Ocena skuteczności leków stosowanych w chemioterapii neoadjuwantowej w oparciu o technologię organoidów

1. Tło badań (przedstawienie uzasadnienia i znaczenia tego badania poprzez połączenie stanu badań krajowych i międzynarodowych)

   Rak pęcherza moczowego to złośliwy nowotwór wywodzący się z nabłonka przejściowego 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]. Na podstawie głębokości naciekania guza i cech rokowniczych rak pęcherza moczowego jest klinicznie klasyfikowany na raka pęcherza moczowego nieinwazyjnego mięśniowo (NMIBC) i raka pęcherza moczowego inwazyjnego mięśniowo (MIBC). MIBC stanowi około 20% nowo zdiagnozowanych przypadków raka pęcherza moczowego [2-3], ale jego rokowanie jest znacznie gorsze niż w przypadku NMIBC, z 5-letnim ogólnym przeżyciem (OS) wynoszącym około 60%-70% [4-5].

   Dla pacjentów z chorobą w stadium T2~T4a bez przerzutów odległych radykalna cystektomia (RC) jest zazwyczaj podstawowym leczeniem. Jednak pomimo poddania się RC i limfadenektomii miedniczej, około 50% pacjentów ostatecznie doświadcza progresji guza z powodu rozsianych przerzutów [2-3]. Dlatego połączenie terapii systemowej z chirurgią odgrywa kluczową rolę w zmniejszaniu wskaźników progresji guza. Neoadiuwantowa chemioterapia (NAC) oparta na cisplatynie została po raz pierwszy oceniona jako potencjalna strategia leczenia MIBC w latach 80. XX wieku i wykazała obiecującą skuteczność [6]. Kolejne badania powiązały zmniejszenie zaawansowania MIBC indukowane przez NAC z poprawą wskaźników przeżycia [7-8]. Badanie BA06 30894 jest dotychczas największym badaniem NAC w raku pęcherza moczowego. W tym badaniu 976 pacjentów otrzymało neoadiuwantową cisplatynę, metotreksat i winblastynę (CMV) lub nie otrzymało NAC przed RC i/lub radioterapią. Przy medianie obserwacji wynoszącej 8 lat zastosowanie neoadiuwantowego CMV zwiększyło 10-letni wskaźnik przeżycia z 30% do 36% (HR, 0,84; 95% CI, 0,72-0,99; P = 0,037) [9-10]. Dla pacjentów z rakiem pęcherza moczowego NAC może maksymalnie wyeliminować komórki nowotworowe, zmniejszyć objętość guza, obniżyć stadium kliniczne, zwiększając tym samym szansę na całkowitą resekcję chirurgiczną oraz zapobiec potencjalnemu rozsiewowi guza spowodowanemu manipulacjami chirurgicznymi. W konsekwencji NAC oparta na cisplatynie stała się standardowym leczeniem dla kwalifikujących się pacjentów z MIBC według większości międzynarodowych wytycznych [11]. Obecnie powszechnie stosowane leki w neoadiuwantowej chemioterapii obejmują [12]: cisplatynę, gemcytabinę, metotreksat, winblastynę, doksorubicynę... Jednak właśnie ze względu na różnorodność leków NAC i różne metody podawania, wybór schematów chemioterapii często opiera się na doświadczeniu klinicznym lekarzy lub konkretnych wynikach badań, brakuje jednolitego standardu, a cechuje go ślepotę, empiryzm i przypadkowość. Ponadto niektórzy pacjenci wykazują wewnętrzną oporność na niektóre leki chemioterapeutyczne. Do czasu, gdy ocena kliniczna potwierdzi niewrażliwość pacjenta na zastosowany lek, wystąpiły już ciężkie działania toksyczne, potencjalnie prowadząc nawet do wielolekowej oporności (MDR), pozbawiając pacjenta możliwości wyboru alternatywnych metod leczenia. Dlatego to, jak ocenić odpowiedź na NAC, unikać leków pierwotnie opornych i bezpośrednio wybierać wysoce wrażliwe środki w celu osiągnięcia zindywidualizowanej chemioterapii, stało się gorącym tematem w badaniach nad NAC.

   Realizacja precyzyjnego leczenia raka w dużej mierze zależy od testów wrażliwości na leki. Poprzez precyzyjne i zindywidualizowane testy przesiewowe leków chemioterapeutycznych można określić najbardziej skuteczny i najmniej toksyczny plan leczenia dla każdego pacjenta przed rozpoczęciem terapii. Zaproponowanie schematu chemioterapii dostosowanego do indywidualnego pacjenta reprezentuje nowy kierunek badań mający na celu osiągnięcie precyzyjnego leczenia raka pęcherza moczowego i poprawę wskaźników odpowiedzi na chemioterapię. Wcześniej bardziej powszechnie stosowanymi modelami przedklinicznymi były tradycyjne linie komórek nowotworowych i ksenoprzeszczepy pochodzące od pacjentów (PDX). Chociaż hodowla linii komórek nowotworowych jest prosta, jest niewystarczająca do symulacji stanu wzrostu komórek nowotworowych w ciele pacjenta, a leki przesiewane przez ten system 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 (od sześciu miesięcy do roku), są czasochłonne i pracochłonne, co utrudnia ich wytwarzanie i wykorzystanie do wysokoprzepustowego przesiewu leków [13-16]. Dlatego, aby opracować bardziej spersonalizowane strategie leczenia i profilaktyki 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, w szczególności organoidy pochodzące od pacjentów (PDOs), to trójwymiarowe struktury narządopodobne powstające w wyniku samoorganizacji komórek macierzystych in vitro. Mogą różnicować się w wiele typów komórek specyficznych dla narządu i wykazywać interakcje komórka-komórka, interakcje komórka-macierz zewnątrzkomórkowa oraz organizację przestrzenną, odtwarzając tym samym niektóre kluczowe funkcje i struktury prawdziwych ludzkich narządów in vitro, zachowując jednocześnie stabilne cechy fenotypowe i genetyczne. W porównaniu z dwuwymiarowymi liniami komórek nowotworowych i modelami PDX, organoidy nowotworowe mogą być hodowane bezpośrednio z własnej tkanki pacjenta. Te organoidy 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 [17]. Ułatwia to ich wykorzystanie do testów wrażliwości na leki chemioterapeutyczne, środki celowane molekularnie, przeciwciała przeciwnowotworowe itp. u klinicznych pacjentów z rakiem, przewidywania odpowiedzi pacjenta na leki i ma potencjał do wspomagania podejmowania decyzji klinicznych dotyczących leczenia.

   W 2018 roku badanie opublikowane w Science doniosło o wykorzystaniu organoidów przerzutowego raka przewodu pokarmowego do testów wrażliwości na leki [18]. Badanie to porównało i przeanalizowało różnice we wrażliwości na szereg leków celowanych i chemioterapeutycznych między 21 pacjentami klinicznymi a ich odpowiednimi PDOs, wykazując silną zgodność między nimi. W porównaniu z rzeczywistymi wynikami terapeutycznymi pacjentów, przewidywania PDOs były solidne (czułość 100%, specyficzność 93%, dodatnia wartość predykcyjna 88% i ujemna wartość predykcyjna 100%). W 2020 roku Yao Y i in. [19] wykorzystali biopsje tkanek od 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%, specyficzność 92%, dokładność 84%). Następnie zgodność między odpowiedzią na lek PDO a odpowiedzią kliniczną pacjenta zaobserwowano również w raku żołądka, raku piersi i innych nowotworach. Yan HHN i in. [20] założyli biobank organoidów raka żołądka przy użyciu tkanek nowotworowych, sąsiadujących tkanek prawidłowych i próbek przerzutów do węzłów chłonnych od 34 pacjentów z rakiem żołądka. Spośród nich w dwóch przypadkach rozwinęły się przerzuty i otrzymały pooperacyjną terapię skojarzoną z cisplatyną i 5-FU, obie wykazując dobrą odpowiedź. Inny przypadek otrzymał chemioterapię przedoperacyjną i nie wykazał odpowiedzi na pooperacyjną kapecytabynę. Badanie wrażliwości PDOs z tych trzech przypadków na odpowiednie związki wykazało, że wrażliwość na leki PDOs była całkowicie zgodna z odpowiedziami klinicznymi poszczególnych pacjentów. Guillen KP i in. [21] wygenerowali modele PDX i PDO z próbek guza pacjentek z rakiem piersi z opornością na terapię hormonalną, nawrotem i przerzutami oraz przeprowadzili analizy histomorfologiczne, genomowe i wrażliwości na leki na tych próbkach. Wyniki wskazały, że zarówno modele PDX, jak i PDO raka piersi w wysokim stopniu odtwarzały biologię tkanki i genomikę ich 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 pacjentka została skierowana na leczenie eribuliną, co doprowadziło do całkowitej remisji przerzutów do wątroby trwającej prawie 5 miesięcy. Badania te dostarczają wstępnych dowodów na potencjał PDOs w kierowaniu klinicznym stosowaniem leków u pacjentów z rakiem. Dodatkowe badania wykazały, że poprzez porównanie różnic w odpowiedzi na lek między normalnymi organoidami a PDOs można zidentyfikować wysoce selektywne leki, co może pomóc zmniejszyć działania toksyczne u pacjentów klinicznych. Zatem przeprowadzenie testów wrażliwości na leki za pomocą PDOs w celu odkrycia najbardziej odpowiedniego planu leczenia farmakologicznego pomoże poprawić skuteczność kliniczną u pacjentów z rakiem, zmniejszyć działania toksyczne, ryzyko oporności na leki i prawdopodobieństwo progresji guza, maksymalizując korzyści dla pacjenta.

   Dlatego wykorzystanie modeli organoidów raka pęcherza moczowego pochodzących od pacjentów do przeprowadzenia testów wrażliwości na leki neoadiuwantowej chemioterapii dla mięśniowo-inwazyjnego raka pęcherza moczowego, ustanowienie znormalizowanego 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 skojarzonych schematów leków neoadiuwantowych. To podejście może pomóc w opracowaniu nowych zindywidualizowanych planów leczenia do zastosowania klinicznego i przejść wieloośrodkową walidację kliniczną, ostatecznie osiągając prawdziwe "testowanie leków na awatarach".

2. Pytania badawcze i cele (wyjaśnienie pytań naukowych i celów badawczych)

Pytanie badawcze: Niniejsze badanie wykorzystuje projekt kontrolowanego badania klinicznego w celu porównania rocznych, trzyletnich i pięcioletnich wskaźników ogólnego przeżycia między grupą pacjentów otrzymujących interwencje kierowane testami wrażliwości na leki organoidów a grupą pacjentów otrzymujących tradycyjne leczenie empiryczne. Jednozmiennicza analiza przeżycia Kaplana-Meiera zostanie użyta do porównania różnic w ogólnym przeżyciu między dwiema grupami. Badanie ma na celu ocenę wartości aplikacyjnej eksperymentów wrażliwości na leki organoidów nowotworowych w kierowaniu neoadiuwantową chemioterapią raka pęcherza moczowego.

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