オルガノイド技術に基づく膀胱癌術後補助化学療法の有効性評価

1. 研究背景（国内外研究現状に基づく本研究の理論的根拠と意義の提示）

   膀胱癌は膀胱尿路上皮に由来する悪性腫瘍であり、中国における泌尿生殖器腫瘍の発生率で第一位を占める。 その中で尿路上皮癌が最も多く、膀胱癌症例の90％以上を占める[1]。 臨床的には、腫瘍の膀胱壁への浸潤深度と予後特性に基づき、膀胱癌は非筋層浸潤性膀胱癌（NMIBC）と筋層浸潤性膀胱癌（MIBC）に分類される。 MIBCは新規診断膀胱癌症例の約20％を構成する[2-3]が、その予後はNMIBCより著しく悪く、5年全生存率（OS）は約60％-70％である[4-5]。

   遠隔転移のないT2～T4a期疾患患者に対しては、通常、根治的膀胱全摘除術（RC）が標準治療となる[2-3]。 しかし、pT3-pT4疾患および／またはpN+ M0状態の高リスク患者では、RC後の5年生存率はわずか25-35％である[2, 6-8]。 したがって、全身療法と手術の併用は、腫瘍進行率を低下させる上で重要な役割を果たす。 複数の後ろ向き研究により、RC後の補助化学療法が再発を遅らせ全生存率を改善し、臨床的利益をもたらすことが示されている。 Skinnerら[9]は初の無作為化試験を報告し、補助化学療法群が5年時点で無病生存率（DFS）（51％対34％）と全生存率（44％対39％、n.s.）において利益を示したことを実証した。 Freihaらによって報告された別の前向き無作為化試験では、pT3b-T4、N0／+、M0疾患を有する50例の患者において、RC後の補助CMV化学療法の利益が調査された[10]。 その結果、ガイドラインはpT3～pT4疾患またはリンパ節転移を有する高リスク患者に対して補助化学療法を推奨している[11]。 現在、膀胱癌に用いられる一般的な補助化学療法薬には以下が含まれる：シスプラチン、ゲムシタビン、メトトレキサート、ビンブラスチン、ドキソルビシン、パクリタキセル... しかし、化学療法薬の多様性と異なる投与方法により、治療レジメンの選択はしばしば医師の臨床経験や特定の研究結果に依存し、統一された基準がなく、経験的かつ無作為な特徴を有する。 さらに、一部の患者は特定の化学療法薬に対して内在性耐性を示す。 臨床評価により患者の適用薬剤に対する不応性が確認されるまでには、しばしば重篤な毒性副作用が既に発生しており、多剤耐性（MDR）を引き起こす可能性さえあり、それにより患者が代替治療を選択する機会を奪われる。 したがって、化学療法反応を評価し、一次耐性薬剤を回避し、高感度薬剤を直接選択して個別化化学療法を実現する方法が研究の焦点となっている。

   がんの精密治療の実現は、薬剤感受性試験に大きく依存している。 精密かつ個別化された化学療法薬スクリーニング実験を通じて、治療開始前に各患者に対して最も効果的で毒性の少ない治療レジメンを特定することができる。 患者特異的な化学療法計画の開発は、膀胱癌における精密治療の達成と化学療法効果の改善に向けた新たな研究方向を表している。 以前は、より一般的に用いられていた前臨床モデルは、従来の腫瘍細胞株と患者由来異種移植（PDX）モデルであった。 腫瘍細胞株培養は単純であるが、患者体内における腫瘍細胞の増殖状態を模倣するには不十分であり、このシステムを用いてスクリーニングされた薬剤の臨床応用価値は低い。 PDXモデルは生体内腫瘍特性を模倣し腫瘍微小環境を保持できるが、比較的安定した生着率が低い、モデル構築および評価サイクルが長い（6ヶ月から1年）、時間と労力を要するなど、ハイスループット薬剤スクリーニングのために生成・利用することが困難であるといった重大な限界がある[12-15]。 したがって、個人の独自の遺伝的、環境的、生活習慣的特性に合わせたより個別化された治療および予防戦略を開発し、リスクを最小限に抑え医療介入の成果を最適化するためには、膀胱癌の不均一性と複雑性を模倣できる薬剤感受性試験モデルの開発が急務である。

   オルガノイド、特に患者由来オルガノイド（PDO）は、幹細胞の体外自己組織化によって形成される3次元臓器様構造である。 これらは複数の臓器特異的細胞型に分化し、細胞間相互作用、細胞-細胞外マトリックス相互作用、空間的組織化を示すことができ、それにより実際のヒト臓器の主要な機能と構造を体外で再現しながら、安定した表現型および遺伝的特性を維持する。 2次元腫瘍細胞株およびPDXモデルと比較して、腫瘍オルガノイドは患者自身の組織から直接培養することができる。 これらのオルガノイドは原発腫瘍の主要な特性を効果的に複製し、患者組織の病理学的形態および生物学的機構を保持し、腫瘍不均一性およびより真正な腫瘍微小環境を保持し、短い増殖サイクルという利点を有する[16]。 これは、臨床がん患者における化学療法薬、分子標的薬、抗腫瘍抗体などの感受性試験に利用し、患者の薬剤反応を予測し、臨床治療意思決定を支援する可能性を秘めている。

   2018年、Science誌に掲載された研究は、転移性消化器がんオルガノイドを用いた薬剤感受性試験の使用を報告した[17]。 この研究は、21例の臨床患者とそれに対応するPDOの間で、一連の標的薬および化学療法薬に対する感受性の差異を比較分析し、両者の間に強い一貫性があることを実証した。 患者の実際の治療結果と比較して、PDO予測は堅牢であった（感度100％、特異度93％、陽性予測値88％、陰性予測値100％）。 2020年、Yao Yら[18]は、局所進行直腸癌112例の生検組織を用いて96個の直腸癌オルガノイドを構築した。 これらのうち80個が化学放射線療法への反応を試験するために選ばれ、結果は直腸癌オルガノイドの化学放射線療法に対する感受性が患者の臨床反応と高度に一致することを示した（感度78％、特異度92％、精度84％）。 その後、PDO薬剤反応と患者臨床反応の間の一貫性は、胃癌、乳癌などの腫瘍でも観察されている。 Yan HHNら[19]は、胃癌患者34例の腫瘍組織、隣接正常組織、リンパ節転移サンプルを用いて胃癌オルガノイドバイオバンクを確立した。 その中で、2例が転移を発症し、術後シスプラチンと5-FUの併用療法を受け、両方とも良好な反応を示した。 別の1例は術前化学療法を受け、術後のカペシタビンに対して反応を示さなかった。 これら3例のPDOの対応する化合物に対する感受性を調査したところ、PDOの薬剤感受性はそれぞれの患者の臨床反応と完全に一致していた。 Guillen KPら[20]は、内分泌療法耐性、再発、転移を有する乳癌患者の腫瘍サンプルからPDXおよびPDOモデルを生成し、これらのサンプルに対して組織形態学的、ゲノム的、薬剤感受性分析を行った。 結果は、乳癌PDXおよびPDOモデルの両方が、元の腫瘍の組織生物学およびゲノミクスを高度に再現し、抗腫瘍薬に対する反応が一致することを示した。 この研究では、IIA期トリプルネガティブ乳癌の患者が、術前化学療法と手術の約1年後に肝転移を発症した。 研究者らは構築したPDOおよびPDXモデルに対してin vitroおよびin vivo薬剤感受性試験を行い、微小管阻害剤エリブリンが最良の治療効果を示すことを発見した。 この知見に基づき、患者はエリブリン治療を受けるよう指導され、肝転移は約5ヶ月間完全寛解した。 これらの研究は、PDOががん患者の臨床薬剤使用を指導する可能性について予備的証拠を提供する。 追加研究は、正常オルガノイドとPDOの間の薬剤反応差異を比較することにより、高度に選択的な薬剤を特定でき、臨床患者における毒性副作用の軽減に役立つ可能性があることを示している。 したがって、PDOを介した薬剤感受性試験を実施して最も適切な薬剤治療計画を発見することは、がん患者の臨床効果を改善し、毒性副作用、薬剤耐性のリスク、腫瘍再発の可能性を減少させ、患者利益を最大化するのに役立つであろう。

   したがって、患者由来膀胱癌オルガノイドモデルを活用して筋層浸潤性膀胱癌の補助化学療法に対する薬剤感受性試験を実施し、標準化された膀胱癌オルガノイド薬剤感受性試験システムを確立し、膀胱癌オルガノイド薬剤感受性試験のスクリーニング基準を策定することにより、最適な薬剤併用レジメンを選択することが可能となる。 このアプローチは、臨床応用のための新規個別化治療計画の開発を支援し、多施設臨床検証を受けることができ、最終的に真の「アバター薬剤試験」を達成することができる。

2. 研究課題と目的（科学的課題と研究目的の説明）

研究課題：本研究は臨床対照試験デザインを用いて、オルガノイド薬剤感受性試験に基づく介入を受けた患者群と従来の経験的治療を受けた患者群の間の1年、3年、5年全生存率を比較する。 単変量カプラン・マイヤー生存分析を用いて、両群間の再発率の差異を比較する。 本研究は、膀胱癌化学療法を指導する上での腫瘍オルガノイド薬剤感受性実験の応用価値を評価することを目的とする。

研究目的：膀胱癌患者における腫瘍オルガノイド薬剤感受性法に基づく補助化学療法の臨床効果を観察することにより、本研究は膀胱癌の個別化化学療法を指導する上での腫瘍オルガノイド薬剤感受性実験の応用価値を評価することを目的とする。