Evaluering av effektiviteten til neoadjuvant kjemoterapimiddel basert på organoidteknologi

1. Forskningsbakgrunn (Angir rasjonaliteten og betydningen av denne studien ved å kombinere innenlands og internasjonal forskningsstatus)

   Blærekreft er en ondartet svulst som stammer fra urotheliet i blæren og rangerer først i forekomst blant urogenitale svulster i Kina. Blant disse er urothelialkarsinom det vanligste, og utgjør over 90 % av blærekrefttilfellene [1]. Basert på dybden av svulstinvasjon og prognostiske egenskaper, klassifiseres blærekreft klinisk i ikke-muskelinvasiv blærekreft (NMIBC) og muskelinvasiv blærekreft (MIBC). MIBC utgjør omtrent 20 % av nydiagnostiserte blærekrefttilfeller [2-3], men prognosen er betydelig dårligere enn for NMIBC, med en 5-års total overlevelsesrate (OS) på omtrent 60 %–70 % [4-5].

   For pasienter med T2–T4a-stadiet sykdom uten fjernt metastase, er radikal cystektomi (RC) typisk den primære behandlingen. Imidlertid, til tross for å gjennomgå RC og bekkenlymfeknodedisseksjon, opplever omtrent 50 % av pasientene til slutt svulstprogresjon på grunn av disseminert metastase [2-3]. Derfor spiller kombinasjon av systemisk terapi med kirurgi en avgjørende rolle i å redusere svulstprogresjonsratene. Cisplatin-basert neoadjuvant kjemoterapi (NAC) ble først evaluert som en potensiell behandlingsstrategi for MIBC på 1980-tallet og viste lovende effekt [6]. Påfølgende studier har knyttet NAC-indusert nedstaging av MIBC med forbedrede overlevelsesrater [7-8]. BA06 30894-forsøket er den største NAC-studien i blærekreft til dags dato. I dette forsøket mottok 976 pasienter enten neoadjuvant cisplatin, metotrexat og vinblastin (CMV) eller ingen NAC før RC og/eller stråleterapi. Med en median oppfølgingsperiode på 8 år, økte bruken av neoadjuvant CMV 10-års overlevelsesraten fra 30 % til 36 % (HR, 0,84; 95 % KI, 0,72–0,99; P = 0,037) [9-10]. For blærekreftpasienter kan NAC maksimalt utrydde svulstceller, redusere svulstvolum, senke klinisk stadium, og dermed øke sjansen for fullstendig kirurgisk reseksjon, og forhindre potensiell svulstdisseminering forårsaket av kirurgisk manipulasjon. Følgelig har cisplatin-basert NAC blitt standardbehandlingen for kvalifiserte MIBC-pasienter i henhold til de fleste internasjonale retningslinjer [11]. For tiden inkluderer vanlig brukte neoadjuvante kjemoterapimidler [12]: cisplatin, gemcitabin, metotrexat, vinblastin, doxorubicin... Imidlertid, nettopp på grunn av variasjonen i NAC-medikamenter og forskjellige administrasjonsmetoder, er valget av kjemoterapiregimer ofte avhengig av legers kliniske erfaring eller spesifikke forskningsfunn, mangler en enhetlig standard, og er preget av blindhet, empirisme og tilfeldighet. Videre viser noen pasienter iboende resistens mot visse kjemoterapimidler. Når klinisk vurdering bekrefter en pasients ufølsomhet for det anvendte medikamentet, har alvorlige toksiske bivirkninger allerede oppstått, potensielt til og med ført til multiresistens (MDR), og fratatt pasienten muligheten til å velge alternative behandlinger. Derfor har hvordan man skal evaluere NAC-respons, unngå primært resistente medikamenter, og direkte velge høyt følsomme midler for å oppnå individualisert kjemoterapi, blitt et fokuspunkt i NAC-forskning.

   Realiserings av presis kreftbehandling avhenger i stor grad av legemiddelfølsomhetstesting. Gjennom presis og individualisert kjemoterapilegemiddelscreeningtest, kan den mest effektive og minst toksiske behandlingsplanen bestemmes for hver pasient før behandlingen starter. Å foreslå et kjemoterapiregime skreddersydd til den individuelle pasienten representerer en ny forskningsretning for å oppnå presisjonsbehandling i blærekreft og forbedre kjemoterapiresponsrater. Tidligere var de mer vanlig brukte prekliniske modellene tradisjonelle svulstcellinjer og pasientavledede xenotransplantatmodeller (PDX). Mens svulstcellinjekultur er enkel, er den utilstrekkelig til å simulere veksttilstanden til svulstceller i pasientens kropp, og medikamentene screenet av dette systemet har lav klinisk applikasjonsverdi. Selv om PDX-modeller kan simulere in vivo svulstegenskaper og bevare svulstmikromiljøet, har de betydelige begrensninger, som relativt lave stabile engraftmentrater, lange modellerings- og evalueringssykluser (seks måneder til ett år), er tid- og arbeidskrevende, og gjør dem vanskelige å generere og bruke for høyt gjennomstrømnings legemiddelscreening [13-16]. Derfor, for å utvikle mer personlig tilpassede behandlings- og forebyggingsstrategier skreddersydd til en persons unike genetiske, miljømessige og livsstilsmessige egenskaper, minimere risiko og optimalisere medisinske intervensjonsresultater, er det avgjørende å utvikle legemiddelfølsomhetstestingsmodeller som kan simulere heterogeniteten og kompleksiteten til blærekreft.

   Organoider, spesifikt Pasientavledede Organoider (PDOs), er tredimensjonale organotypiske strukturer dannet gjennom selvorganisering av stamceller in vitro. De kan differensiere til flere organspesifikke celletyper og utvise celle-celle interaksjoner, celle-ekstracellulær matrise interaksjoner og romlig organisering, og gjenskape dermed noen nøkkelfunksjoner og strukturer av ekte menneskelige organer in vitro samtidig som de opprettholder stabile fenotypiske og genetiske egenskaper. Sammenlignet med todimensjonale svulstcellinjer og PDX-modeller, kan svulstorganoider direkte dyrkes fra en pasients eget vev. Disse organoidene kan effektivt replikere nøkkelegenskaper til den primære svulsten, bevare den patologiske morfologien og biologiske mekanismene til pasientens vev, beholde svulstheterogenitet og et mer autentisk svulstmikromiljø, og har fordelen av en kort vekstsyklus [17]. Dette letter bruken deres for følsomhetstesting av kjemoterapimedikamenter, molekylært målrettede midler, anti-svulst antistoffer, etc., i kliniske kreftpasienter, forutsi pasientrespons på medikamenter, og har potensiale for å assistere klinisk behandlingsbeslutningstaking.

   I 2018 rapporterte en studie publisert i Science bruken av metastatiske gastrointestinale kreftorganoider for legemiddelfølsomhetstesting [18]. Denne studien sammenlignet og analyserte forskjellene i følsomhet for en serie målrettede og kjemoterapeutiske medikamenter mellom 21 kliniske pasienter og deres tilsvarende PDOs, og demonstrerte sterk konsistens mellom de to. Sammenlignet med pasientenes faktiske terapeutiske utfall, var PDO-forutsigelsene robuste (følsomhet 100 %, spesifisitet 93 %, positiv prediktiv verdi 88 %, og negativ prediktiv verdi 100 %). I 2020 brukte Yao Y et al. [19] biopsivev fra 112 pasienter med lokalt avansert rektalkreft til å konstruere 96 rektalkreftorganoider. Åtti av disse ble valgt for å teste deres respons på kjemoradioterapi, og resultatene viste at følsomheten til rektalkreftorganoider for kjemoradioterapi var svært konsistent med pasientenes kliniske responser (følsomhet 78 %, spesifisitet 92 %, nøyaktighet 84 %). Deretter har konsistens mellom PDO-legemiddelrespons og pasientklinisk respons også blitt observert i magekreft, brystkreft og andre svulster. Yan HHN et al. [20] etablerte en magekreftorganoidbiobank ved bruk av svulstvev, tilstøtende normalt vev og lymfeknute metastaseprøver fra 34 magekreftpasienter. Blant disse utviklet to tilfeller metastase og mottok postoperativ kombinasjonsbehandling med cisplatin og 5-FU, begge viste gode responser. Et annet tilfelle mottok preoperativ kjemoterapi og viste ingen respons på postoperativ capecitabin. Undersøkelse av følsomheten til PDOene fra disse tre tilfellene for de tilsvarende forbindelsene avslørte at legemiddelfølsomheten til PDOene var fullstendig konsistent med de kliniske responsene til de respektive pasientene. Guillen KP et al. [21] genererte PDX- og PDO-modeller fra svulstprøver av brystkreftpasienter med endokrin terapiresistens, recidiv og metastase, og utførte histomorfologiske, genomiske og legemiddelfølsomhetsanalyser på disse prøvene. Resultatene indikerte at både brystkreft PDX- og PDO-modeller høyt gjenskapte vevsbiologien og genomikken til deres kilde svulster, og deres responser på anti-svulstmedikamenter var konsistente. I denne studien utviklet en pasient med stadium IIA trippel-negativ brystkreft levermetastase omtrent ett år etter å ha gjennomgått preoperativ kjemoterapi og kirurgi. Forskerne utførte in vitro og in vivo legemiddelfølsomhetstester på de konstruerte PDO- og PDX-modellene og fant at mikrotubulihemmeren eribulin hadde den beste terapeutiske effekten. Basert på dette funnet ble pasienten veiledet til å motta eribulinbehandling, noe som resulterte i fullstendig remisjon av levermetastasen som varte i nesten 5 måneder. Disse studiene gir foreløpig bevis for potensialet til PDOer til å veilede klinisk legemiddelbruk for kreftpasienter. Ytterligere forskning har vist at ved å sammenligne legemiddelresponsforskjellene mellom normale organoider og PDOer, kan høyt selektive medikamenter identifiseres, noe som kan bidra til å redusere toksiske bivirkninger i kliniske pasienter. Dermed vil gjennomføring av legemiddelfølsomhetstesting via PDOer for å oppdage den mest passende legemiddelbehandlingsplanen bidra til å forbedre klinisk effekt for kreftpasienter, redusere toksiske bivirkninger, risikoen for legemiddelresistens og sannsynligheten for svulstprogresjon, og maksimere pasientfordel.

   Derfor, ved å utnytte pasientavledede blærekreftorganoidmodeller til å utføre neoadjuvant kjemoterapilegemiddelfølsomhetstesting for muskelinvasiv blærekreft, etablere et standardisert blærekreftorganoid legemiddelfølsomhetstestingssystem, og formulere screeningskriterier for blærekreftorganoid legemiddelfølsomhetstesting, vil det være mulig å velge optimale neoadjuvante legemiddelkombinasjonsregimer. Denne tilnærmingen kan assistere i å utvikle nye individualiserte behandlingsplaner for klinisk applikasjon og gjennomgå multiklinisk klinisk validering, og til slutt oppnå ekte "avatar legemiddeltesting."

2. Forskningsspørsmål og mål (Belyser de vitenskapelige spørsmålene og forskningsmålene)

Forskningsspørsmål: Denne studien bruker et klinisk kontrollert forsøksdesign for å sammenligne de ettårige, treårige og femårige totale overlevelsesratene mellom en pasientgruppe som mottar intervensjoner veiledet av organoid legemiddelfølsomhetstesting og en pasientgruppe som mottar tradisjonell empirisk behandling. Univariat Kaplan-Meier overlevelsesanalyse vil bli brukt til å sammenligne forskjellene i total overlevelse mellom de to gruppene. Studien har som mål å evaluere applikasjonsverdien av svulstorganoid legemiddelfølsomhetseksperimenter i å veilede neoadjuvant kjemoterapi for blærekreft.

Forskningsmål: Ved å observere den kliniske effekten av neoadjuvant kjemoterapi veiledet av svulstorganoid legemiddelfølsomhetsmetoden i blærekreftpasienter, har denne studien som mål å evaluere applikasjonsverdien av svulstorganoid legemiddelfølsomhetseksperimenter i å veilede individualisert neoadjuvant kjemoterapi for blærekreft.