Evaluatie van de werkzaamheid van neoadjuvante chemotherapiemedicijnen op basis van organoïdentechnologie

1. Onderzoeksachtergrond (Het motiveren en het belang van deze studie uiteenzetten door nationale en internationale onderzoeksstatus te combineren)

   Blaaskanker is een kwaadaardig gezwel dat ontstaat vanuit het urothelium van de blaas en staat op de eerste plaats qua incidentie onder urogenitale tumoren in China. Hiervan is urotheelcarcinoom het meest voorkomend, goed voor meer dan 90% van de blaaskankergevallen [1]. Op basis van de diepte van tumorinvasie en prognostische kenmerken wordt blaaskanker klinisch ingedeeld in niet-spierinvasieve blaaskanker (NMIBC) en spierinvasieve blaaskanker (MIBC). MIBC vormt ongeveer 20% van de nieuw gediagnosticeerde blaaskankergevallen [2-3], maar de prognose is aanzienlijk slechter dan die van NMIBC, met een 5-jaars totale overleving (OS) van ongeveer 60%-70% [4-5].

   Voor patiënten met T2~T4a-stadiumziekte zonder uitzaaiingen op afstand is radicale cystectomie (RC) meestal de primaire behandeling. Echter, ondanks het ondergaan van RC en bekkenlymfeklierdissectie, ervaart ongeveer 50% van de patiënten uiteindelijk tumorprogressie als gevolg van gedissemineerde metastase [2-3]. Daarom speelt het combineren van systemische therapie met chirurgie een cruciale rol in het verminderen van tumorprogressiepercentages. Op cisplatin gebaseerde neoadjuvante chemotherapie (NAC) werd voor het eerst geëvalueerd als een mogelijke behandelstrategie voor MIBC in de jaren 80 en toonde veelbelovende werkzaamheid [6]. Latere studies hebben NAC-geïnduceerde downstaging van MIBC in verband gebracht met verbeterde overlevingspercentages [7-8]. De BA06 30894-studie is tot nu toe de grootste NAC-studie in blaaskanker. In deze studie kregen 976 patiënten neoadjuvante cisplatin, methotrexaat en vinblastine (CMV) of geen NAC vóór RC en/of radiotherapie. Met een mediane follow-up van 8 jaar verhoogde het gebruik van neoadjuvante CMV het 10-jaars overlevingspercentage van 30% naar 36% (HR, 0,84; 95% BI, 0,72-0,99; P = .037) [9-10]. Voor blaaskankerpatiënten kan NAC tumorcellen maximaal uitroeien, tumorgrootte verminderen, klinisch stadium verlagen, waardoor de kans op volledige chirurgische resectie toeneemt, en potentiële tumordisseminatie veroorzaakt door chirurgische manipulatie voorkomen. Bijgevolg is op cisplatin gebaseerde NAC de standaardbehandeling geworden voor in aanmerking komende MIBC-patiënten volgens de meeste internationale richtlijnen [11]. Momenteel omvatten veelgebruikte neoadjuvante chemotherapeutica [12]: cisplatin, gemcitabine, methotrexaat, vinblastine, doxorubicine... Echter, juist vanwege de verscheidenheid aan NAC-medicijnen en verschillende toedieningsmethoden, berust de selectie van chemotherapieregimes vaak op de klinische ervaring van artsen of specifieke onderzoeksbevindingen, waarbij een uniforme standaard ontbreekt, en wordt gekenmerkt door blindheid, empirisme en willekeur. Bovendien vertonen sommige patiënten intrinsieke resistentie tegen bepaalde chemotherapeutische middelen. Tegen de tijd dat klinische beoordeling de ongevoeligheid van een patiënt voor het toegepaste medicijn bevestigt, hebben zich al ernstige toxische bijwerkingen voorgedaan, mogelijk zelfs leidend tot multi-drug resistentie (MDR), waardoor de patiënt de kans wordt ontnomen om alternatieve behandelingen te kiezen. Daarom is hoe NAC-responsiviteit te evalueren, primair resistente medicijnen te vermijden, en direct hooggevoelige middelen te selecteren om geïndividualiseerde chemotherapie te bereiken een hot topic geworden in NAC-onderzoek.

   De realisatie van precieze kankertherapie hangt grotendeels af van geneesmiddelgevoeligheidstesten. Door precieze en geïndividualiseerde chemotherapie-medicijnscreeningtests kan het meest effectieve en minst toxische behandelplan voor elke patiënt worden bepaald voordat de therapie begint. Het voorstellen van een chemotherapieregime op maat van de individuele patiënt vertegenwoordigt een nieuwe onderzoeksrichting voor het bereiken van precisiebehandeling in blaaskanker en het verbeteren van chemotherapieresponspercentages. Voorheen waren de meer gebruikte preklinische modellen traditionele tumorcellijnen en patiënt-afgeleide xenograft (PDX)-modellen. Hoewel tumorcellijnkweek eenvoudig is, is het onvoldoende om de groeistaat van tumorcellen in het lichaam van de patiënt te simuleren, en de door dit systeem gescreende medicijnen hebben een lage klinische toepassingswaarde. Hoewel PDX-modellen in vivo tumor kenmerken kunnen simuleren en de tumor micro-omgeving behouden, hebben ze aanzienlijke beperkingen, zoals relatief lage stabiele engraftmentpercentages, lange modellerings- en evaluatiecycli (zes maanden tot een jaar), tijdrovend en arbeidsintensief, waardoor ze moeilijk te genereren en te gebruiken zijn voor high-throughput geneesmiddelscreening [13-16]. Daarom is het essentieel om geneesmiddelgevoeligheidstestmodellen te ontwikkelen die de heterogeniteit en complexiteit van blaaskanker kunnen simuleren, om meer gepersonaliseerde behandelings- en preventiestrategieën te ontwikkelen die zijn afgestemd op de unieke genetische, omgevings- en levensstijlkenmerken van een individu, om risico's te minimaliseren en medische interventieresultaten te optimaliseren.

   Organoïden, specifiek Patiënt-Afgeleide Organoïden (PDO's), zijn driedimensionale organotypische structuren gevormd door zelfassemblage van stamcellen in vitro. Ze kunnen differentiëren in meerdere orgaanspecifieke celtypen en vertonen cel-cel interacties, cel-extracellulaire matrix interacties en ruimtelijke organisatie, waardoor ze enkele sleutelfuncties en structuren van echte menselijke organen in vitro nabootsen terwijl ze stabiele fenotypische en genetische kenmerken behouden. Vergeleken met tweedimensionale tumorcellijnen en PDX-modellen, kunnen tumororganoïden direct worden gekweekt uit het eigen weefsel van een patiënt. Deze organoïden kunnen effectief sleutel eigenschappen van de primaire tumor repliceren, de pathologische morfologie en biologische mechanismen van het weefsel van de patiënt behouden, tumorheterogeniteit en een meer authentieke tumor micro-omgeving behouden, en hebben het voordeel van een korte groeicyclus [17]. Dit vergemakkelijkt hun gebruik voor gevoeligheidstesten van chemotherapiemedicijnen, moleculair gerichte middelen, antitumor antilichamen, etc., bij klinische kankerpatiënten, het voorspellen van patiëntrespons op medicijnen, en heeft potentieel om klinische behandelingsbeslissingen te ondersteunen.

   In 2018 rapporteerde een studie gepubliceerd in Science het gebruik van gemetastaseerde gastro-intestinale kankerorganoïden voor geneesmiddelgevoeligheidstesten [18]. Deze studie vergeleek en analyseerde de verschillen in gevoeligheid voor een reeks gerichte en chemotherapeutische medicijnen tussen 21 klinische patiënten en hun corresponderende PDO's, en toonde sterke consistentie tussen de twee. Vergeleken met de daadwerkelijke therapeutische uitkomsten van de patiënten, waren de PDO-voorspellingen robuust (sensitiviteit 100%, specificiteit 93%, positief voorspellende waarde 88%, en negatief voorspellende waarde 100%). In 2020 gebruikten Yao Y et al. [19] biopsieweefsels van 112 patiënten met lokaal gevorderd rectumcarcinoom om 96 rectumkankerorganoïden te construeren. Tachtig hiervan werden geselecteerd om hun respons op chemoradiotherapie te testen, en de resultaten toonden dat de gevoeligheid van rectumkankerorganoïden voor chemoradiotherapie zeer consistent was met de klinische responsen van de patiënten (sensitiviteit 78%, specificiteit 92%, nauwkeurigheid 84%). Vervolgens is consistentie tussen PDO-medicijnrespons en patiëntklinische respons ook waargenomen bij maagkanker, borstkanker en andere tumoren. Yan HHN et al. [20] stelden een maagkankerorganoïde biobank op met tumorweefsels, aangrenzend normaal weefsel en lymfekliermetastase monsters van 34 maagkankerpatiënten. Hiervan ontwikkelden twee gevallen metastase en kregen postoperatieve combinatietherapie met cisplatin en 5-FU, beide met goede responsen. Een ander geval kreeg preoperatieve chemotherapie en vertoonde geen respons op postoperatieve capecitabine. Onderzoek naar de gevoeligheid van de PDO's van deze drie gevallen voor de corresponderende verbindingen onthulde dat de geneesmiddelgevoeligheid van de PDO's volledig consistent was met de klinische responsen van de respectievelijke patiënten. Guillen KP et al. [21] genereerden PDX- en PDO-modellen uit tumor monsters van borstkankerpatiënten met endocriene therapieresistentie, recidief en metastase, en voerden histomorfologische, genomische en geneesmiddelgevoeligheidsanalyses uit op deze monsters. De resultaten gaven aan dat zowel borstkanker PDX- als PDO-modellen de weefselbiologie en genomica van hun bron tumoren sterk nabootsten, en hun responsen op antitumor medicijnen consistent waren. In deze studie ontwikkelde een patiënt met stadium IIA triple-negatieve borstkanker levermetastase ongeveer een jaar na het ondergaan van preoperatieve chemotherapie en chirurgie. De onderzoekers voerden in vitro en in vivo geneesmiddelgevoeligheidstesten uit op de geconstrueerde PDO- en PDX-modellen en vonden dat de microtubulusremmer eribuline het beste therapeutische effect had. Op basis van deze bevinding werd de patiënt begeleid om eribulinebehandeling te ondergaan, resulterend in volledige remissie van de levermetastase gedurende bijna 5 maanden. Deze studies leveren preliminair bewijs voor het potentieel van PDO's om klinisch geneesmiddelgebruik voor kankerpatiënten te begeleiden. Aanvullend onderzoek heeft aangetoond dat door het vergelijken van de geneesmiddelresponsverschillen tussen normale organoïden en PDO's, hoog selectieve medicijnen kunnen worden geïdentificeerd, wat kan helpen toxische bijwerkingen bij klinische patiënten te verminderen. Dus, het uitvoeren van geneesmiddelgevoeligheidstesten via PDO's om het meest geschikte medicijnbehandelplan te ontdekken, zal helpen de klinische werkzaamheid voor kankerpatiënten te verbeteren, toxische bijwerkingen, het risico op medicijnresistentie en de kans op tumorprogressie te verminderen, waardoor patiëntvoordeel wordt gemaximaliseerd.

   Daarom, door gebruik te maken van patiënt-afgeleide blaaskankerorganoïde modellen om neoadjuvante chemotherapie geneesmiddelgevoeligheidstesten uit te voeren voor spierinvasieve blaaskanker, een gestandaardiseerd blaaskankerorganoïde geneesmiddelgevoeligheidstestsysteem op te zetten, en screeningscriteria voor blaaskankerorganoïde geneesmiddelgevoeligheidstesten te formuleren, zal het mogelijk zijn optimale neoadjuvante medicijncombinatieregimes te selecteren. Deze aanpak kan helpen nieuwe geïndividualiseerde behandelplannen te ontwikkelen voor klinische toepassing en multi-center klinische validatie te ondergaan, uiteindelijk ware "avatar geneesmiddeltesten" te bereiken.

2. Onderzoeksvragen en Doelstellingen (De wetenschappelijke vragen en onderzoeksdoelstellingen uiteenzetten)

Onderzoeksvraag: Deze studie gebruikt een klinische gecontroleerde trialopzet om de éénjarige, driejarige en vijfjarige totale overlevingspercentages te vergelijken tussen een patiëntengroep die interventies ondergaat begeleid door organoïde geneesmiddelgevoeligheidstesten en een patiëntengroep die traditionele empirische behandeling ondergaat. Univariate Kaplan-Meier overlevingsanalyse zal worden gebruikt om de verschillen in totale overleving tussen de twee groepen te vergelijken. De studie beoogt de toepassingswaarde van tumororganoïde geneesmiddelgevoeligheidsexperimenten in het begeleiden van neoadjuvante chemotherapie voor blaaskanker te evalueren.

Onderzoeksdoelstelling: Door de klinische werkzaamheid van neoadjuvante chemotherapie begeleid door de tumororganoïde geneesmiddelgevoeligheidsmethode bij blaaskankerpatiënten te observeren, beoogt deze studie de toepassingswaarde van tumororganoïde geneesmiddelgevoeligheidsexperimenten in het begeleiden van geïndividualiseerde neoadjuvante chemotherapie voor blaaskanker te evalueren.