Prospektywne pierwotne organoidy ludzkiego raka płuc do przewidywania odpowiedzi na leczenie (Organoids lung)

Jedną z najważniejszych barier w osiąganiu trwałych odpowiedzi w zaawansowanym raku płuca jest heterogeniczność wewnątrz- i międzynowotworowa, wspólna cecha ludzkich raków litych. Uważa się, że heterogenność nowotworu jest napędzana przez subpopulację komórek nowotworowych określanych jako komórki inicjujące raka płuc lub komórki macierzyste raka płuc, które odzwierciedlają „komórkę lub pochodzenie” i zachowują właściwości samoodnawiające i multipotentne tych komórek, ale które są transformowane. Technologia organoidów umożliwiła hodowanie normalnych i transformowanych „komórek macierzystych” bezpośrednio od pacjentów bez żadnych manipulacji genetycznych (tj. IPS). Takie normalne i nowotworowe organoidy zachowują wiele właściwości guzów i są uważane za doskonały system modeli 3D in vitro. W laboratorium badacze z powodzeniem stworzyli pierwotne systemy hodowli komórkowej 2D i 3D, w tym organoidy z proksymalnego oskrzela pochodzącego z lobektomii. Używają tych systemów do przewidywania powikłań związanych z normalną tkanką w przypadku leczenia skojarzonego. Wykazano, że szlaki komórek macierzystych płuc, takie jak szlak sygnałowy NOTCH, są często rozregulowane w raku płuca i wiąże się to z gorszym rokowaniem. In vitro iw modelach przedklinicznych deregulacja szlaku NOTCH jest związana z opornością na radioterapię i chemioterapię pierwszego rzutu. Zatem zablokowanie szlaku NOTCH może poprawić odpowiedź na leczenie. Inhibitory punktów kontrolnych zmieniły rokowanie pacjentów z przerzutowym niedrobnokomórkowym rakiem płuca (NSCLC) w pierwszej i drugiej linii, poprawiając przeżycie bez progresji choroby (PFS), przeżycie całkowite (OS) i jakość życia. Konsekwentnie wykazano, że radioterapia aktywuje kluczowe elementy układu odpornościowego, które są odpowiedzialne za oporność na terapię immunologiczną. Promieniowanie zwiększa ekspresję cząsteczek MHC klasy I, których wiele komórek nowotworowych nie ma lub wykazuje słabą ekspresję antygenów związanych z nowotworem, prowokuje immunogenną śmierć komórek, aktywuje komórki dendrytyczne, zmniejsza regulatorowe komórki T (Treg) w guzie, poszerza repertuar komórek T i zwiększa handel komórkami T, wśród wielu innych efektów. Promieniowanie może przekształcić całkowicie lub częściowo słabo lub nieimmunogenny nowotwór w immunogenny. Radioterapia w połączeniu z różnymi formami terapii immunologicznej, takimi jak anty-PD-(L)1, anty-CTLA4, immunocytokiny, szczepienie komórkami dendrytycznymi i agonistami receptora Toll-podobnego konsekwentnie poprawia miejscową kontrolę guza i, co bardzo interesujące, prowadzi do lepszej ogólnoustrojowej kontroli guza (efekt „abskopalny”) oraz indukcję swoistej odporności przeciwnowotworowej z efektem pamięci. Ponadto, ponieważ PD1/PD-L1 jest regulowany w górę przez promieniowanie, a promieniowanie może przezwyciężyć oporność na blokadę PD-(L)1, ich połączenie jest logiczne. Najlepszy czas, sekwencjonowanie i dawkowanie wszystkich modalności jest kwestią intensywnych badań. Radioterapia może równie dobrze stać się integralną częścią immunoterapii raka. Niemniej jednak, podobnie jak w przypadku wszystkich terapii, brakuje optymalnych biomarkerów odpowiedzi. Nie tylko umożliwiłyby selekcję pacjentów, ale także dały wgląd w mechanizmy oporności i identyfikację nowych celów lub optymalne wykorzystanie obecnych leków i promieniowania, takie jak dawkowanie i sekwencjonowanie. Ponadto potrzebne są nie tylko biomarkery odpowiedzi nowotworu, ale także działania niepożądane, ponieważ te ostatnie mogą ograniczać dawkę i skutkować pominięciem terapii w słabszej i starszej populacji pacjentów. Domniemane biomarkery odpowiedzi immunologicznej to te związane z immunogenną śmiercią komórek (ICD). Organoidy są generowane z biopsji tkanek i stanowią zbiór specyficznych dla narządu typów komórek, które są zdolne do samoorganizacji in vitro w sposób podobny do sytuacji in vivo (3D). Mają one możliwość ułatwienia dogłębnej analizy materiału nowotworowego pacjenta w momencie rozpoznania oraz podczas postępującej/nawracającej choroby. Obecnie nie ma opublikowanego protokołu ustalania długoterminowych organoidów raka płuc od pacjentów z rakiem płuc. Taka metodologia umożliwiłaby prospektywną identyfikację „optymalnych terapii dostosowanych do potrzeb pacjenta”, a także wyprowadzenie biomarkerów prognostycznych odpowiedzi i nawrotu choroby. Oprócz organoidów, modele ksenoprzeszczepów nadal mają swoje zalety. W ksenoprzeszczepach ludzkie komórki nowotworowe lub fragmenty wstrzykuje się myszom z obniżoną odpornością. Szczególnie ksenoprzeszczepy pochodzące ze świeżych ludzkich próbek raka zyskały wiele uwagi w przypadku tego samego guza, który u pojedynczego pacjenta można hodować na myszach, co pozwala na badanie odpowiedzi na terapię i mechanizmów oporności. Modele ksenoprzeszczepu nowotworu pochodzącego od pacjenta (PDX) lepiej odzwierciedlają populację pacjentów pod względem charakterystyki histomorfologicznej guzów rodzicielskich, wpływu selekcji klonalnej i ewolucji na utrzymanie integralności genomowej w PDX o niskim pasażu w porównaniu z tkanką dawcy. Podczas gdy organoidy mogą dać wiele wglądu w biologię molekularną odpowiedzi na różne terapie przeciwnowotworowe, modele in vivo umożliwiają testowanie nowatorskich podejść terapeutycznych przeciwnowotworowych, biorąc pod uwagę złożone mikrośrodowisko guza, odzwierciedlające przynajmniej częściowo sytuację kliniczną. Jako klinicznie reprezentatywne narzędzie, które najlepiej podsumowuje właściwości biologiczne odpowiedniego typu guza, modele PDX mogą również służyć jako ważna pomoc w badaniach medycyny spersonalizowanej. Guz można przeszczepić podskórnie, ale ostatnio także ortotopowo (np. Rak piersi przeszczepia się do piersi myszy) w celu zbadania interakcji między guzem a środowiskiem. W laboratorium Maastro mamy doświadczenie z różnymi modelami, w tym ortotopowymi modelami guzów płuc. Aby wygenerować PDX, materiał nowotworowy zostanie pobrany z próbek chirurgicznych, pocięty na małe kawałki i przeszczepiony zwierzętom z niedoborem odporności biorcy podskórnie lub wszczepiony bezpośrednio do płuc. Guz z medianą tempa wzrostu będzie seryjnie przeszczepiany in vivo do dalszych eksperymentów terapeutycznych. Dedykowany naświetlacz dla małych zwierząt w placówce badaczy umożliwia precyzyjne miejscowe napromienianie guzów płuc przy minimalnej ekspozycji otaczających zdrowych tkanek na promieniowanie. Zintegrowany system obrazowania tomografii komputerowej wiązką stożkową umożliwia podłużne monitorowanie odpowiedzi guza na nowe metody leczenia.