オルガノイド技術に基づく術前化学療法薬の有効性評価

1. 研究背景（国内外研究现状を組み合わせて本試験の理論的根拠と意義を述べる）

   膀胱癌は、膀胱の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において第一位を占めています。 この中で、尿路上皮癌が最も一般的であり、膀胱癌症例の90％以上を占めています[1]。 腫瘍の浸潤深度と予後特性に基づき、膀胱癌は臨床的に非筋層浸潤性膀胱癌（NMIBC）と筋層浸潤性膀胱癌（MIBC）に分類されます。 MIBCは新規診断膀胱癌症例の約20％を構成します[2-3]が、その予後はNMIBCよりも有意に悪く、5年全生存率（OS）は約60％〜70％です[4-5]。

   遠隔転移のないT2〜T4a期疾患の患者に対しては、通常、根治的膀胱全摘除術（RC）が一次治療となります。 しかし、RCと骨盤リンパ節郭清を受けたにもかかわらず、約50％の患者が最終的に播種性転移により腫瘍進行を経験します[2-3]。 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します。 シスプラチンを基盤とする術前化学療法（NAC）は、1980年代にMIBCの潜在的治療戦略として初めて評価され、有望な有効性を示しました[6]。 その後の研究は、NAC誘発性のMIBCのダウンステージングと生存率の改善を関連付けています[7-8]。 BA06 30894試験は、膀胱癌におけるこれまでで最大のNAC研究です。 この試験では、976人の患者がRCおよび／または放射線療法の前に、術前シスプラチン、メトトレキサート、ビンブラスチン（CMV）またはNACなしのいずれかを受けました。 中央追跡期間8年で、術前CMVの使用は10年生存率を30％から36％に増加させました（HR、0.84；95％ CI、0.72-0.99； P = .037） [9-10]。 膀胱癌患者にとって、NACは腫瘍細胞を最大限に除去し、腫瘍体積を減少させ、臨床病期を低下させ、それにより完全外科的切除の可能性を高め、外科的操作によって引き起こされる潜在的な腫瘍播種を防ぐことができます。 その結果、シスプラチンを基盤とするNACは、ほとんどの国際的ガイドラインに従って適格なMIBC患者の標準治療となっています[11]。 現在、一般的に使用される術前化学療法剤には以下が含まれます[12]：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... しかし、まさにNAC薬剤の多様性と投与方法の違いにより、化学療法レジメンの選択はしばしば医師の臨床経験または特定の研究結果に依存し、統一された基準を欠き、盲目性、経験主義、および無作為性を特徴としています。 さらに、一部の患者は特定の化学療法剤に対して内在性耐性を示します。 臨床評価が患者の適用薬剤に対する不応性を確認する時点までに、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、患者が代替治療を選択する機会を奪います。 したがって、NAC反応性を評価し、主に耐性のある薬剤を回避し、高感度薬剤を直接選択して個別化化学療法を達成する方法は、NAC研究のホットスポットとなっています。

   癌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ます。 精密かつ個別化された化学療法薬スクリーニング試験を通じて、各患者に対して治療開始前に最も効果的で毒性の少ない治療計画を決定することができます。 個々の患者に合わせた化学療法レジメンを提案することは、膀胱癌における精密治療を達成し、化学療法反応率を改善するための新しい研究方向を表しています。 以前は、より一般的に使用された前臨床モデルは、従来の腫瘍細胞株と患者由来異種移植（PDX）モデルでした。 腫瘍細胞株培養は単純ですが、患者体内での腫瘍細胞の増殖状態を模倣するには不十分であり、このシステムによってスクリーニングされた薬剤は臨床応用価値が低いです。 PDXモデルは生体内腫瘍特性を模倣し、腫瘍微小環境を保存することができますが、比較的低い安定移植率、長いモデリングおよび評価サイクル（6か月から1年）、時間と労力を要するなど、重大な制限があり、高スループット薬剤スクリーニングのために生成および使用することが困難です[13-16]。 したがって、個人の独自の遺伝的、環境的、および生活様式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、医療介入の結果を最適化するためには、膀胱癌の異質性と複雑性を模倣できる薬剤感受性試験モデルを開発することが不可欠です。

   オルガノイド、具体的には患者由来オルガノイド（PDO）は、幹細胞のin vitro自己集合によって形成される三次元器官様構造です。 そ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、および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いくつかの主要な機能と構造をin vitro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します。 二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ます。 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メカニズムを保存し、腫瘍異質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があります[17]。 これは、臨床癌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使用し、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ます。

   2018年、Scienceに掲載された研究は、転移性消化器癌オルガノイドを用いた薬剤感受性試験の使用を報告しました[18]。 この研究は、21人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違いを比較分析し、両者の間に強い一貫性があることを示しました。 患者の実際の治療結果と比較して、PDO予測は強固でした（感度100％、特異度93％、陽性予測値88％、陰性予測値100％）。 2020年、Yao Yら[19]は、局所進行直腸癌112人の生検組織を用いて96の直腸癌オルガノイドを構築しました。 このうち80を選択して化学放射線療法への反応を試験し、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ました（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、および他の腫瘍でも観察されています。 Yan HHNら[20]は、34人の胃癌患者からの腫瘍組織、隣接正常組織、および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ました。 この中で、2症例が転移を発症し、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ました。 別の症例は術前化学療法を受け、術後カペシタビンに反応を示しませんでした。 これら3症例の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ました。 Guillen KPら[21]は、内分泌療法耐性、再発、および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、および薬剤感受性分析を実施しました。 結果は、乳癌PDXおよびPDOモデルの両方が、その由来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ました。 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を受けた約1年後に肝転移を発症しました。 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薬剤感受性試験を実施し、微小管阻害剤エリブリンが最良の治療効果を持つことを発見しました。 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、肝転移の完全寛解が約5か月間持続しました。 これらの研究は、PDOが癌患者の臨床薬剤使用を指導する可能性についての予備的証拠を提供します。 追加の研究は、正常オルガノイドとPDOの間の薬剤反応の違いを比較することにより、高度に選択的な薬剤を特定できることを示しており、これは臨床患者における毒性副作用を軽減するのに役立つ可能性があります。 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、癌患者の臨床的有効性を改善し、毒性副作用、薬剤耐性のリスク、および腫瘍進行の可能性を減少させ、患者の利益を最大化するのに役立ちます。

   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に対する術前化学療法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、最適な術前薬剤併用レジメンを選択することが可能になります。 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」を達成します。

2. 研究課題と目的（科学的課題と研究目的を説明する）

研究課題：本研究は、オルガノイド薬剤感受性試験によって指導された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、および5年全生存率を比較する臨床対照試験デザインを採用します。 単変量カプラン・マイヤー生存分析を用いて、両群間の全生存率の違いを比較します。 この研究は、膀胱癌の術前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しています。

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よって指導された術前化学療法の臨床的有効性を観察することにより、本研究は膀胱癌の個別化術前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しています。