Ocena skuteczności pooperacyjnej chemioterapii adjuwantowej w raku pęcherza moczowego w oparciu o technologię organoidów.

1. Tło badań (Przedstawienie uzasadnienia i znaczenia niniejszego badania na podstawie aktualnych badań krajowych i międzynarodowych)

   Rak pęcherza moczowego jest nowotworem złośliwym wywodzącym się z nabłonka pęcherza moczowego i zajmuje pierwsze miejsce pod względem zachorowalności wśród nowotworów układu moczowo-płciowego w Chinach. Spośród nich rak urotelialny jest najczęstszy, stanowiąc ponad 90% przypadków raka pęcherza moczowego [1]. Klinicznie, na podstawie głębokości naciekania guza w ścianie pęcherza moczowego oraz cech prognostycznych, raka pęcherza moczowego klasyfikuje się na raka pęcherza moczowego bez naciekania mięśniowego (NMIBC) i raka pęcherza moczowego z naciekaniem mięśniowym (MIBC). MIBC stanowi około 20% nowo rozpoznanych przypadków raka pęcherza moczowego [2-3], ale jego rokowanie jest znacznie gorsze niż w przypadku NMIBC, z 5-letnim wskaźnikiem całkowitego przeżycia (OS) wynoszącym około 60%-70% [4-5].

   U pacjentów z chorobą w stadium T2~T4a bez przerzutów odległych standardowym leczeniem jest zwykle radykalna cystektomia (RC) [2-3]. Jednak u pacjentów wysokiego ryzyka z chorobą pT3-pT4 i/lub stanem pN+ M0 5-letnie przeżycie po RC wynosi tylko 25-35% [2, 6-8]. Dlatego połączenie leczenia systemowego z chirurgią odgrywa kluczową rolę w zmniejszaniu wskaźników progresji guza. Wiele badań retrospektywnych wykazało, że chemioterapia uzupełniająca po RC może opóźnić nawrót i poprawić całkowite przeżycie, przynosząc korzyść kliniczną. Skinner i wsp. [9] zgłosili pierwsze badanie randomizowane, które wykazało korzyści dla grupy otrzymującej chemioterapię uzupełniającą pod względem przeżycia wolnego od choroby (DFS) (51% vs. 34%) i całkowitego przeżycia (44% vs. 39%, n.s.) w 5-letniej obserwacji. Kolejne prospektywne badanie randomizowane zgłoszone przez Freiha i wsp. badało korzyść z chemioterapii uzupełniającej CMV po RC u 50 pacjentów z chorobą pT3b-T4, N0/+, M0 [10]. W związku z tym wytyczne zalecają chemioterapię uzupełniającą dla pacjentów wysokiego ryzyka z chorobą pT3~pT4 lub przerzutami do węzłów chłonnych [11]. Obecnie powszechnie stosowane leki do chemioterapii uzupełniającej raka pęcherza moczowego obejmują: cisplatynę, gemcytabinę, metotreksat, winblastynę, doksorubicynę, paklitaksel... Jednak różnorodność leków chemioterapeutycznych i różne metody podawania prowadzą do tego, że wybór schematu leczenia często opiera się na doświadczeniu klinicznym lekarzy lub konkretnych wynikach badań, brakuje jednolitego standardu, a charakterystyczne są empiryzm i przypadkowość. Ponadto niektórzy pacjenci wykazują wrodzoną oporność na niektóre środki chemioterapeutyczne. Do czasu, gdy ocena kliniczna potwierdzi niewrażliwość pacjenta na zastosowany lek, często już wystąpiły poważne działania toksyczne, potencjalnie prowadząc nawet do wielolekooporności (MDR), pozbawiając pacjenta możliwości wyboru alternatywnych metod leczenia. Dlatego to, jak oceniać odpowiedź na chemioterapię, unikać leków pierwotnie opornych i bezpośrednio wybierać wysoce wrażliwe środki, aby osiągnąć zindywidualizowaną chemioterapię, stało się obszarem intensywnych badań.

   Realizacja precyzyjnego leczenia raka w dużej mierze zależy od testów wrażliwości na leki. Poprzez precyzyjne i zindywidualizowane eksperymenty przesiewowe leków chemioterapeutycznych można zidentyfikować najskuteczniejszy i najmniej toksyczny schemat leczenia dla każdego pacjenta przed rozpoczęciem terapii. Opracowanie planów chemioterapii dostosowanych do konkretnego pacjenta reprezentuje nowy kierunek badań mający na celu osiągnięcie precyzyjnego leczenia raka pęcherza moczowego i poprawę skuteczności chemioterapii. Wcześniej częściej stosowanymi modelami przedklinicznymi były tradycyjne linie komórek nowotworowych i ksenoprzeszczepy pochodzące od pacjenta (PDX). Hodowla linii komórek nowotworowych jest prosta, ale niewystarczająca do symulacji stanu wzrostu komórek nowotworowych w organizmie pacjenta, a leki przesiewane za pomocą tego systemu mają niską wartość kliniczną. Chociaż modele PDX mogą symulować charakterystykę guza in vivo i zachować mikrośrodowisko guza, mają istotne ograniczenia, takie jak stosunkowo niskie wskaźniki stabilnego wszczepienia, długie cykle modelowania i oceny (sześć miesięcy do roku), są czasochłonne i pracochłonne, co utrudnia ich generowanie i wykorzystanie do przesiewu wysokoprzepustowego leków [12-15]. Dlatego, aby opracować bardziej spersonalizowane strategie leczenia i zapobiegania dostosowane do unikalnych cech genetycznych, środowiskowych i stylu życia danej osoby, minimalizując ryzyko i optymalizując wyniki interwencji medycznej, niezbędne jest opracowanie modeli testowania wrażliwości na leki, które mogą symulować heterogeniczność i złożoność raka pęcherza moczowego.

   Organoidy, konkretnie Organoidy Pochodzące od Pacjenta (PDO), to trójwymiarowe struktury organotypowe powstające w wyniku samoorganizacji komórek macierzystych in vitro. Mogą różnicować się w wiele typów komórek specyficznych dla narządu i wykazują interakcje komórka-komórka, interakcje komórka-macierz zewnątrzkomórkowa oraz organizację przestrzenną, odtwarzając w ten sposób kluczowe funkcje i struktury rzeczywistych ludzkich narządów in vitro, przy zachowaniu stabilnych cech fenotypowych i genetycznych. W porównaniu z dwuwymiarowymi liniami komórek nowotworowych i modelami PDX, organoidy nowotworowe można hodować bezpośrednio z własnej tkanki pacjenta. Organoidy te mogą skutecznie replikować kluczowe właściwości guza pierwotnego, zachować morfologię patologiczną i mechanizmy biologiczne tkanki pacjenta, zachować heterogeniczność guza i bardziej autentyczne mikrośrodowisko guza oraz mają zaletę krótkiego cyklu wzrostu [16]. Ułatwia to ich wykorzystanie do testowania wrażliwości na leki chemioterapeutyczne, leki ukierunkowane molekularnie, przeciwciała przeciwnowotworowe itp. u klinicznych pacjentów onkologicznych, przewidywania odpowiedzi pacjenta na leki i ma potencjał do wspomagania podejmowania decyzji terapeutycznych w klinice.

   W 2018 roku badanie opublikowane w Science doniosło o wykorzystaniu organoidów przerzutowego raka przewodu pokarmowego do testowania wrażliwości na leki [17]. Badanie to porównało i przeanalizowało różnice we wrażliwości na szereg leków celowanych i chemioterapeutycznych między 21 pacjentami klinicznymi a ich odpowiednimi PDO, wykazując silną zgodność między nimi. W porównaniu z rzeczywistymi wynikami terapeutycznymi pacjentów, przewidywania PDO były solidne (czułość 100%, swoistość 93%, dodatnia wartość predykcyjna 88% i ujemna wartość predykcyjna 100%). W 2020 roku Yao Y i wsp. [18] wykorzystali tkanki z biopsji 112 pacjentów z miejscowo zaawansowanym rakiem odbytnicy do skonstruowania 96 organoidów raka odbytnicy. Osiemdziesiąt z nich wybrano do przetestowania ich odpowiedzi na chemioradioterapię, a wyniki wykazały, że wrażliwość organoidów raka odbytnicy na chemioradioterapię była wysoce zgodna z odpowiedziami klinicznymi pacjentów (czułość 78%, swoistość 92%, dokładność 84%). Następnie zgodność między odpowiedzią PDO na lek a odpowiedzią kliniczną pacjenta zaobserwowano również w raku żołądka, raku piersi i innych nowotworach. Yan HHN i wsp. [19] założyli biobank organoidów raka żołądka wykorzystując tkanki nowotworowe, przyległe tkanki prawidłowe i próbki przerzutów do węzłów chłonnych od 34 pacjentów z rakiem żołądka. Spośród nich w dwóch przypadkach rozwinęły się przerzuty i otrzymały pooperacyjne leczenie skojarzone z cisplatyną i 5-FU, obie wykazując dobrą odpowiedź. Kolejny przypadek otrzymał chemioterapię przedoperacyjną i nie wykazał odpowiedzi na pooperacyjną kapecytabinę. Badanie wrażliwości PDO z tych trzech przypadków na odpowiednie związki wykazało, że wrażliwość na leki PDO była całkowicie zgodna z odpowiedziami klinicznymi poszczególnych pacjentów. Guillen KP i wsp. [20] wygenerowali modele PDX i PDO z próbek guzów pacjentów z rakiem piersi z opornością na terapię endokrynną, nawrotem i przerzutami oraz przeprowadzili analizy histomorfologiczne, genomowe i wrażliwości na leki tych próbek. Wyniki wskazały, że zarówno modele PDX, jak i PDO raka piersi w wysokim stopniu odtwarzały biologię tkanki i genomikę swoich guzów źródłowych, a ich odpowiedzi na leki przeciwnowotworowe były zgodne. W tym badaniu pacjentka z potrójnie ujemnym rakiem piersi w stadium IIA rozwinęła przerzuty do wątroby około rok po poddaniu się chemioterapii przedoperacyjnej i operacji. Badacze przeprowadzili testy wrażliwości na leki in vitro i in vivo na skonstruowanych modelach PDO i PDX i odkryli, że inhibitor mikrotubul eribulina miał najlepszy efekt terapeutyczny. Na podstawie tego odkrycia pacjentkę skierowano na leczenie eribuliną, co doprowadziło do całkowitej remisji przerzutów do wątroby trwającej prawie 5 miesięcy. Badania te dostarczają wstępnych dowodów na potencjał PDO w kierowaniu klinicznym stosowaniem leków u pacjentów onkologicznych. Dodatkowe badania wykazały, że poprzez porównanie różnic w odpowiedzi na lek między organoidami prawidłowymi a PDO można zidentyfikować wysoce selektywne leki, co może pomóc zmniejszyć działania toksyczne u pacjentów klinicznych. Tak więc przeprowadzenie testów wrażliwości na leki za pomocą PDO w celu odkrycia najbardziej odpowiedniego planu leczenia farmakologicznego pomoże poprawić skuteczność kliniczną u pacjentów onkologicznych, zmniejszyć działania toksyczne, ryzyko oporności na leki i prawdopodobieństwo nawrotu guza, maksymalizując korzyść dla pacjenta.

   Dlatego wykorzystanie modeli organoidów raka pęcherza moczowego pochodzących od pacjenta do przeprowadzenia testów wrażliwości na leki dla chemioterapii uzupełniającej w raku pęcherza moczowego z naciekaniem mięśniowym, ustanowienie standaryzowanego systemu testowania wrażliwości na leki organoidów raka pęcherza moczowego oraz opracowanie kryteriów przesiewowych dla testowania wrażliwości na leki organoidów raka pęcherza moczowego umożliwi wybór optymalnych schematów leczenia skojarzonego. Podejście to może pomóc w opracowaniu nowych zindywidualizowanych planów leczenia do zastosowania klinicznego i przejść wieloośrodkową weryfikację kliniczną, ostatecznie osiągając prawdziwe "testowanie leków na awatarze".

2. Pytanie badawcze i cele (Wyjaśnienie pytań naukowych i celów badawczych)

Pytanie badawcze: Niniejsze badanie wykorzystuje projekt kontrolowanego badania klinicznego do porównania jedno-, trzy- i pięcioletnich wskaźników całkowitego przeżycia między grupą pacjentów otrzymujących interwencje kierowane testami wrażliwości na leki organoidów a grupą pacjentów otrzymujących tradycyjne leczenie empiryczne. Jednowymiarowa analiza przeżycia Kaplana-Meiera zostanie użyta do porównania różnic we wskaźnikach nawrotów między obiema grupami. Badanie ma na celu ocenę wartości zastosowania eksperymentów wrażliwości na leki organoidów nowotworowych w kierowaniu chemioterapią raka pęcherza moczowego.

Cel badawczy: Poprzez obserwację skuteczności klinicznej chemioterapii uzupełniającej kierowanej metodą wrażliwości na leki organoidów nowotworowych u pacjentów z rakiem pęcherza moczowego, niniejsze badanie ma na celu ocenę wartości zastosowania eksperymentów wrażliwości na leki organoidów nowotworowych w kierowaniu zindywidualizowanej chemioterapii raka pęcherza moczowego.