3D-viljelymallin käyttö kasvainsolujen kiertämiseen yhdistettynä molekyylibiomäärityksiin potilailla, joilla on HNSCC-syöpä

Hämmästyttävää on, että 7,6 miljoonaa kuolemaa (noin 13 % kaikista kuolemista) vuonna 2008, syöpä on johtava kuolinsyy maailmanlaajuisesti Maailman terveysjärjestön (WHO) tilastotietojen mukaan. WHO arvioi myös 12 miljoonan syöpäkuoleman maailmanlaajuisesti vuonna 2030. Yli 285 000 ihmisellä vuosittain diagnosoidaan syöpä Yhdistyneessä kuningaskunnassa, ja nykyisen arvion mukaan yli joka kolmas ihminen kehittää syövän jossain vaiheessa elämänsä. Taiwanissa syöpä on myös yksi suurimmista kuolinsyistä taiwanilaisen väestön terveysministeriön (Taiwan) tilastotietojen mukaan. Syöpäpotilaiden hoitoon ja hoitoon liittyvät kustannukset ovat korkeat ja taakka syöpäpotilaiden perheelle. Näin ollen syöpä ei ole vain valtava uhka ihmishengelle, vaan sillä on myös vakava sosiaalinen vaikutus ja kansanterveys. Syövän torjunta on siksi yksi biolääketieteellisen tutkimuksen painopisteistä. Syöpä on yleinen termi suurelle joukolle sairauksia, jotka voivat vaikuttaa mihin tahansa kehon osaan. Muita käytettyjä termejä ovat pahanlaatuiset kasvaimet ja kasvaimet. Yksi syövän määrittelevä piirre on epänormaalien solujen nopea muodostuminen, jotka kasvavat tavanomaisten rajojen yli ja voivat sitten tunkeutua viereisiin kehon osiin ja levitä muihin elimiin. Tätä prosessia kutsutaan metastaasiksi. Primaarinen syöpä on kasvainmassaa, joka esiintyy normaalin solun alkuperäisessä muuttumiskohdassa kasvainsoluksi. Jos kaikki solut pysyisivät primaarisessa kasvaimessa, syövällä ei olisi juurikaan kliinistä merkitystä. Kasvaimen kasvu aiheuttaisi painetta ympäröivään kudokseen, mutta tarkasti määritelty kasvainmassa voitaisiin leikata leikkauksella yksinkertaisella ja pysyvällä tavalla. Kasvainsolut eivät kuitenkaan aina pysy ensisijaisessa paikassa, vaan ne siirtyvät pois jommallakummalla kahdesta prosessista: (a) invaasio tai solujen liikkuminen viereiseen tilaan, jossa muut kudokset ovat käytössä; ja (b) etäpesäke, solujen leviäminen alueille, jotka eivät ole suoraan primaarisen kasvaimen vieressä, tavallisesti verenkierron, imusolmukkeiden tai kehon tilan kautta. Metastaasi tapahtuu yleensä useissa vaiheissa: (c) solujen irtoaminen primaarisesta kasvaimesta, (2) kasvainsolujen tunkeutuminen ja kulkeutuminen imusuoniin tai verisuoniin, (3) kasvainsolujen asettuminen kaukaisten elinten verisuoniin, (d) ) kasvainsolujen tunkeutuminen verisuonten seinämien läpi ja toissijaisten kohtien kudokseen, (e) sekundaaristen kasvainten kasvu sekundaarisissa kohdissa. Syövän etäpesäkkeet ovat johtava syöpäperäisen kuolleisuuden syy.

Verenkierrossa olevat kasvainsolut (CTC) ovat harvinaisia ​​perifeerisessä veressä esiintyviä solulajeja, joita on dokumentoitu vuodesta 1869 lähtien. On hyvin tunnettua, että CTC:iden läsnäolo verenkiertojärjestelmässä liittyy syövän etäpesäkkeisiin. CTC:n perustutkimukset sisältävät valtavat mahdollisuudet tutkia biologisia näkemyksiä syövän etäpesäkkeiden, syöpään liittyvien geenimutaatioiden[8] tai biomarkkerien taustalla olevista molekyylimekanismeista, mikä voisi sekä helpottaa että nopeuttaa tutkijoita kehittämään uusia terapeuttisia ratkaisuja tulevaisuuden syövänhoitoon. . Lisäksi verenkierrossa olevien CTC:iden uskotaan olevan pääasiallisesti vastuussa syövän etenemisestä tai uusiutumisesta, ja siksi ne ovat ilmeisiä syöpähoidon kohteita. Useat uudet tutkimukset ovat osoittaneet, että CTC:t voivat olla reaaliaikainen kasvainbiopsia, jota voidaan hyödyntää uusien lääkkeiden kehittämisessä ja terapeuttisten hoito-ohjelmien valinnassa, joilla voidaan määrittää CTC:iden farmakodynamiikka tai kliininen vaste hoidoille. Jälkimmäisen kliinisen hyödyn osalta CTC:iden vasteet kemoterapiaan (esim. lääkeherkkyys tai -resistenssi) ei ainoastaan ​​​​voi ohjata yksilöllistä syövän kemoterapiaa, vaan se voi myös olla kliinisesti tärkeä indikaattori pitkäaikaisen terapeuttisen tehon, taudin uusiutumisen ja CTC:iden biologisten ominaisuuksien muutoksen seurannassa reaaliajassa ja ei-invasiivisella tavalla. . Tämä voi tarjota ennakoivaa tietoa terapeuttisen järjestelmän mukauttamisesta syövän hoidon kaikissa vaiheissa. Kuitenkin tutkijoiden parhaan tietämyksen mukaan CTC:iden käyttöä on rajoitettu pääasiassa sen harvinaisuuden vuoksi, jonka pitoisuus on noin 1 CTC 105-107 veren mononukleaarista solua kohti, ja tällainen harvinaisuus vaikeuttaa sekä havaitsemista että eristämistä. Lisäksi tutkijoiden ymmärrystä niiden biologisista tai kemiallis-fysikaalisista ominaisuuksista on rajoittanut sellaisten teknologioiden saatavuus, joilla niitä voidaan eristää riittävä määrä. Eristettyjen CTC:iden määrä on liian pieni saavuttaakseen monien yksityiskohtaisten molekyyli- ja funktionaalisten kokeiden alimmat näyterajat. Nämä alhaisista palautumisasteista johtuvat tekijät hidastavat CTC:iden kliinistä käyttöä. Huolimatta nykyisten CTC-eristysmenetelmien rajoituksista, kiertäviä syöpäsoluja on havaittu suurimmassa osassa epiteelisyövistä, kuten rinta-, eturauhas-, keuhko- ja paksusuolensyövistä. Potilaiden, joilla on metastaattisia vaurioita, verestä havaitaan yleensä CTC:itä; näitä on kuitenkin raportoitu myös joissakin paikallisissa syövissä. Siksi yksityiskohtaisia ​​lisätutkimuksia, CTC:iden ominaisuuksia ja kaukaisten etäpesäkkeiden mekanismia varten luotettavan, korkean palautumisnopeuden ja korkean puhtauden eristettyjen CTC:iden kehittäminen on tällä hetkellä haastavinta ja kriittisintä.

Tarkkuuslääketiede on suhteellisen uusi strategia parhaan hoidon tunnistamiseksi kullekin potilaan sairaudelle, joka perustuu yksilön kasvaimen genomiseen karakterisointiin, ja vaikka tällä lähestymistavalla on valtava lupaus, yksittäisten kasvainsolujen monimutkaiset geneettiset ja epigeneettiset profiilit ovat tehneet tästä lähestymistavasta haastavan. . Toinen lähestymistapa hoitovasteen ennustamiseen on ollut testata suoraan potilaiden kasvainsoluja vakiintuneissa kaksiulotteisissa (2D) malleissa lääkeseulontatutkimuksissa. Yoshiin ja kollegoiden viimeaikaiset tutkimukset osoittivat, että kolmiulotteiset (3D) viljelyolosuhteet voivat heijastaa paremmin kasvaimen in vivo -kasvuolosuhteita kuin 2D-soluviljelmät. Tämän tutkimiseksi olemme aiemmin luoneet 3D-viljelymallit HNSCC:lle ja vertailleet 2D-viljelmiin ja in vivo kasvainmalleihin.

Potilasperäisiä ksenografteja (PDX) on käytetty laajalti lääkeseulontatutkimuksissa 2D-seulontatutkimusten rajoitusten voittamiseksi. PDX-malleilla on kuitenkin myös joitain rajoituksia; mukaan lukien syövän alhainen kiinnittymisaste karvattomissa hiirissä, silmiinpistäviä eroja kahden ihmisen ja hiiren farmakokinetiikassa sekä pitkäkestoinen aika, joka tarvitaan lääkeseulontatutkimuksiin (4-8 kuukautta) PDX-tutkimuksissa. Viime aikoina 3D-soluviljelymalleja on käytetty lääkeseulontatutkimuksiin ja biomarkkerianalyysiin. Solulinjojen muodostaminen potilaan kudoksesta peräisin olevien kasvainten 2D-viljelmistä on alhainen onnistumisprosentti, ja vain valitut kasvainsolut voivat selviytyä 2D-ympäristössä, mikä saattaa heijastua muuttuneena kasvaimen heterogeenisuutena alkuperäisestä kasvaimesta. Lisäksi tiedetään hyvin, että pitkäaikainen viljely voi valita geneettisiä muutoksia. Koska useimmat vakiintuneista 2D-solulinjoista johdetut 3D-viljelymallit eivät säilytä alkuperäistä kasvaimen fenotyyppiä, 3D-syövän organoidiviljelmien kehittäminen suoraan potilaan syöpäkudoksesta, joka sisältää syövän kantasoluja, voi kertoa paremmin potilaan kasvaimen luonteen kuin ne, jotka on johdettu syövän kantasoluista. solut, jotka on aiemmin siirretty 2D-viljelminä. Vaikka on julkaistu menetelmiä syövän organoidin muodostamiseksi eri syöpätyypeissä, HNSCC-syöpäorganoideja ei ole yritetty muodostaa. Siksi tutkijat olivat kiinnostuneita kehittämään HNSCC-syövän organoidimallia ja luonnehtimaan sen ominaisuuksia ja vertailemaan niitä alkuperäisen ominaisuuksiin.

Cancer Tissue-Originated Spheroids (CTOS) -menetelmä on tekniikka syövän organoidilinjojen muodostamiseksi, jotka ovat raportoineet Kondo et al. joka osoitti erittäin vakiintunutta määrää paksusuolen syövissä, keuhkosyövissä ja virtsarakon syövissä. Tässä menetelmässä saatuja solulinjoja viljellään ja ylläpidetään organoideina. Organoideilla on kyky säilyttää alkuperäisten kasvainten samat histologiset piirteet. Lisäksi syövän kantasolupopulaatio on hyvin samanlainen alkuperäisen kasvain- ja organoidilinjojen välillä, mikä osoittaa, että CTOS-menetelmällä voidaan toistaa alkuperäisen kasvaimen luonne. Tässä ehdotuksessa tutkijat yrittävät arvioida HNSCC-organoidien luomisen ja karakterisoinnin toteutettavuutta sekä näiden solulinjojen käyttökelpoisuutta mallina lääkeseulonnassa ja -testauksessa.