Organoid-Arzneimittelempfindlichkeitstestsystems und die Formulierung von Screening-Kriterien für Blasenkrebs-Organoid-Arzneimittelempfindlichkeitstests die Auswahl optimaler Arzneimittelkombinationsschemata ermöglichen. Dieser Ansatz kann bei der Entwicklung neuartiger individualisierter Behandlungspläne für die klinische Anwendung unterstützen und multizentrische klinische Validierung durchlaufen, um letztendlich echte „Avatar-Arzneimitteltests“ zu erreichen.

2. Forschungsfrage und -ziele (Erläuterung der wissenschaftlichen Fragen und Forschungsziele)

Forschungsfrage: Diese Studie verwendet ein klinisches kontrolliertes Studiendesign, um die Ein-Jahres-, Drei-Jahres- und Fünf-Jahres-Gesamtüberlebensraten zwischen einer Patientengruppe, die Interventionen erhält, die durch Organoid-Arzneimittelempfindlichkeitstests geleitet werden, und einer Patientengruppe, die traditionelle empirische Behandlung erhält, zu vergleichen. Eine univariate Kaplan-Meier-Überlebensanalyse wird verwendet, um die Unterschiede in den Rezidivraten zwischen den beiden Gruppen zu vergleichen. Die Studie zielt darauf ab, den Anwendungswert von Tumororganoid-Arzneimittelempfindlichkeitsexperimenten bei der Leitung der Chemotherapie für Blasenkrebs zu bewerten.

Forschungsziel: Durch die Beobachtung der klinischen Wirksamkeit von adjuvanter Chemotherapie, die durch die Tumororganoid-Arzneimittelempfindlichkeitsmethode bei Blasenkrebspatienten geleitet wird, zielt diese Studie darauf ab, den Anwendungswert von Tumororganoid-Arzneimittelempfindlichkeitsexperimenten bei der Leitung individualisierter Chemotherapie für Blasenkrebs zu bewerten.