Usando um modelo de cultura 3D para células tumorais circulantes combinado com bioensaios moleculares em pacientes com câncer de cabeça e pescoço

Surpreendentemente, responsável por 7,6 milhões de mortes (cerca de 13% de todas as mortes) em 2008, o cancro é uma das principais causas de morte em todo o mundo, de acordo com os dados estatísticos da Organização Mundial de Saúde (OMS). A OMS também estima 12 milhões de mortes por câncer em todo o mundo em 2030. Mais de 285.000 pessoas são diagnosticadas com cancro todos os anos no Reino Unido e a estimativa actual é que mais de uma em cada três pessoas irá desenvolver uma forma de cancro em algum momento da sua vida . Em Taiwan, o cancro é também uma das principais causas de morte na população taiwanesa, de acordo com os dados estatísticos do Departamento de Saúde (Taiwan). As despesas associadas aos cuidados e terapia do paciente com câncer são altas e representam um fardo para a família dos pacientes com câncer. Assim, o cancro não só representa uma enorme ameaça para a vida humana, mas também tem um sério impacto social e na saúde nacional. A luta contra o cancro é, portanto, uma das tarefas prioritárias da investigação biomédica. Câncer é um termo genérico para um grande grupo de doenças que podem afetar qualquer parte do corpo. Outros termos utilizados são tumores malignos e neoplasias. Uma característica definidora do cancro é a rápida criação de células anormais que crescem para além dos seus limites habituais e que podem então invadir partes adjacentes do corpo e espalhar-se para outros órgãos. Este processo é conhecido como metástase. Um câncer primário é uma massa tumoral presente no local da conversão inicial de uma célula normal em uma célula tumoral. Se todas as células permanecessem no tumor primário, o câncer teria pouca importância clínica. O crescimento do tumor produziria pressão no tecido circundante, mas a massa tumoral bem definida poderia ser extirpada por cirurgia de forma simples e permanente. No entanto, as células tumorais nem sempre permanecem no local primário, mas afastam-se por um de dois processos: (a) invasão, ou movimento de células para o espaço vizinho ocupado por outros tecidos; e (b) metástase, a disseminação de células para áreas não diretamente adjacentes ao tumor primário, geralmente através da corrente sanguínea, sistema linfático ou através do espaço corporal. A metástase geralmente ocorre em vários estágios: (c) descolamento de células do tumor primário, (2) penetração e migração de células tumorais para vasos linfáticos ou vasos sanguíneos, (3) alojamento de células tumorais em vasos sanguíneos de órgãos distantes, (d ) invasão de células tumorais através das paredes dos vasos e no tecido de locais secundários, (e) crescimento de tumores secundários nos locais secundários. A metástase do câncer é uma das principais causas de letalidade derivada do câncer.

As células tumorais circulantes (CTCs) são as raras espécies celulares presentes no sangue periférico documentadas desde 1869. É bem reconhecido que a presença de CTCs no sistema circulatório está associada à metástase do câncer. Os estudos fundamentais das CTCs têm um enorme potencial para sondar os conhecimentos biológicos sobre os mecanismos moleculares subjacentes à metástase do cancro, à mutação genética relacionada com o cancro[8], ou à descoberta de biomarcadores, o que poderia facilitar e acelerar os cientistas no desenvolvimento de novas soluções terapêuticas para futuros cuidados do cancro. . Além disso, acredita-se que as CTCs na circulação sanguínea sejam as principais responsáveis ​​pela progressão ou recidiva do câncer e, portanto, são alvos óbvios da terapia do câncer. Vários estudos emergentes mostraram que as CTCs podem ser uma biópsia tumoral em tempo real que pode ser utilizada no desenvolvimento de novos medicamentos e na seleção de regimes terapêuticos, pelos quais a farmacodinâmica ou a resposta clínica das CTCs aos tratamentos podem ser estabelecidas, respectivamente. Para esta última utilidade clínica, as respostas das CTCs à quimioterapia (por exemplo sensibilidade ou resistência aos medicamentos) não só pode ser usado para orientar a quimioterapia personalizada contra o câncer, mas também pode ser um indicador clinicamente importante para monitorar a eficácia terapêutica a longo prazo, a recorrência da doença e a mudança das características biológicas das CTCs em tempo real e de maneira não invasiva . Isto pode fornecer informações preditivas para o ajuste do esquema terapêutico ao longo das etapas do tratamento do câncer. No entanto, tanto quanto é do conhecimento dos investigadores, o uso de CTCs tem sido limitado principalmente devido à sua raridade, com uma concentração aproximada de 1 CTC por 105 -107 células mononucleares do sangue, e tal natureza de raridade torna difícil tanto a detecção como o isolamento. Além disso, a compreensão dos investigadores sobre as suas propriedades biológicas ou químico-físicas tem sido limitada pela disponibilidade de tecnologias capazes de isolá-las em número suficiente. A quantidade de CTCs isoladas é muito baixa para atingir os limites amostrais mais baixos de muitos experimentos moleculares e funcionais detalhados. Esses fatores resultantes das baixas taxas de recuperação retardam o uso clínico das CTCs. Apesar das limitações dos métodos atuais de isolamento de CTC, células cancerosas circulantes foram detectadas na grande maioria dos cânceres epiteliais, como câncer de mama, próstata, pulmão e cólon. Pacientes com lesões metastáticas tendem a ter CTCs detectadas no sangue; no entanto, estes também foram relatados em alguns tipos de câncer localizados. Portanto, para pesquisas mais detalhadas, características das CTCs e mecanismo de metástase à distância, o desenvolvimento de uma taxa de recuperação alta e confiável com alta pureza de CTCs isoladas é atualmente o mais desafiador e crítico.

A medicina de precisão é uma estratégia relativamente nova para identificar a melhor terapia para a doença de cada paciente, com base na caracterização genómica do tumor de um indivíduo, e embora esta abordagem seja tremendamente promissora, os complexos perfis genéticos e epigenéticos de células tumorais individuais tornaram esta abordagem um desafio. . Outra abordagem para prever a resposta ao tratamento tem sido testar diretamente células tumorais de pacientes em modelos bidimensionais (2D) estabelecidos em estudos de triagem de medicamentos. Estudos recentes de Yoshii e colegas indicaram que as condições de cultura tridimensionais (3D) podem refletir mais as condições de crescimento in vivo do tumor do que as culturas de células 2D. Para explorar isso, estabelecemos anteriormente modelos de cultura 3D para HNSCC e comparamos com culturas 2D e modelos de tumores in vivo.

Xenoenxertos derivados de pacientes (PDXs) têm sido amplamente utilizados em estudos de triagem de drogas para superar as limitações dos estudos de triagem 2D. No entanto, os modelos PDX também apresentam algumas limitações; incluindo baixas taxas de enxerto de câncer em camundongos nus, diferenças marcantes na farmacocinética entre dois humanos e camundongos e o longo tempo necessário para estudos de triagem de drogas (4-8 meses) em PDXs. Recentemente, modelos de cultura de células 3D têm sido utilizados para estudos de triagem de drogas e análise de biomarcadores. O estabelecimento de linhas celulares a partir de culturas 2D de tumores derivados de tecido de paciente tem uma baixa taxa de sucesso, e apenas células tumorais selecionadas podem sobreviver no ambiente 2D, o que pode ser refletido em uma heterogeneidade tumoral alterada do tumor original. Além disso, é bem conhecido que a cultura a longo prazo pode selecionar alterações genéticas. Como a maioria dos modelos de cultura 3D derivados de linhas celulares 2D estabelecidas não mantêm o fenótipo original do tumor, o desenvolvimento de culturas organoides de câncer 3D diretamente do tecido cancerígeno de um paciente, que inclui células-tronco cancerígenas, pode recapitular melhor o caráter do tumor do paciente do que aquelas derivadas de células previamente passadas como culturas 2D. Embora existam métodos publicados para gerar organoides de câncer em vários tipos de câncer, o estabelecimento de organoides de câncer de HNSCC não foi tentado. Portanto, os investigadores estavam interessados ​​em desenvolver um modelo organoide de câncer de HNSCC e caracterizar suas propriedades e compará-las com as características do original.

O método Esferóides Originados em Tecidos de Câncer (CTOS) é uma técnica para estabelecer linhas organoides de câncer relatadas por Kondo et al. que mostrou taxa altamente estabelecida em câncer de cólon, câncer de pulmão e câncer de bexiga. Neste método, as linhas celulares obtidas são cultivadas e mantidas como organoides. Os organoides têm a capacidade de manter as mesmas características histológicas dos tumores originais. Além disso, a população de células-tronco cancerígenas é muito semelhante entre as linhagens tumorais originais e organoides, indicando que o método CTOS pode recapitular o caráter do tumor original. Nesta proposta, os investigadores tentam avaliar a viabilidade de estabelecimento e caracterização de organoides HNSCC, e a utilidade dessas linhagens celulares como modelo para triagem e teste de drogas.