Prospettici organoidi primari del cancro del polmone umano per prevedere la risposta al trattamento (Organoids lung)

Una delle barriere più importanti per ottenere risposte durature nel carcinoma polmonare avanzato è l'eterogeneità intra e intertumorale, una caratteristica comune dei tumori solidi umani. Si pensa che l'eterogeneità del tumore sia guidata da una sottopopolazione di cellule tumorali chiamate cellule che iniziano il cancro del polmone o cellule staminali del cancro del polmone che riflettono la "cellula o l'origine" e mantengono le proprietà di auto-rinnovamento e multipotenti di queste cellule ma che vengono trasformate. La tecnologia organoide ha consentito la coltura di "cellule staminali" normali e trasformate direttamente dai pazienti senza alcuna manipolazione genetica (es. IPS). Tali organoidi normali e cancerosi mantengono molte delle proprietà dei tumori e si ritiene che siano un eccellente sistema modello 3D in vitro. In un laboratorio, i ricercatori hanno stabilito con successo sistemi primari di coltura cellulare 2D e 3D, inclusi organoidi del bronco prossimale provenienti da lobectomie. Stanno usando questi sistemi per prevedere la normale complicazione dei tessuti ai trattamenti combinati. È stato dimostrato che le vie delle cellule staminali polmonari come la via di segnalazione NOTCH sono spesso deregolamentate nei tumori polmonari ed è associata a un esito peggiore. In vitro e nei modelli preclinici la deregolazione della via NOTCH è associata alla resistenza alla radioterapia e alla chemioterapia di prima linea. Pertanto, il blocco del percorso NOTCH può migliorare la risposta al trattamento. Gli inibitori del checkpoint hanno cambiato l'esito dei pazienti con carcinoma polmonare non a piccole cellule metastatico (NSCLC) in prima e seconda linea, con una migliore sopravvivenza libera da progressione (PFS), sopravvivenza globale (OS) e qualità della vita. È stato costantemente dimostrato che la radioterapia attiva elementi chiave del sistema immunitario responsabili della resistenza alla terapia immunitaria. Le radiazioni sovraregolano le molecole MHC di classe I di cui molte cellule tumorali sono prive o esprimono solo scarsamente antigeni associati al tumore, provocano la morte delle cellule immunogeniche, attivano le cellule dendritiche, riducono le cellule T regolatorie (Tregs) nel tumore, ampliano il repertorio delle cellule T e aumenta il traffico di cellule T, tra molti altri effetti. Le radiazioni possono convertire un tumore immunogenico completamente o parzialmente scarsamente o non immunogenico. La radioterapia in combinazione con diverse forme di terapia immunitaria come anti-PD-(L)1, anti-CTLA4, immunocitochine, vaccinazione con cellule dendritiche e agonisti del recettore Toll ha migliorato costantemente il controllo locale del tumore e, cosa molto interessante, ha portato a un migliore controllo sistemico del tumore (l'effetto "abscopale") e l'induzione di una specifica immunità anticancro con effetto memoria. Inoltre, poiché PD1/PD-L1 è sovraregolato dalle radiazioni e le radiazioni possono superare la resistenza per il blocco PD-(L)1, la loro combinazione è logica. Il miglior tempismo, sequenziamento e dosaggio di tutte le modalità è oggetto di intense ricerche. La radioterapia potrebbe diventare parte integrante della terapia immunitaria contro il cancro. Tuttavia, come con tutti i trattamenti, mancano biomarcatori ottimali per la risposta. Non solo consentirebbero la selezione dei pazienti, ma darebbero anche informazioni sui meccanismi di resistenza e sull'identificazione di nuovi bersagli o sull'uso ottimale dei farmaci e delle radiazioni attuali, come il dosaggio e il sequenziamento. Inoltre, sono necessari non solo biomarcatori per la risposta tumorale, ma anche per gli effetti collaterali, poiché questi ultimi possono essere dose-limitanti e comportare l'omissione della terapia nella popolazione di pazienti più fragili e anziani. I biomarcatori putativi per la risposta immunitaria sono quelli associati alla morte cellulare immunogenica (ICD). Gli organoidi sono generati da biopsie tissutali e sono una raccolta di tipi di cellule organo-specifiche in grado di auto-organizzarsi in vitro in modo simile alla situazione in vivo (3D). Hanno la capacità di facilitare l'analisi approfondita del materiale tumorale del paziente al momento della diagnosi e durante la malattia progressiva/ricorrente. Attualmente non esiste un protocollo pubblicato per stabilire organoidi del cancro del polmone a lungo termine da pazienti con cancro del polmone. Tale metodologia consentirebbe l'identificazione prospettica di "trattamenti ottimali su misura per il paziente", nonché la derivazione di biomarcatori predittivi per la risposta e la ricaduta. Oltre agli organoidi, anche i modelli xenotrapianti hanno ancora i loro meriti. Negli xenotrapianti, cellule tumorali umane o frammenti vengono iniettati in topi immunocompromessi. Soprattutto gli xenotrapianti derivati ​​da campioni di cancro umano fresco hanno guadagnato molta attenzione per lo stesso tumore che in un singolo paziente può essere coltivato in un topo permettendo di studiare la risposta alla terapia ei meccanismi di resistenza. I modelli di xenotrapianto tumorale derivato dal paziente (PDX) riflettono maggiormente la popolazione di pazienti in termini di caratteristiche istomorfologiche dei tumori parentali, l'effetto della selezione clonale e dell'evoluzione sul mantenimento dell'integrità genomica nei PDX a basso passaggio rispetto al tessuto del donatore. Mentre gli organoidi possono fornire molte informazioni sulla biologia molecolare della risposta a varie terapie antitumorali, i modelli in vivo consentono di testare nuovi approcci terapeutici antitumorali tenendo conto del complesso microambiente tumorale che riflette almeno in parte la situazione clinica. In quanto strumento clinicamente rappresentativo che riassume al meglio le proprietà biologiche del rispettivo tipo di tumore, i modelli PDX potrebbero servire anche come importante aiuto negli studi di medicina personalizzata. Il tumore può essere trapiantato per via sottocutanea, ma più recentemente anche per via ortotopica (ad esempio un tumore al seno viene trapiantato nel seno di un topo) per studiare l'interazione tra il tumore e l'ambiente. Nel laboratorio Maastro, abbiamo esperienza con una varietà di questi modelli, inclusi modelli di tumori polmonari ortotopici. Per generare PDX, il materiale tumorale sarà recuperato da campioni chirurgici, tagliato in piccoli pezzi, trapiantato negli animali immunodeficienti riceventi per via sottocutanea o impiantato direttamente nel polmone. Un tumore con il tasso di crescita medio sarà trapiantato in serie in vivo per ulteriori esperimenti terapeutici. L'irradiatore dedicato per piccoli animali nella struttura degli investigatori consente un'irradiazione locale precisa dei tumori polmonari con un'esposizione minima alle radiazioni dei tessuti normali circostanti. Il sistema integrato di tomografia computerizzata a fascio conico consente il monitoraggio longitudinale della risposta del tumore a nuovi trattamenti.