오가노이드 기술 기반의 국소 진행성 또는 전이성 방광암에서 항-HER2 항체-약물 접합체(ADC)의 효능 평가.

1. 연구 배경 (국내외 연구 현황에 기반한 근거 및 중요성)

   방광암은 방광 요로상피에서 기원한 악성 종양으로, 중국에서 비뇨생식기 종양 중 발생률 1위를 차지합니다. 요로상피암이 가장 흔한 유형으로, 방광암 사례의 90% 이상을 차지합니다 [1]. 방광암 환자의 약 5%는 전이성 질환으로 진단되며, 이를 전이성 방광암(MBC)이라고 합니다 [2-4]. 연구에 따르면 MBC 환자의 중앙 무진행 생존 기간(PFS)은 7개월이고, 중앙 전체 생존 기간(OS)은 15개월입니다 [5, 6].

   절제 불가능한 국소 진행성 또는 원격 전이성 방광암 환자의 경우, 백금 기반 병용 화학요법(CC)이 여전히 표준 1차 치료법입니다 [7]. 최근 몇 년 동안 의학 기술의 지속적인 발전으로 새로운 화학요법제, 표적치료제 및 면역관문억제제의 출현은 MBC의 1차 화학요법 진행 후 치료 옵션을 크게 늘렸으며, 유망한 효능을 보여주고 있습니다 [8]. 트라스투주맙 기반 치료법으로 대표되는 항-HER2 항체-약물 접합체(ADC)가 이러한 옵션 중 하나입니다. 인간 표피 성장 인자 수용체 2(HER2)는 세포 증식, 분화 및 생존을 자극하는 데 관여하는 막횡단 티로신 키나제 수용체입니다 [9]. HER2 과발현은 유방암, 위암 및 요로상피암을 포함한 다양한 악성 종양의 발생 및 진행에 중요한 역할을 하며 [10], 종종 생물학적으로 공격적인 종양 표현형, 불량한 예후, 질병 재발 위험 증가 및 화학요법의 제한된 이점과 관련이 있습니다 [9, 11-13]. 방광 요로상피암에서 HER2 단백질 과발현(면역조직화학[IHC] 2+ 및 3+)의 비율은 18.1%에서 36%까지이며 [14-16], HER2 유전자 증폭은 사례의 10%에서 23%에서 관찰됩니다 [14, 16-17]. 연구에 따르면 항-HER2 ADC 약물은 국소 진행성 절제 불가능 또는 전이성 요로상피암 환자를 치료하는 데 좋은 효능과 안전성을 보여주며, 이 인구에 상당한 임상적 이점을 제공합니다 [18]. 2021년 6월, 디시타맙 베도틴(RC-48, RemeGen Co., Ltd.)은 중국에서 HER2 양성 국소 진행성 또는 전이성 요로상피암 치료를 위해 승인되었습니다 [10]. HER2 단백질 발현 상태는 일반적으로 IHC를 사용하여 평가됩니다 [10]. 그러나 현재 요로상피암에서 HER2 단백질 발현 상태에 대한 국제적으로 표준화된 검출 프로토콜이나 해석 기준이 없습니다. 이는 서로 다른 임상 센터 간 HER2 발현 평가에서 상당한 불일치를 초래하며, 항-HER2 ADC 치료 적격 환자 선택과 임상 연구의 표준화에 직접적인 영향을 미칩니다. 또한, HER2 유전자 증폭 상태에 대한 형광 제자리 혼성화(FISH) 검사도 치료 지도에 임상적 중요성을 가집니다 [10]. 임상 연구에 따르면 HER2 ADC 약물은 HER2 단백질 과발현(IHC 2+)이지만 FISH 결과가 음성인 요로상피암 환자에게도 효과적이며 [18, 19], 임상적으로는 단백질 검출이 음성이지만 FISH가 양성인 경우에도 이점을 보는 환자가 있습니다. 이러한 발견은 IHC나 FISH 결과 중 어느 하나만으로 디시타맙 베도틴 사용을 완전히 지도할 수 없음을 나타냅니다. 임상 평가에서 환자가 투여된 약물에 대해 불감성임이 결정될 때, 심각한 독성 부작용이 이미 발생한 경우가 많으며, 질병 진행은 환자가 대체 치료 기회를 박탈할 수 있습니다. 따라서, 높은 약물 감수성을 가진 환자에 대한 치료 선택을 지도하기 위해 국소 진행성 또는 전이성 방광암 환자의 항-HER2 항체-약물 접합체에 대한 반응을 평가하는 것은, 정밀하고 개별화된 종양 치료를 달성하기 위해 현재 연구 초점이 되고 있습니다.

   정밀 암 치료의 실현은 약물 감수성 검사에 크게 의존합니다. 정밀하고 개별화된 약물 선별 실험을 통해 치료 시작 전 각 환자에게 가장 효과적이고 독성이 적은 치료 요법을 식별할 수 있습니다. 환자 맞춤형 치료 계획을 개발하는 것은 방광암에서 정밀 치료를 달성하고 약물 효능을 개선하기 위한 새로운 연구 방향을 나타냅니다. 이전에는 일반적으로 사용되는 전임상 모델로 전통적인 종양 세포주와 환자 유래 이종 이식(PDX) 모델이 포함되었습니다. 종양 세포주 배양은 간단하지만 환자 체내 종양 세포의 성장 상태를 시뮬레이션하기에는 부족하며, 이러한 시스템을 사용하여 선별된 약물은 임상 번역 가치가 낮습니다. PDX 모델은 체내 종양 특성과 종양 미세환경을 보존할 수 있지만, 상대적으로 낮은 안정적 이식률, 긴 모델링 및 평가 주기(6개월에서 1년), 시간과 노동이 많이 들어 고처리량 약물 선별에 생성 및 활용하기 어렵다는 중대한 한계가 있습니다 [20-23]. 따라서, 개인의 고유한 유전적, 환경적 및 생활 방식 특성에 맞춰 위험을 최소화하고 의학적 중재 결과를 최적화하기 위해, 방광암의 이질성과 복잡성을 시뮬레이션할 수 있는 약물 감수성 검사 모델을 개발하는 것이 필수적입니다.

   오가노이드, 특히 환자 유래 오가노이드(PDO)는 체외에서 줄기세포의 자기 조립을 통해 형성된 3차원 장기형 구조입니다. 그들은 여러 장기 특이적 세포 유형으로 분화할 수 있으며 세포-세포 상호작용, 세포-세포외 기질 상호작용 및 공간적 조직화를 나타내어, 안정적인 표현형 및 유전적 특성을 유지하면서 실제 인간 장기의 주요 기능과 구조를 체외에서 재현합니다. 2차원 종양 세포주 및 PDX 모델과 비교하여, 종양 오가노이드는 환자 자신의 조직에서 직접 배양될 수 있습니다. 이러한 오가노이드는 원발 종양의 주요 특성을 효과적으로 복제할 수 있으며, 환자 조직의 병리학적 형태 및 생물학적 메커니즘을 보존하고, 종양 이질성과 더 진실된 종양 미세환경을 유지하며, 짧은 성장 주기의 장점이 있습니다 [24]. 이는 임상 암 환자에서 화학요법제, 분자 표적제 및 항종양 항체에 대한 감수성 검사에 사용하고, 환자의 약물 반응을 예측하며, 임상 치료 결정을 지원하는 데 잠재력을 가지고 있습니다.

   2018년, Science에 발표된 연구는 전이성 위장관암 오가노이드를 사용한 약물 감수성 검사를 보고했습니다 [25]. 이 연구는 21명의 임상 환자와 그에 상응하는 PDO 간 일련의 표적 및 화학요법제에 대한 감수성 차이를 비교 분석하여, 두 그룹 간 강력한 일관성을 보여주었습니다. 환자의 실제 치료 결과와 비교하여, PDO 예측은 강력했습니다(감도 100%, 특이도 93%, 양성 예측값 88%, 음성 예측값 100%). 2020년, Yao Y 등 [26]은 국소 진행성 직장암 환자 112명의 생검 조직을 사용하여 96개의 직장암 오가노이드를 구축했습니다. 이 중 80개를 선택하여 화학방사선요법에 대한 반응을 테스트한 결과, 직장암 오가노이드의 화학방사선요법에 대한 감수성이 환자의 임상 반응과 매우 일관되었습니다(감도 78%, 특이도 92%, 정확도 84%). 이후, PDO 약물 반응과 환자 임상 반응 간의 일관성은 위암, 유방암 및 기타 종양에서도 관찰되었습니다. Yan HHN 등 [27]은 위암 환자 34명의 종양 조직, 인접 정상 조직 및 림프절 전이 샘플을 사용하여 위암 오가노이드 생물은행을 구축했습니다. 그 중 두 건은 전이를 발생시켰고 시스플라틴과 5-FU의 수술 후 병용 치료를 받았으며, 둘 다 좋은 반응을 보였습니다. 또 다른 한 건은 수술 전 화학요법을 받았고 수술 후 카페시타빈에 반응하지 않았습니다. 이 세 건의 PDO에 대한 해당 화합물의 감수성을 조사한 결과, PDO의 약물 감수성이 각 환자의 임상 반응과 완전히 일치함을 밝혔습니다. Guillen KP 등 [28]은 내분비 치료 내성, 재발 및 전이가 있는 유방암 환자의 종양 샘플에서 PDX 및 PDO 모델을 생성하고, 이러한 샘플에 대해 조직형태학적, 유전체학적 및 약물 감수성 분석을 수행했습니다. 결과는 유방암 PDX 및 PDO 모델 모두 원본 종양의 조직 생물학 및 유전체학을 높이 재현하며, 항종양 약물에 대한 반응이 일치함을 나타냈습니다. 이 연구에서, IIA기 삼중 음성 유방암 환자는 수술 전 화학요법과 수술 후 약 1년 후에 간 전이를 발생시켰습니다. 연구자들은 구축된 PDO 및 PDX 모델에 대해 체외 및 체내 약물 감수성 검사를 수행했고, 미세소관 억제제 에리불린이 최상의 치료 효과를 가짐을 발견했습니다. 이 발견을 바탕으로 환자는 에리불린 치료를 받도록 지도받았으며, 그 결과 간 전이가 거의 5개월 동안 완전 관해되었습니다. 이러한 연구는 PDO가 암 환자의 임상 약물 사용을 지도할 수 있는 잠재력에 대한 예비 증거를 제공합니다. 추가 연구는 정상 오가노이드와 PDO 간의 약물 반응 차이를 비교함으로써 고도로 선택적인 약물을 식별할 수 있음을 보여주었으며, 이는 임상 환자의 독성 부작용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 따라서, PDO를 통한 약물 감수성 검사를 수행하여 가장 적합한 약물 치료 계획을 발견하는 것은 암 환자의 임상 효능을 개선하고, 독성 부작용, 약물 내성 위험 및 종양 진행 가능성을 줄여 환자 이익을 극대화하는 데 도움이 될 것입니다.

   따라서, 환자 유래 방광암 오가노이드 모델을 활용하여 국소 진행성 또는 전이성 방광암에 대한 항-HER2 항체-약물 접합체 감수성 검사를 수행하고, 표준화된 방광암 오가노이드 약물 감수성 검사 시스템을 구축하며, 방광암 오가노이드 약물 감수성 검사에 대한 선별 기준을 수립함으로써, 이러한 환자에서 항-HER2 ADC 치료의 임상 효능을 평가할 수 있습니다. 이 접근법은 임상 적용을 위한 새로운 개별화 치료 계획 개발을 지원하고 다기관 임상 검증을 거쳐 궁극적으로 진정한 "아바타 약물 검사"를 달성할 수 있습니다.

2. 연구 질문 및 목표 (과학적 질문 및 연구 목표)

연구 질문: 이 연구는 오가노이드 약물 감수성 검사에 의해 지도된 중재를 받는 환자 그룹과 IHC에 의해 결정된 HER2 단백질 발현 수준에 기반하여 치료 선택이 이루어지는 환자 그룹 간의 1년, 2년 및 3년 전체 생존율을 비교하기 위해 임상 대조 시험 설계를 사용합니다. 단변량 카플란-마이어 생존 분석을 사용하여 두 그룹 간 전체 생존의 차이를 비교할 것입니다. 연구는 방광암에 대한 항-HER2 ADC 치료를 지도하는 데 종양 오가노이드 약물 감수성 실험의 적용 가치를 평가하는 것을 목표로 합니다.

연구 목표: 방광암 환자에서 종양 오가노이드 약물 감수성 방법에 의해 지도된 항-HER2 ADC 치료의 임상 효능을 관찰함으로써, 이 연구는 방광암에 대한 항-HER2 ADC 약물의 개별화 치료를 지도하는 데 종양 오가노이드 약물 감수성 실험의 적용 가치를 평가하는 것을 목표로 합니다.