Bewertung der Wirksamkeit von neoadjuvanten Chemotherapeutika auf Basis von Organoid-Technologie

1. Forschungsgrundlage (Darlegung der Rationalität und Bedeutung dieser Studie unter Einbeziehung des nationalen und internationalen Forschungsstands)

   Blasenkrebs ist ein bösartiger Tumor, der vom Urothel der Harnblase ausgeht, und steht in China an erster Stelle der Inzidenz unter den urogenitalen Tumoren. Dabei ist das Urothelkarzinom die häufigste Form und macht über 90% der Blasenkrebsfälle aus [1]. Basierend auf der Tiefe der Tumorinvasion und den prognostischen Merkmalen wird Blasenkrebs klinisch in nicht-muskelinvasiven Blasenkrebs (NMIBC) und muskelinvasiven Blasenkrebs (MIBC) eingeteilt. MIBC macht etwa 20% der neu diagnostizierten Blasenkrebsfälle aus [2-3], hat aber eine deutlich schlechtere Prognose als 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 primäre Behandlung. Allerdings erleiden trotz RC und pelviner Lymphknotendissektion etwa 50% der Patienten aufgrund von disseminierter Metastasierung letztlich ein Tumorprogress [2-3]. Daher spielt die Kombination von systemischer Therapie mit der Operation eine entscheidende Rolle bei der Senkung der Tumorprogressraten. Cisplatin-basierte neoadjuvante Chemotherapie (NAC) wurde erstmals in den 1980er Jahren als mögliche Behandlungsstrategie für MIBC evaluiert und zeigte vielversprechende Wirksamkeit [6]. Nachfolgende Studien haben die durch NAC induzierte Herabstufung von MIBC mit verbesserten Überlebensraten in Verbindung gebracht [7-8]. Die BA06 30894-Studie ist die bisher größte NAC-Studie bei Blasenkrebs. In dieser Studie erhielten 976 Patienten entweder neoadjuvantes Cisplatin, Methotrexat und Vinblastin (CMV) oder keine NAC vor RC und/oder Strahlentherapie. Bei einer medianen Nachbeobachtungszeit von 8 Jahren erhöhte die Verwendung von neoadjuvantem CMV die 10-Jahres-Überlebensrate von 30% auf 36% (HR, 0,84; 95% KI, 0,72-0,99; P = 0,037) [9-10]. Für Blasenkrebspatienten kann NAC Tumorzellen maximal abtöten, das Tumorvolumen verringern, das klinische Stadium senken und so die Chance auf eine vollständige chirurgische Resektion erhöhen sowie eine potenzielle Tumorausbreitung durch chirurgische Manipulation verhindern. Folglich ist cisplatinbasierte NAC laut den meisten internationalen Leitlinien zur Standardbehandlung für geeignete MIBC-Patienten geworden [11]. Derzeit häufig verwendete neoadjuvante Chemotherapeutika sind [12]: Cisplatin, Gemcitabin, Methotrexat, Vinblastin, Doxorubicin... Genau wegen der Vielfalt der NAC-Medikamente und unterschiedlicher Verabreichungsmethoden stützt sich die Auswahl der Chemotherapieschemata jedoch oft auf die klinische Erfahrung der Ärzte oder spezifische Forschungsergebnisse, es fehlt ein einheitlicher Standard, und sie ist gekennzeichnet durch Blindheit, Empirie und Willkür. Darüber hinaus zeigen einige Patienten eine intrinsische Resistenz gegen bestimmte Chemotherapeutika. Bis die klinische Bewertung die Unempfindlichkeit eines Patienten gegenüber dem angewendeten Medikament bestätigt, sind bereits schwere toxische Nebenwirkungen aufgetreten, die möglicherweise sogar zu einer Multidrug-Resistenz (MDR) führen und dem Patienten die Möglichkeit nehmen, alternative Behandlungen zu wählen. Daher ist die Frage, wie man das Ansprechen auf NAC bewerten, primär resistente Medikamente vermeiden und direkt hochsensitive Wirkstoffe auswählen kann, um eine individualisierte Chemotherapie zu erreichen, zu einem Schwerpunkt der NAC-Forschung geworden.

   Die Umsetzung einer präzisen Krebsbehandlung hängt weitgehend von Arzneimittelsensitivitätstests ab. Durch präzise und individualisierte Chemotherapie-Medikamenten-Screening-Tests kann für jeden Patienten vor Therapiebeginn der wirksamste und am wenigsten toxische Behandlungsplan ermittelt werden. Die Entwicklung eines auf den einzelnen Patienten zugeschnittenen Chemotherapie-Regimes stellt eine neue Forschungsrichtung zur Erreichung einer Präzisionsbehandlung bei Blasenkrebs und zur Verbesserung der Chemotherapie-Ansprechraten dar. Früher waren die häufiger verwendeten präklinischen Modelle traditionelle Tumorzelllinien und patientenabgeleitete Xenograft-Modelle (PDX). Während die Kultivierung von Tumorzelllinien einfach ist, reicht sie nicht aus, um den Wachstumszustand von Tumorzellen im Körper des Patienten zu simulieren, und die mit diesem System gescreenten Medikamente haben einen geringen klinischen Anwendungswert. Obwohl PDX-Modelle in vivo Tumorcharakteristiken simulieren und das Tumormikromilieu erhalten können, haben sie erhebliche Einschränkungen, wie relativ niedrige stabile Transplantationsraten, lange Modellierungs- und Evaluierungszyklen (sechs Monate bis ein Jahr), sind zeit- und arbeitsintensiv und daher schwer für ein Hochdurchsatz-Drug-Screening zu generieren und zu verwenden [13-16]. Daher ist es unerlässlich, Arzneimittelsensitivitätstestmodelle 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 lebensstilbedingten Merkmale eines Individuums zugeschnitten sind, Risiken zu minimieren und medizinische Interventionsergebnisse zu optimieren.

   Organoide, insbesondere patientenabgeleitete Organoide (PDOs), sind dreidimensionale organotypische Strukturen, die durch Selbstorganisation von Stammzellen in vitro gebildet werden. Sie können sich zu mehreren organspezifischen Zelltypen differenzieren und zeigen Zell-Zell-Interaktionen, Zell-Extrazellulärmatrix-Interaktionen und räumliche Organisation, wodurch sie einige Schlüsselfunktionen und -strukturen echter menschlicher Organe in vitro nachbilden und dabei stabile phänotypische und genetische Merkmale 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, die Tumorheterogenität und ein authentischeres Tumormikromilieu erhalten und haben den Vorteil eines kurzen Wachstumszyklus [17]. Dies erleichtert ihre Verwendung für Sensitivitätstests von Chemotherapeutika, molekular zielgerichteten Wirkstoffen, Antitumor-Antikörpern usw. bei klinischen Krebspatienten, die Vorhersage des Patientenansprechens auf Medikamente und birgt Potenzial zur Unterstützung klinischer Behandlungsentscheidungen.

   Im Jahr 2018 berichtete eine in Science veröffentlichte Studie über die Verwendung von metastasierenden gastrointestinalen Krebsorganoiden für Arzneimittelsensitivitätstests [18]. 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. [19] Biopsiegewebe von 112 Patienten mit lokal fortgeschrittenem Rektumkarzinom, um 96 Rektumkrebsorganoide zu konstruieren. Achtzig davon wurden ausgewählt, um ihr Ansprechen auf Radiochemotherapie zu testen, und die Ergebnisse zeigten, dass die Empfindlichkeit der Rektumkrebsorganoide gegenüber Radiochemotherapie hochgradig mit den klinischen Ansprechen der Patienten übereinstimmte (Sensitivität 78%, Spezifität 92%, Genauigkeit 84%). Anschließend wurde eine Übereinstimmung zwischen PDO-Arzneimittelansprechen und klinischem Patientenansprechen auch bei Magenkrebs, Brustkrebs und anderen Tumoren beobachtet. Yan HHN et al. [20] etablierten eine Magenkrebs-Organoid-Biobank unter Verwendung von Tumorgewebe, angrenzendem Normalgewebe und Lymphknotenmetastasenproben von 34 Magenkrebspatienten. Darunter entwickelten zwei Fälle Metastasen und erhielten postoperative Kombinationstherapie mit Cisplatin und 5-FU, beide zeigten gute Ansprechen. Ein weiterer Fall erhielt 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 Ansprechen der jeweiligen Patienten übereinstimmte. Guillen KP et al. [21] generierten PDX- und PDO-Modelle aus Tumorproben von Brustkrebspatientinnen mit endokriner Therapieresistenz, Rezidiv und Metastasierung und führten histomorphologische, genomische und Arzneimittelsensitivitätsanalysen an diesen Proben durch. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl Brustkrebs-PDX- als auch PDO-Modelle die Gewebebiologie und Genomik ihrer Ursprungstumore stark nachbildeten und ihre Reaktionen auf Antitumor-Medikamente übereinstimmten. In dieser Studie entwickelte eine Patientin mit Triple-negativem Brustkrebs im Stadium IIA etwa ein Jahr nach präoperativer Chemotherapie und Operation Lebermetastasen. Die Forscher führten in vitro und in vivo Arzneimittelsensitivitätstests an den konstruierten PDO- und PDX-Modellen durch und fanden, dass der Mikrotubuli-Inhibitor Eribulin die beste therapeutische Wirkung hatte. Basierend auf diesem Befund wurde die Patientin angeleitet, Eribulin zu erhalten, was zu einer vollständigen Remission der Lebermetastasen für fast 5 Monate führte. Diese Studien liefern vorläufige Beweise für das Potenzial von PDOs, die klinische Arzneimittelanwendung für Krebspatienten zu leiten. Weitere Forschungen haben gezeigt, dass durch Vergleich der Arzneimittelansprechunterschiede zwischen normalen Organoiden und PDOs hochselektive Medikamente identifiziert werden können, was dazu beitragen kann, toxische Nebenwirkungen bei klinischen Patienten zu reduzieren. Daher wird die Durchführung von Arzneimittelsensitivitätstests via PDOs, um den am besten geeigneten Arzneimittelbehandlungsplan zu entdecken, dazu beitragen, die klinische Wirksamkeit für Krebspatienten zu verbessern, toxische Nebenwirkungen, das Risiko von Arzneimittelresistenz und die Wahrscheinlichkeit von Tumorprogress zu reduzieren und den Patientennutzen zu maximieren.

   Daher wird die Nutzung patientenabgeleiteter Blasenkrebs-Organoidmodelle zur Durchführung von neoadjuvanten Chemotherapie-Arzneimittelsensitivitätstests für muskelinvasiven Blasenkrebs, die Etablierung eines standardisierten Blasenkrebs-Organoid-Arzneimittelsensitivitätstestsystems und die Formulierung von Screening-Kriterien für Blasenkrebs-Organoid-Arzneimittelsensitivitätstests die Auswahl optimaler neoadjuvanter Arzneimittelkombinationsregimes ermöglichen. Dieser Ansatz kann bei der Entwicklung neuartiger individualisierter Behandlungspläne für die klinische Anwendung helfen und einer multizentrischen klinischen Validierung unterzogen werden, um letztlich echte "Avatar-Arzneimitteltests" zu erreichen.

2. Forschungsfragen 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-Arzneimittelsensitivitätstests geleitet werden, und einer Patientengruppe, die traditionelle empirische Behandlung erhält, zu vergleichen. Eine univariate Kaplan-Meier-Überlebensanalyse wird verwendet, um die Unterschiede im Gesamtüberleben zwischen den beiden Gruppen zu vergleichen. Die Studie zielt darauf ab, den Anwendungswert von Tumororganoid-Arzneimittelsensitivitätsexperimenten bei der Leitung von neoadjuvanter Chemotherapie für Blasenkrebs zu bewerten.

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