Prospectieve primaire menselijke longkanker-organoïden om de respons op de behandeling te voorspellen (Organoids lung)

Een van de belangrijkste belemmeringen voor het bereiken van duurzame reacties bij gevorderde longkanker is intra- en intertumorheterogeniteit, een gemeenschappelijk kenmerk van solide kankers bij de mens. Aangenomen wordt dat tumorheterogeniteit wordt aangedreven door een subpopulatie van tumorcellen die longkanker-initiërende cellen of longkankerstamcellen worden genoemd en die de 'cel of oorsprong' weerspiegelen en zelfvernieuwende en multipotente eigenschappen van deze cellen behouden, maar die zijn getransformeerd. Organoïde technologie heeft het mogelijk gemaakt om normale en getransformeerde 'stamcellen' rechtstreeks van patiënten te kweken zonder enige genetische manipulatie (d.w.z. IPS). Dergelijke normale en kankerorganoïden behouden veel van de eigenschappen van de tumoren en worden beschouwd als een uitstekend in vitro 3D-modelsysteem. In een laboratorium hebben onderzoekers met succes primaire 2D- en 3D-celkweeksystemen opgezet, waaronder organoïden van de proximale bronchus afkomstig van lobectomieën. Ze gebruiken deze systemen om normale weefselcomplicaties bij combinatiebehandelingen te voorspellen. Het is aangetoond dat longstamcelroutes, zoals de NOTCH-signaalroute, vaak gedereguleerd zijn bij longkanker en geassocieerd zijn met een slechter resultaat. In vitro en in preklinische modellen wordt deregulering van de NOTCH-route geassocieerd met resistentie tegen radiotherapie en eerstelijns chemotherapie. Het blokkeren van de NOTCH-route kan dus de respons op de behandeling verbeteren. Checkpoint-remmers hebben de uitkomst van patiënten met gemetastaseerde niet-kleincellige longkanker (NSCLC) in eerste en tweede lijn veranderd, met verbeterde progressievrije overleving (PFS), algehele overleving (OS) en kwaliteit van leven. Van radiotherapie is consequent aangetoond dat het belangrijke elementen van het immuunsysteem activeert die verantwoordelijk zijn voor weerstand tegen immuuntherapie. Straling reguleert MHC-klasse I-moleculen die veel kankercellen missen of slechts slecht tot expressie brengen, tumor-geassocieerde antigenen, provoceert immunogene celdood, activeert dendritische cellen, vermindert regulerende T-cellen (Tregs) in de tumor, verbreedt het T-celrepertoire en verhoogt onder andere de handel in T-cellen. Bestraling kan een geheel of gedeeltelijk slecht of niet-immunogene tumor immunogeen maken. Radiotherapie in combinatie met verschillende vormen van immuuntherapie zoals anti-PD-(L)1, anti-CTLA4, immunocytokines, dendritische celvaccinatie en Toll-like receptor agonisten verbeterden consequent de lokale tumorcontrole en, zeer interessant, leidden tot een betere systemische tumorcontrole (het "abscopale" effect) en de inductie van specifieke kankerimmuniteit met een geheugeneffect. Bovendien, aangezien PD1/PD-L1 wordt opgereguleerd door straling en straling de weerstand voor PD-(L)1-blokkering kan overwinnen, is hun combinatie logisch. De beste timing, sequentiebepaling en dosering van alle modaliteiten is een kwestie van intensief onderzoek. Radiotherapie zou wel eens een integraal onderdeel kunnen worden van immuuntherapie tegen kanker. Desalniettemin ontbreken, zoals bij alle behandelingen, optimale biomarkers voor respons. Ze zouden niet alleen patiëntenselectie mogelijk maken, maar ook inzicht geven in resistentiemechanismen en de identificatie van nieuwe targets of het optimaal gebruik van huidige medicatie en bestraling, zoals dosering en sequencing. Bovendien zijn niet alleen biomarkers voor tumorrespons nodig, maar ook voor bijwerkingen, want die laatste kunnen dosisbeperkend zijn en ertoe leiden dat therapie achterwege blijft bij de meer kwetsbare en oudere patiëntenpopulatie. Vermoedelijke biomarkers voor immuunrespons zijn die geassocieerd met immunogene celdood (ICD). Organoïden worden gegenereerd uit weefselbiopten en zijn een verzameling orgaanspecifieke celtypen die zichzelf in vitro kunnen organiseren op een manier die vergelijkbaar is met de in vivo situatie (3D). Ze hebben de mogelijkheid om diepgaande analyse van het eigen tumormateriaal van de patiënt mogelijk te maken op het moment van diagnose en tijdens progressieve/terugkerende ziekte. Er is momenteel geen gepubliceerd protocol om longkanker-organoïden op lange termijn vast te stellen van longkankerpatiënten. Een dergelijke methodologie zou de prospectieve identificatie van 'op de patiënt afgestemde optimale behandelingen' mogelijk maken, evenals de afleiding van voorspellende biomarkers voor respons en terugval. Behalve organoïden hebben ook xenograft-modellen nog steeds hun verdiensten. Bij xenotransplantaten worden menselijke tumorcellen of -stukjes geïnjecteerd in immuungecompromitteerde muizen. Vooral xenotransplantaten afgeleid van vers menselijk kankerspecimen hebben veel aandacht gekregen omdat dezelfde tumor als bij een individuele patiënt kan worden gekweekt in een muis, waardoor de respons op therapie en de resistentiemechanismen kunnen worden bestudeerd. Patiënt-afgeleide tumor xenotransplantaat (PDX) modellen zijn meer een afspiegeling van de patiëntenpopulatie in termen van de histomorfologische kenmerken van de oudertumoren, het effect van klonale selectie en evolutie op het behoud van de genomische integriteit in PDX's met een lage doorgang in vergelijking met het donorweefsel. Hoewel organoïden veel inzicht kunnen geven in de moleculaire biologie van de respons op verschillende antikankertherapieën, maken in vivo-modellen het testen van nieuwe antikankertherapeutische benaderingen mogelijk, waarbij rekening wordt gehouden met de complexe micro-omgeving van de tumor, die ten minste gedeeltelijk de klinische situatie weerspiegelt. Als een klinisch representatief hulpmiddel dat de biologische eigenschappen van hun respectievelijke tumortype het best recapituleert, kunnen PDX-modellen ook dienen als een belangrijk hulpmiddel bij gepersonaliseerde geneeskundestudies. De tumor kan subcutaan worden getransplanteerd, maar sinds kort ook orthotopisch (bijvoorbeeld een borstkanker wordt getransplanteerd in de borst van een muis) om de interactie tussen de tumor en de omgeving te onderzoeken. In het Maastro-lab hebben we ervaring met verschillende van deze modellen, waaronder orthotope longtumormodellen. Om PDX te genereren, wordt tumormateriaal uit chirurgische specimens gehaald, in kleine stukjes gesneden, subcutaan of direct in de long geïmplanteerd in de ontvangende immuundeficiënte dieren. Een tumor met de mediane groeisnelheid zal serieel in vivo worden getransplanteerd voor verdere therapeutische experimenten. Een speciale bestraler voor kleine dieren in de onderzoeksfaciliteit maakt nauwkeurige lokale bestraling van longtumoren mogelijk met minimale stralingsblootstelling van de omliggende normale weefsels. Geïntegreerd cone beam computertomografie-beeldvormingssysteem maakt longitudinale monitoring van tumorrespons op nieuwe behandelingen mogelijk.