Prospektive primære humane lungekreftorganoider for å forutsi behandlingsrespons (Organoids lung)

En av de viktigste barrierene for å oppnå varige responser ved avansert lungekreft er intra- og intertumorheterogenitet, et vanlig trekk ved solide kreftformer hos mennesker. Tumorheterogenitet antas å være drevet av en underpopulasjon av tumorceller kalt lungekreftinitierende celler eller lungekreftstamceller som reflekterer "cellen eller opprinnelsen" og opprettholder selvfornyende og multipotente egenskaper til disse cellene, men som er transformert. Organoid-teknologi har muliggjort dyrking av normale og transformerte "stamceller" direkte fra pasienter uten noen genetisk manipulasjon (dvs. IPS). Slike normale organoider og kreftorganoider opprettholder mange av egenskapene til svulstene og antas å være et utmerket in vitro 3D-modellsystem. I et laboratorium har etterforskere med suksess etablert primære 2D- og 3D-cellekultursystemer inkludert organoider fra den proksimale bronkusen som kommer fra lobectomies. De bruker disse systemene til å forutsi normal vevskomplikasjon til kombinasjonsbehandlinger. Det har blitt demonstrert at lungestamcelleveier som NOTCH-signalveien ofte er deregulert i lungekreft og er assosiert med et dårligere resultat. In vitro og i prekliniske modeller er deregulering av NOTCH-banen assosiert med resistens mot strålebehandling og førstelinjekjemoterapi. Blokkering av NOTCH-banen kan dermed forbedre behandlingsresponsen. Checkpoint-hemmere har endret utfallet av pasienter med metastatisk ikke-småcellet lungekreft (NSCLC) i første og andre linje, med forbedret progresjonsfri overlevelse (PFS), total overlevelse (OS) og livskvalitet. Strålebehandling har konsekvent vist seg å aktivere nøkkelelementer i immunsystemet som er ansvarlige for motstand mot immunterapi. Stråling oppregulerer MHC-klasse I-molekyler som mange kreftceller mangler eller kun dårlig uttrykker, tumorassosierte antigener, provoserer immunogen celledød, aktiverer dendrittiske celler, reduserer regulatoriske T-celler (Tregs) i svulsten, utvider T-celle-repertoaret og øker handel med T-celler, blant mange andre effekter. Stråling kan omdanne en helt eller delvis dårlig eller ikke-immunogen tumor immunogen. Strålebehandling i kombinasjon med ulike former for immunterapi som anti-PD-(L)1, anti-CTLA4, immuncytokiner, dendrittiske cellevaksinasjon og Toll-lignende reseptoragonister forbedret konsekvent lokal tumorkontroll og meget interessant nok, førte til bedre systemisk tumorkontroll (den "abskopale" effekten) og induksjon av spesifikk anti-kreft immunitet med en minneeffekt. Dessuten, siden PD1/PD-L1 er oppregulert av stråling og stråling kan overvinne motstand for PD-(L)1-blokkering, er kombinasjonen deres logisk. Den beste timingen, sekvenseringen og doseringen av alle modaliteter er et spørsmål om intens forskning. Strålebehandling kan godt bli en integrert del av immunterapi mot kreft. Likevel, som med alle behandlinger, mangler optimale biomarkører for respons. De ville ikke bare tillate pasientvalg, men ville også gi innsikt i motstandsmekanismer og identifisering av nye mål eller optimal bruk av gjeldende medisiner og stråling, som dosering og sekvensering. Dessuten er det ikke bare nødvendig med biomarkører for tumorrespons, men også for bivirkninger, for sistnevnte kan være dosebegrensende og resultere i utelatelse av terapi hos den mer skrøpelige og eldre pasientpopulasjonen. Putative biomarkører for immunrespons er de som er assosiert med immunogen celledød (ICD). Organoider genereres fra vevsbiopsier, og er en samling av organspesifikke celletyper som er i stand til å selvorganisere in vitro på en måte som ligner in vivo-situasjonen (3D). De har evnen til å forenkle dybdeanalyse av pasientens eget tumormateriale ved diagnosepunktet og under progressiv/residiverende sykdom. Det er foreløpig ingen publisert protokoll for å etablere langsiktige lungekreftorganoider fra lungekreftpasienter. En slik metodikk vil muliggjøre prospektiv identifikasjon av "pasienttilpassede optimale behandlinger" så vel som utledning av prediktive biomarkører for respons og tilbakefall. Bortsett fra organoider har xenograft-modeller også fortsatt sine fordeler. I xenotransplantater injiseres humane tumorceller eller biter i immunkompromitterte mus. Spesielt xenotransplantater avledet fra ferske humane kreftprøver har fått mye oppmerksomhet for den samme svulsten som hos en individuell pasient kan dyrkes i en mus som gjør det mulig å studere responsen på terapi og mekanismene for resistens. Pasientavledede tumor xenograft (PDX)-modeller reflekterer mer pasientpopulasjonen når det gjelder foreldresvulstenes histomorfologiske egenskaper, effekten av klonal seleksjon og evolusjon på opprettholdelse av genomisk integritet i lavpassasje-PDX sammenlignet med donorvevet. Mens organoider kan gi mange innsikter i molekylærbiologien til responsen på ulike anti-kreftterapier, tillater in vivo-modeller å teste nye anti-kreft-terapeutiske tilnærminger som tar i betraktning komplekst tumormikromiljø som i det minste delvis gjenspeiler klinisk situasjon. Som et klinisk representativt verktøy som best rekapitulerer de biologiske egenskapene til deres respektive tumortype, kan PDX-modeller også tjene som et viktig hjelpemiddel i personlige medisinstudier. Svulsten kan transplanteres subkutant, men i senere tid også ortotopisk (f.eks. transplanteres en brystkreft i brystet til en mus) for å undersøke interaksjonen mellom svulsten og miljøet. I Maastro lab har vi erfaring med en rekke av disse modellene, inkludert ortotopiske lungetumormodeller. For å generere PDX vil tumormateriale bli hentet fra kirurgiske prøver, kuttet i små stykker, transplantert i mottakerens immundefekte dyr, enten subkutant eller implantert direkte i lungen. En svulst med median veksthastighet vil bli serietransplantert in vivo for ytterligere terapeutiske eksperimenter. Dedikert bestråler for smådyr i etterforskernes anlegg muliggjør presis lokal bestråling av lungesvulster med minimal strålingseksponering av det omkringliggende normale vevet. Integrert cone beam computertomografi avbildningssystem tillater langsgående overvåking av tumorrespons på nye behandlinger.