Gebruik van een 3D-cultuurmodel voor circulerende tumorcellen in combinatie met moleculaire bioassays bij patiënten met HNSCC-kanker

Opvallend genoeg is kanker, goed voor 7,6 miljoen sterfgevallen (ongeveer 13% van alle sterfgevallen) in 2008, wereldwijd een van de belangrijkste doodsoorzaken, volgens de statistische gegevens van de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO). De WHO schat ook dat er in 2030 wereldwijd twaalf miljoen sterfgevallen door kanker zullen zijn. Jaarlijks wordt in Groot-Brittannië ruim 285.000 mensen gediagnosticeerd met kanker, en de huidige schatting is dat meer dan één op de drie mensen ooit in hun leven een vorm van kanker zal ontwikkelen. In Taiwan is kanker volgens de statistische gegevens van het ministerie van Volksgezondheid (Taiwan) ook een van de belangrijkste doodsoorzaken onder de Taiwanese bevolking. De kosten die gepaard gaan met de zorg en therapie voor kankerpatiënten zijn hoog en vormen een last voor de familie van kankerpatiënten. Daarom is kanker niet alleen een enorme bedreiging voor het menselijk leven, maar heeft het ook ernstige sociale gevolgen en de nationale gezondheid. De strijd tegen kanker is daarom een ​​van de prioritaire taken in het biomedisch onderzoek. Kanker is een verzamelnaam voor een grote groep ziekten die elk deel van het lichaam kunnen aantasten. Andere gebruikte termen zijn kwaadaardige tumoren en neoplasmata. Een bepalend kenmerk van kanker is de snelle vorming van abnormale cellen die buiten hun gebruikelijke grenzen groeien en die vervolgens aangrenzende delen van het lichaam kunnen binnendringen en zich naar andere organen kunnen verspreiden. Dit proces wordt metastase genoemd. Een primaire kanker is een tumormassa die aanwezig is op de plaats van de initiële conversie van een normale cel in een tumorcel. Als alle cellen in de primaire tumor zouden blijven, zou kanker van weinig klinisch belang zijn. Groei van de tumor zou druk veroorzaken op het omliggende weefsel, maar de goed gedefinieerde tumormassa zou op een eenvoudige en permanente manier operatief kunnen worden weggesneden. Niettemin blijven tumorcellen niet altijd op de primaire plaats, maar verplaatsen ze zich door een van de volgende twee processen: (a) invasie, of de beweging van cellen naar aangrenzende ruimte die wordt ingenomen door andere weefsels; en (b) metastase, de verspreiding van cellen naar gebieden die niet direct grenzen aan de primaire tumor, gewoonlijk via de bloedbaan, het lymfestelsel of via de lichaamsruimte. Metastase vindt doorgaans in verschillende stadia plaats: (c) het loskomen van cellen van de primaire tumor, (2) penetratie en migratie van tumorcellen in lymfevaten of bloedvaten, (3) het vasthouden van tumorcellen in bloedvaten van verre organen, (d ) invasie van tumorcellen door de vaatwanden en in het weefsel van secundaire plaatsen, (e) groei van secundaire tumoren op de secundaire plaatsen. Uitzaaiingen van kanker zijn een belangrijke oorzaak van door kanker veroorzaakte dodelijkheid.

Circulerende tumorcellen (CTC's) zijn de zeldzame celsoorten die aanwezig zijn in het perifere bloed en die sinds 1869 zijn gedocumenteerd. Het is algemeen bekend dat de aanwezigheid van CTC's in de bloedsomloop geassocieerd is met metastasen van kanker. De fundamentele studies van CTC's bieden enorme mogelijkheden voor het onderzoeken van de biologische inzichten in de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de uitzaaiing van kanker, aan kanker gerelateerde genmutatie[8] of de ontdekking van biomarkers, wat wetenschappers zowel zou kunnen vergemakkelijken als versnellen om nieuwe therapeutische oplossingen voor de toekomstige kankerzorg te ontwikkelen. . Bovendien wordt aangenomen dat de CTC's in de bloedcirculatie voornamelijk verantwoordelijk zijn voor de progressie of terugval van kanker, en dus voor de hand liggende doelwitten zijn van kankertherapie. Verschillende opkomende onderzoeken hebben aangetoond dat CTC's een realtime tumorbiopsie kunnen zijn die kan worden gebruikt bij de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen en de selectie van therapeutische regimes, waarmee respectievelijk de farmacodynamiek of de klinische respons van CTC's op de behandelingen kan worden vastgesteld. Voor dit laatste klinische nut zijn de reacties van CTC’s op chemotherapie (bijv. gevoeligheid of resistentie tegen geneesmiddelen) kan niet alleen worden gebruikt als leidraad voor de gepersonaliseerde kankerchemotherapie, maar kan ook een klinisch belangrijke indicator zijn voor het monitoren van de therapeutische werkzaamheid op de lange termijn, het terugkeren van de ziekte en de verandering van biologische kenmerken van CTC’s op een realtime en niet-invasieve manier . Dit kan voorspellende informatie opleveren voor de aanpassing van het therapeutische schema gedurende de stadia van de kankerzorg. Voor zover de onderzoekers weten, is het gebruik van CTC's echter beperkt gebleven, voornamelijk vanwege de zeldzaamheid ervan, met een geschatte concentratie van 1 CTC per 105-107 mononucleaire bloedcellen, en deze zeldzaamheid maakt het moeilijk om ze zowel te detecteren als te isoleren. Bovendien is het inzicht van onderzoekers in hun biologische of chemisch-fysische eigenschappen beperkt door de beschikbaarheid van technologieën die ze in voldoende aantallen kunnen isoleren. De hoeveelheid geïsoleerde CTC's is te laag om de laagste monsterlimieten van veel gedetailleerde moleculaire en functionele experimenten te bereiken. Deze factoren, die voortvloeien uit de lage herstelpercentages, vertragen het klinische gebruik van CTC's. Ondanks de beperkingen van de huidige CTC-isolatiemethoden zijn circulerende kankercellen gedetecteerd bij een grote meerderheid van epitheelkankers, zoals borst-, prostaat-, long- en darmkanker. Bij patiënten met metastatische laesies worden vaak CTC's in hun bloed gedetecteerd; deze zijn echter ook gemeld bij sommige gelokaliseerde kankers. Daarom is het ontwikkelen van een betrouwbaar, hoog herstelpercentage met hoge zuiverheid van geïsoleerde CTC's momenteel het meest uitdagend en cruciaal voor verder gedetailleerd onderzoek, de kenmerken van CTC's en het mechanisme van metastase op afstand.

Precisiegeneeskunde is een relatief nieuwe strategie om de beste therapie voor de ziekte van elke patiënt te identificeren, gebaseerd op de genomische karakterisering van de tumor van een individu. Hoewel deze aanpak een enorme belofte inhoudt, hebben de complexe genetische en epigenetische profielen van individuele tumorcellen deze aanpak tot een uitdaging gemaakt. . Een andere benadering voor het voorspellen van de respons op de behandeling is het direct testen van tumorcellen van patiënten in gevestigde tweedimensionale (2D) modellen in screeningstudies voor geneesmiddelen. Recente onderzoeken door Yoshii en collega's hebben aangegeven dat driedimensionale (3D) kweekomstandigheden mogelijk meer een weerspiegeling zijn van de in vivo groeiomstandigheden van tumoren dan 2D-celculturen. Om dit te onderzoeken hebben we eerder 3D-kweekmodellen voor HNSCC opgesteld en vergeleken met 2D-kweken en in vivo tumormodellen.

Van patiënten afkomstige xenotransplantaten (PDX's) worden op grote schaal gebruikt voor screeningstudies voor geneesmiddelen om de beperkingen van 2D-screeningsstudies te overwinnen. PDX-modellen hebben echter ook enkele beperkingen; waaronder lage kankerinplantingspercentages bij naakte muizen, opvallende verschillen in farmacokinetiek tussen twee mensen en muizen, en de lange tijd die nodig is voor geneesmiddelenscreening (4-8 maanden) bij PDX's. Onlangs zijn 3D-celcultuurmodellen gebruikt voor geneesmiddelenscreeningsstudies en biomarkeranalyse. Het opzetten van cellijnen uit 2D-culturen van tumoren afgeleid van patiëntweefsel heeft een laag succespercentage, en alleen geselecteerde tumorcellen kunnen overleven in de 2D-omgeving, wat tot uiting kan komen in een veranderde tumorheterogeniteit ten opzichte van de oorspronkelijke tumor. Bovendien is het algemeen bekend dat langetermijncultuur kan selecteren op genetische veranderingen. Omdat de meeste 3D-kweekmodellen afgeleid van gevestigde 2D-cellijnen niet het oorspronkelijke tumorfenotype behouden, kan de ontwikkeling van 3D-kankerorganoïdeculturen rechtstreeks uit het kankerweefsel van een patiënt, inclusief kankerstamcellen, het karakter van de tumor van de patiënt beter recapituleren dan die welke zijn afgeleid van cellen die eerder als 2D-culturen waren gepasseerd. Hoewel er methoden zijn gepubliceerd om kankerorganoïden bij verschillende soorten kanker te genereren, is er niet geprobeerd HNSCC-kankerorganoïden te vestigen. Daarom waren onderzoekers geïnteresseerd om een ​​HNSCC-kankerorganoïdemodel te ontwikkelen en de eigenschappen ervan te karakteriseren en deze te vergelijken met kenmerken van het origineel.

De Cancer Tissue-Originated Spheroids (CTOS) -methode is een techniek om organoïdelijnen van kanker vast te stellen, gerapporteerd door Kondo et al. waaruit een hoog vastgesteld percentage blijkt bij darmkanker, longkanker en blaaskanker. Bij deze methode worden de verkregen cellijnen gekweekt en in stand gehouden als organoïden. Organoïden hebben het vermogen om dezelfde histologische kenmerken van de oorspronkelijke tumoren te behouden. Bovendien is de populatie van kankerstamcellen zeer vergelijkbaar tussen de oorspronkelijke tumor- en organoïdenlijnen, wat aangeeft dat de CTOS-methode het karakter van de oorspronkelijke tumor kan recapituleren. In dit voorstel proberen onderzoekers de haalbaarheid van de oprichting en karakterisering van HNSCC-organoïden, en het nut van deze cellijnen als model voor het screenen en testen van geneesmiddelen, te evalueren.