Organoïdes primaires prospectifs du cancer du poumon humain pour prédire la réponse au traitement (Organoids lung)

L'un des obstacles les plus importants pour obtenir des réponses durables dans le cancer du poumon avancé est l'hétérogénéité intra- et inter-tumorale, une caractéristique commune des cancers solides humains. On pense que l'hétérogénéité tumorale est due à une sous-population de cellules tumorales appelées cellules initiatrices du cancer du poumon ou cellules souches du cancer du poumon qui reflètent la «cellule ou l'origine» et conservent les propriétés d'auto-renouvellement et multipotentes de ces cellules, mais qui sont transformées. La technologie organoïde a permis la culture de « cellules souches » normales et transformées directement à partir de patients sans aucune manipulation génétique (c'est-à-dire IPS). Ces organoïdes normaux et cancéreux conservent bon nombre des propriétés des tumeurs et sont considérés comme un excellent système de modèle 3D in vitro. Dans un laboratoire, les chercheurs ont réussi à établir des systèmes primaires de culture cellulaire 2D et 3D, y compris des organoïdes de la bronche proximale provenant de lobectomies. Ils utilisent ces systèmes pour prédire la complication des tissus normaux aux traitements combinés. Il a été démontré que les voies des cellules souches pulmonaires telles que la voie de signalisation NOTCH sont fréquemment dérégulées dans les cancers du poumon et sont associées à une issue plus défavorable. In vitro et dans les modèles précliniques, la dérégulation de la voie NOTCH est associée à la résistance à la radiothérapie et à la chimiothérapie de première ligne. Ainsi, le blocage de la voie NOTCH peut améliorer la réponse au traitement. Les inhibiteurs de point de contrôle ont modifié le devenir des patients atteints d'un cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC) métastatique en première et en deuxième ligne, avec une amélioration de la survie sans progression (PFS), de la survie globale (OS) et de la qualité de vie. Il a toujours été démontré que la radiothérapie active des éléments clés du système immunitaire qui sont responsables de la résistance à l'immunothérapie. Le rayonnement régule à la hausse les molécules du CMH de classe I que de nombreuses cellules cancéreuses manquent ou expriment mal, les antigènes associés à la tumeur, provoque la mort cellulaire immunogène, active les cellules dendritiques, diminue les lymphocytes T régulateurs (Tregs) dans la tumeur, élargit le répertoire des lymphocytes T et augmente le trafic de lymphocytes T, parmi de nombreux autres effets. La radiothérapie peut convertir une tumeur totalement ou partiellement faiblement immunogène ou non immunogène. La radiothérapie en combinaison avec différentes formes d'immunothérapie telles que l'anti-PD-(L)1, l'anti-CTLA4, les immunocytokines, la vaccination des cellules dendritiques et les agonistes des récepteurs de type Toll a amélioré de manière constante le contrôle local de la tumeur et, de manière très intéressante, conduit à un meilleur contrôle systémique de la tumeur (l'effet « abscopal ») et l'induction d'une immunité anticancéreuse spécifique avec effet mémoire. De plus, comme PD1/PD-L1 est régulé positivement par le rayonnement et que le rayonnement peut surmonter la résistance au blocage de PD-(L)1, leur combinaison est logique. Le meilleur timing, séquençage et dosage de toutes les modalités est une question de recherche intense. La radiothérapie pourrait bien devenir partie intégrante de l'immunothérapie contre le cancer. Néanmoins, comme pour tous les traitements, les biomarqueurs optimaux pour la réponse font défaut. Ils permettraient non seulement la sélection des patients, mais donneraient également un aperçu des mécanismes de résistance et l'identification de nouvelles cibles ou l'utilisation optimale des médicaments et des rayonnements actuels, tels que le dosage et le séquençage. De plus, non seulement des biomarqueurs pour la réponse tumorale, mais aussi pour les effets secondaires sont nécessaires, car ces derniers peuvent limiter la dose et entraîner l'omission d'un traitement chez les patients les plus fragiles et les plus âgés. Les biomarqueurs putatifs de la réponse immunitaire sont ceux associés à la mort cellulaire immunogène (ICD). Les organoïdes sont générés à partir de biopsies tissulaires et constituent une collection de types de cellules spécifiques à un organe capables de s'auto-organiser in vitro d'une manière similaire à la situation in vivo (3D). Ils ont la capacité de faciliter une analyse approfondie du propre matériel tumoral du patient au moment du diagnostic et au cours de la maladie progressive/récurrente. Il n'existe actuellement aucun protocole publié pour établir des organoïdes du cancer du poumon à long terme à partir de patients atteints d'un cancer du poumon. Une telle méthodologie permettrait l'identification prospective de « traitements optimaux adaptés au patient » ainsi que la dérivation de biomarqueurs prédictifs pour la réponse et la rechute. Outre les organoïdes, les modèles de xénogreffe ont également leurs mérites. Dans les xénogreffes, des cellules tumorales humaines ou des fragments sont injectés à des souris immunodéprimées. En particulier, les xénogreffes dérivées d'échantillons de cancer humain frais ont attiré beaucoup d'attention car la même tumeur que chez un patient individuel peut être cultivée chez une souris, ce qui permet d'étudier la réponse au traitement et les mécanismes de résistance. Les modèles de xénogreffe tumorale dérivée du patient (PDX) reflètent davantage la population de patients en termes de caractéristiques histomorphologiques des tumeurs parentales, l'effet de la sélection clonale et l'évolution sur le maintien de l'intégrité génomique dans les PDX à passage bas par rapport au tissu du donneur. Alors que les organoïdes peuvent donner de nombreuses informations sur la biologie moléculaire de la réponse à diverses thérapies anticancéreuses, les modèles in vivo permettent de tester de nouvelles approches thérapeutiques anticancéreuses prenant en compte le microenvironnement tumoral complexe reflétant au moins en partie la situation clinique. En tant qu'outil cliniquement représentatif qui récapitule au mieux les propriétés biologiques de leur type de tumeur respectif, les modèles PDX pourraient également constituer une aide importante dans les études de médecine personnalisée. La tumeur peut être transplantée par voie sous-cutanée, mais plus récemment également par voie orthotopique (par exemple, un cancer du sein est transplanté dans le sein d'une souris) pour étudier l'interaction entre la tumeur et l'environnement. Dans le laboratoire Maastro, nous avons de l'expérience avec une variété de ces modèles, y compris des modèles de tumeurs pulmonaires orthotopiques. Pour générer le PDX, le matériel tumoral sera récupéré à partir d'échantillons chirurgicaux, coupé en petits morceaux, transplanté chez les animaux immunodéficients receveurs soit par voie sous-cutanée, soit implanté directement dans les poumons. Une tumeur avec le taux de croissance médian sera transplantée en série in vivo pour d'autres expériences thérapeutiques. Un irradiateur dédié aux petits animaux dans l'établissement des chercheurs permet une irradiation locale précise des tumeurs pulmonaires avec une exposition minimale aux rayonnements des tissus normaux environnants. Le système d'imagerie par tomodensitométrie à faisceau conique intégré permet une surveillance longitudinale de la réponse tumorale aux nouveaux traitements.