Valutazione dell'Efficacia dei Farmaci di Chemioterapia Neoadiuvante Basata sulla Tecnologia degli Organoidi

1. Background della Ricerca (Enunciazione della Razionalità e Significato di Questo Studio Combinando lo Stato della Ricerca Nazionale e Internazionale)

   Il cancro alla vescica è un tumore maligno originario dell'urotelio della vescica e occupa il primo posto per incidenza tra i tumori urogenitali in Cina. Tra questi, il carcinoma uroteliale è il più comune, rappresentando oltre il 90% dei casi di cancro alla vescica [1]. In base alla profondità dell'invasione tumorale e alle caratteristiche prognostiche, il cancro alla vescica è classificato clinicamente in cancro alla vescica non muscolo-invasivo (NMIBC) e cancro alla vescica muscolo-invasivo (MIBC). Il MIBC costituisce circa il 20% dei casi di cancro alla vescica di nuova diagnosi [2-3], ma la sua prognosi è significativamente peggiore rispetto all'NMIBC, con un tasso di sopravvivenza globale (OS) a 5 anni di circa il 60%-70% [4-5].

   Per i pazienti con malattia allo stadio T2~T4a senza metastasi a distanza, la cistectomia radicale (RC) è tipicamente il trattamento principale. Tuttavia, nonostante sottoposti a RC e dissezione dei linfonodi pelvici, circa il 50% dei pazienti alla fine sperimenta progressione tumorale a causa di metastasi disseminate [2-3]. Pertanto, combinare la terapia sistemica con la chirurgia svolge un ruolo cruciale nel ridurre i tassi di progressione tumorale. La chemioterapia neoadiuvante (NAC) a base di cisplatino è stata valutata per la prima volta come potenziale strategia terapeutica per il MIBC negli anni '80 e ha mostrato un'efficacia promettente [6]. Studi successivi hanno associato la riduzione di stadio del MIBC indotta dalla NAC con tassi di sopravvivenza migliorati [7-8]. Lo studio BA06 30894 è il più grande studio sulla NAC nel cancro alla vescica fino ad oggi. In questo studio, 976 pazienti hanno ricevuto neoadiuvante cisplatino, metotrexato e vinblastina (CMV) o nessuna NAC prima di RC e/o radioterapia. Con un follow-up mediano di 8 anni, l'uso di CMV neoadiuvante ha aumentato il tasso di sopravvivenza a 10 anni dal 30% al 36% (HR, 0,84; IC 95%, 0,72-0,99; P = ,037) [9-10]. Per i pazienti con cancro alla vescica, la NAC può eradicare massimamente le cellule tumorali, ridurre il volume tumorale, abbassare lo stadio clinico, aumentando così la possibilità di resezione chirurgica completa e prevenendo la potenziale disseminazione tumorale causata dalla manipolazione chirurgica. Di conseguenza, la NAC a base di cisplatino è diventata il trattamento standard per i pazienti con MIBC idonei secondo la maggior parte delle linee guida internazionali [11]. Attualmente, gli agenti chemioterapici neoadiuvanti comunemente usati includono [12]: cisplatino, gemcitabina, metotrexato, vinblastina, doxorubicina... Tuttavia, proprio a causa della varietà di farmaci per la NAC e dei diversi metodi di somministrazione, la selezione dei regimi chemioterapici spesso si basa sull'esperienza clinica dei medici o su specifici risultati di ricerca, mancando di uno standard unificato, ed è caratterizzata da cecità, empirismo e casualità. Inoltre, alcuni pazienti mostrano resistenza intrinseca a certi agenti chemioterapici. Quando la valutazione clinica conferma l'insensibilità di un paziente al farmaco applicato, si sono già verificate gravi tossicità collaterali, potenzialmente portando anche a resistenza multipla ai farmaci (MDR), privando il paziente dell'opportunità di scegliere trattamenti alternativi. Pertanto, come valutare la responsività alla NAC, evitare farmaci principalmente resistenti e selezionare direttamente agenti altamente sensibili per ottenere una chemioterapia individualizzata è diventato un punto focale nella ricerca sulla NAC.

   La realizzazione di un trattamento preciso del cancro dipende in gran parte dai test di sensibilità ai farmaci. Attraverso test di screening precisi e individualizzati per farmaci chemioterapici, il piano di trattamento più efficace e meno tossico può essere determinato per ogni paziente prima dell'inizio della terapia. Proporre un regime chemioterapico su misura per il singolo paziente rappresenta una nuova direzione di ricerca per ottenere un trattamento di precisione nel cancro alla vescica e migliorare i tassi di risposta alla chemioterapia. In precedenza, i modelli preclinici più comunemente usati erano le tradizionali linee cellulari tumorali e i modelli di xenoinnesto derivati da paziente (PDX). Mentre la coltura di linee cellulari tumorali è semplice, è insufficiente per simulare lo stato di crescita delle cellule tumorali nel corpo del paziente, e i farmaci selezionati da questo sistema hanno un basso valore di applicazione clinica. Sebbene i modelli PDX possano simulare le caratteristiche tumorali in vivo e preservare il microambiente tumorale, hanno limitazioni significative, come tassi di attecchimento stabile relativamente bassi, lunghi cicli di modellizzazione e valutazione (da sei mesi a un anno), essendo dispendiosi in termini di tempo e lavoro, rendendoli difficili da generare e utilizzare per lo screening ad alto rendimento di farmaci [13-16]. Pertanto, per sviluppare strategie di trattamento e prevenzione più personalizzate adattate alle caratteristiche genetiche, ambientali e di stile di vita uniche di un individuo, minimizzando i rischi e ottimizzando i risultati dell'intervento medico, è essenziale sviluppare modelli di test di sensibilità ai farmaci che possano simulare l'eterogeneità e la complessità del cancro alla vescica.

   Gli organoidi, specificamente gli Organoidi Derivati da Paziente (PDO), sono strutture organotipiche tridimensionali formate attraverso l'auto-assemblaggio di cellule staminali in vitro. Possono differenziarsi in molteplici tipi cellulari specifici dell'organo ed esibire interazioni cellula-cellula, interazioni cellula-matrice extracellulare e organizzazione spaziale, ricapitolando così alcune funzioni e strutture chiave di organi umani reali in vitro mantenendo caratteristiche fenotipiche e genetiche stabili. Rispetto alle linee cellulari tumorali bidimensionali e ai modelli PDX, gli organoidi tumorali possono essere coltivati direttamente dal tessuto del paziente. Questi organoidi possono replicare efficacemente proprietà chiave del tumore primario, preservare la morfologia patologica e i meccanismi biologici del tessuto del paziente, mantenere l'eterogeneità tumorale e un microambiente tumorale più autentico, e hanno il vantaggio di un ciclo di crescita breve [17]. Ciò facilita il loro utilizzo per test di sensibilità di farmaci chemioterapici, agenti molecolari mirati, anticorpi anti-tumorali, ecc., in pazienti oncologici clinici, predire la risposta del paziente ai farmaci e ha potenziale per assistere le decisioni di trattamento clinico.

   Nel 2018, uno studio pubblicato su Science ha riportato l'uso di organoidi di cancro gastrointestinale metastatico per test di sensibilità ai farmaci [18]. Questo studio ha confrontato e analizzato le differenze di sensibilità a una serie di farmaci mirati e chemioterapici tra 21 pazienti clinici e i loro corrispondenti PDO, dimostrando una forte coerenza tra i due. Rispetto agli effettivi esiti terapeutici dei pazienti, le previsioni dei PDO erano robuste (sensibilità 100%, specificità 93%, valore predittivo positivo 88% e valore predittivo negativo 100%). Nel 2020, Yao Y et al. [19] hanno utilizzato tessuti bioptici di 112 pazienti con cancro rettale localmente avanzato per costruire 96 organoidi di cancro rettale. Ottanta di questi sono stati selezionati per testare la loro risposta alla chemioradioterapia, e i risultati hanno mostrato che la sensibilità degli organoidi di cancro rettale alla chemioradioterapia era altamente coerente con le risposte cliniche dei pazienti (sensibilità 78%, specificità 92%, accuratezza 84%). Successivamente, la coerenza tra la risposta ai farmaci dei PDO e la risposta clinica del paziente è stata osservata anche in cancro gastrico, cancro al seno e altri tumori. Yan HHN et al. [20] hanno stabilito una biobanca di organoidi di cancro gastrico utilizzando tessuti tumorali, tessuti normali adiacenti e campioni di metastasi linfonodali di 34 pazienti con cancro gastrico. Tra questi, due casi hanno sviluppato metastasi e hanno ricevuto terapia combinata postoperatoria con cisplatino e 5-FU, entrambi mostrando buone risposte. Un altro caso ha ricevuto chemioterapia preoperatoria e non ha mostrato risposta alla capecitabina postoperatoria. Indagando la sensibilità dei PDO di questi tre casi ai corrispondenti composti, è stato rivelato che la sensibilità ai farmaci dei PDO era completamente coerente con le risposte cliniche dei rispettivi pazienti. Guillen KP et al. [21] hanno generato modelli PDX e PDO da campioni tumorali di pazienti con cancro al seno con resistenza alla terapia endocrina, recidiva e metastasi, e hanno eseguito analisi istomorfologiche, genomiche e di sensibilità ai farmaci su questi campioni. I risultati hanno indicato che sia i modelli PDX che i PDO di cancro al seno ricapitolavano altamente la biologia tissutale e la genomica dei loro tumori di origine, e le loro risposte ai farmaci anti-tumorali erano coerenti. In questo studio, un paziente con cancro al seno triplo negativo di stadio IIA ha sviluppato metastasi epatiche circa un anno dopo aver subito chemioterapia preoperatoria e intervento chirurgico. I ricercatori hanno condotto test di sensibilità ai farmaci in vitro e in vivo sui modelli PDO e PDX costruiti e hanno scoperto che l'inibitore dei microtubuli eribulina aveva il miglior effetto terapeutico. Sulla base di questa scoperta, il paziente è stato guidato a ricevere trattamento con eribulina, risultando in remissione completa delle metastasi epatiche durata quasi 5 mesi. Questi studi forniscono prove preliminari per il potenziale dei PDO di guidare l'uso clinico di farmaci per pazienti oncologici. Ricerche aggiuntive hanno mostrato che confrontando le differenze di risposta ai farmaci tra organoidi normali e PDO, possono essere identificati farmaci altamente selettivi, il che può aiutare a ridurre le tossicità collaterali nei pazienti clinici. Pertanto, condurre test di sensibilità ai farmaci tramite PDO per scoprire il piano di trattamento farmacologico più adatto aiuterà a migliorare l'efficacia clinica per i pazienti oncologici, ridurre le tossicità collaterali, il rischio di resistenza ai farmaci e la probabilità di progressione tumorale, massimizzando il beneficio del paziente.

   Pertanto, sfruttando modelli di organoidi di cancro alla vescica derivati da paziente per condurre test di sensibilità ai farmaci chemioterapici neoadiuvanti per il cancro alla vescica muscolo-invasivo, stabilendo un sistema standardizzato di test di sensibilità ai farmaci per organoidi di cancro alla vescica e formulando criteri di screening per i test di sensibilità ai farmaci degli organoidi di cancro alla vescica, sarà possibile selezionare regimi di combinazione di farmaci neoadiuvanti ottimali. Questo approccio può assistere nello sviluppo di nuovi piani di trattamento individualizzati per l'applicazione clinica e sottoporsi a validazione clinica multicentrica, raggiungendo infine una vera "prova farmacologica avatar".

2. Domande e Obiettivi della Ricerca (Chiarificazione delle Domande Scientifiche e degli Obiettivi della Ricerca)

Domanda di Ricerca: Questo studio utilizza un disegno di studio controllato clinico per confrontare i tassi di sopravvivenza globale a un anno, tre anni e cinque anni tra un gruppo di pazienti che riceve interventi guidati da test di sensibilità ai farmaci degli organoidi e un gruppo di pazienti che riceve trattamento empirico tradizionale. L'analisi di sopravvivenza univariata di Kaplan-Meier sarà utilizzata per confrontare le differenze nella sopravvivenza globale tra i due gruppi. Lo studio mira a valutare il valore applicativo degli esperimenti di sensibilità ai farmaci degli organoidi tumorali nel guidare la chemioterapia neoadiuvante per il cancro alla vescica.

Obiettivo della Ricerca: Osservando l'efficacia clinica della chemioterapia neoadiuvante guidata dal metodo di sensibilità ai farmaci degli organoidi tumorali in pazienti con cancro alla vescica, questo studio mira a valutare il valore applicativo degli esperimenti di sensibilità ai farmaci degli organoidi tumorali nel guidare la chemioterapia neoadiuvante individualizzata per il cancro alla vescica.