Оценка эффективности послеоперационной адъювантной химиотерапии при раке мочевого пузыря на основе технологии органоидов.

1. Научный фон (Представление обоснования и значимости данного исследования на основе текущих отечественных и международных исследований)

   Рак мочевого пузыря — это злокачественная опухоль, происходящая из уротелия мочевого пузыря, и занимает первое место по заболеваемости среди опухолей мочеполовой системы в Китае. Среди них уротелиальная карцинома является наиболее распространенной, составляя более 90% случаев рака мочевого пузыря [1]. Клинически, основываясь на глубине инвазии опухоли в стенку мочевого пузыря и прогностических характеристиках, рак мочевого пузыря классифицируется на немышечно-инвазивный рак мочевого пузыря (НМИРМП) и мышечно-инвазивный рак мочевого пузыря (МИРМП). МИРМП составляет примерно 20% вновь диагностированных случаев рака мочевого пузыря [2-3], но его прогноз значительно хуже, чем у НМИРМП, с 5-летней общей выживаемостью (ОВ) около 60%-70% [4-5].

   Для пациентов с заболеванием стадии T2~T4a без отдаленных метастазов, радикальная цистэктомия (РЦ) обычно является стандартным лечением [2-3]. Однако для пациентов высокого риска с заболеванием pT3-pT4 и/или статусом pN+ M0, 5-летняя выживаемость после РЦ составляет всего 25-35% [2, 6-8]. Поэтому сочетание системной терапии с хирургией играет решающую роль в снижении частоты прогрессирования опухоли. Множественные ретроспективные исследования показали, что адъювантная химиотерапия после РЦ может отсрочить рецидив и улучшить общую выживаемость, обеспечивая клиническую пользу. Скиннер и др. [9] сообщили о первом рандомизированном исследовании, которое продемонстрировало преимущества для группы адъювантной химиотерапии в отношении безрецидивной выживаемости (БРВ) (51% против 34%) и общей выживаемости (44% против 39%, н.з.) через 5 лет. Другое проспективное рандомизированное исследование, о котором сообщили Фрейха и др., изучало пользу адъювантной химиотерапии CMV после РЦ у 50 пациентов с заболеванием pT3b-T4, N0/+, M0 [10]. Следовательно, руководства рекомендуют адъювантную химиотерапию для пациентов высокого риска с заболеванием pT3~pT4 или метастазами в лимфатические узлы [11]. В настоящее время часто используемые адъювантные химиотерапевтические препараты для рака мочевого пузыря включают: цисплатин, гемцитабин, метотрексат, винбластин, доксорубицин, паклитаксел... Однако разнообразие химиотерапевтических препаратов и различные методы введения приводят к тому, что выбор схемы лечения часто основывается на клиническом опыте врачей или конкретных результатах исследований, не имея единого стандарта и характеризуясь эмпиризмом и случайностью. Кроме того, некоторые пациенты демонстрируют врожденную резистентность к определенным химиотерапевтическим агентам. К тому времени, когда клиническая оценка подтверждает нечувствительность пациента к применяемому препарату, часто уже возникают серьезные токсические побочные эффекты, потенциально даже приводящие к множественной лекарственной устойчивости (МЛУ), тем самым лишая пациента возможности выбора альтернативных методов лечения. Поэтому, как оценить ответ на химиотерапию, избежать в первую очередь резистентных препаратов и напрямую выбрать высокочувствительные агенты для достижения индивидуализированной химиотерапии, стало горячей темой исследований.

   Реализация точного лечения рака в значительной степени зависит от тестирования чувствительности к препаратам. С помощью точных и индивидуализированных экспериментов по скринингу химиотерапевтических препаратов можно определить наиболее эффективный и наименее токсичный режим лечения для каждого пациента до начала терапии. Разработка специфических для пациента планов химиотерапии представляет собой новое направление исследований для достижения точного лечения рака мочевого пузыря и повышения эффективности химиотерапии. Ранее более часто используемыми доклиническими моделями были традиционные линии опухолевых клеток и модели ксенотрансплантатов, полученных от пациентов (PDX). Культивирование линий опухолевых клеток просто, но недостаточно для имитации состояния роста опухолевых клеток в организме пациента, и препараты, отобранные с помощью этой системы, имеют низкую ценность для клинического применения. Хотя модели PDX могут имитировать характеристики опухоли in vivo и сохранять микроокружение опухоли, они имеют значительные ограничения, такие как относительно низкие стабильные показатели приживления, длительные циклы моделирования и оценки (от шести месяцев до одного года), трудоемкость, что затрудняет их создание и использование для высокопроизводительного скрининга препаратов [12-15]. Поэтому, чтобы разработать более персонализированные стратегии лечения и профилактики, адаптированные к уникальным генетическим, экологическим и образом жизни характеристикам человека, минимизируя риски и оптимизируя результаты медицинского вмешательства, необходимо разработать модели тестирования чувствительности к препаратам, которые могут имитировать гетерогенность и сложность рака мочевого пузыря.

   Органоиды, в частности органоиды, полученные от пациентов (PDO), — это трехмерные органотипные структуры, образованные путем самоорганизации стволовых клеток in vitro. Они могут дифференцироваться в несколько органоспецифических типов клеток и демонстрировать взаимодействия клетка-клетка, клетка-внеклеточный матрикс и пространственную организацию, тем самым воспроизводя ключевые функции и структуры реальных человеческих органов in vitro, сохраняя при этом стабильные фенотипические и генетические характеристики. По сравнению с двумерными линиями опухолевых клеток и моделями PDX, опухолевые органоиды могут культивироваться непосредственно из собственной ткани пациента. Эти органоиды могут эффективно воспроизводить ключевые свойства первичной опухоли, сохранять патологическую морфологию и биологические механизмы ткани пациента, сохранять гетерогенность опухоли и более аутентичное микроокружение опухоли, а также имеют преимущество короткого цикла роста [16]. Это облегчает их использование для тестирования чувствительности к химиотерапевтическим препаратам, молекулярно-таргетным агентам, противоопухолевым антителам и т.д. у клинических онкологических пациентов, прогнозирования ответа пациента на препараты и имеет потенциал для помощи в принятии клинических решений по лечению.

   В 2018 году исследование, опубликованное в Science, сообщило об использовании органоидов метастатического рака желудочно-кишечного тракта для тестирования чувствительности к препаратам [17]. Это исследование сравнило и проанализировало различия в чувствительности к серии таргетных и химиотерапевтических препаратов между 21 клиническим пациентом и их соответствующими PDO, продемонстрировав сильную согласованность между ними. По сравнению с фактическими терапевтическими результатами пациентов, прогнозы PDO были надежными (чувствительность 100%, специфичность 93%, положительная прогностическая ценность 88% и отрицательная прогностическая ценность 100%). В 2020 году Яо Й. и др. [18] использовали биопсийные ткани 112 пациентов с местно-распространенным раком прямой кишки для создания 96 органоидов рака прямой кишки. Восемьдесят из них были отобраны для проверки их реакции на химиолучевую терапию, и результаты показали, что чувствительность органоидов рака прямой кишки к химиолучевой терапии была высоко согласована с клиническими ответами пациентов (чувствительность 78%, специфичность 92%, точность 84%). Впоследствии согласованность между ответом PDO на препараты и клиническим ответом пациента также наблюдалась при раке желудка, раке молочной железы и других опухолях. Ян HHN и др. [19] создали биобанк органоидов рака желудка, используя опухолевые ткани, прилегающие нормальные ткани и образцы метастазов в лимфатические узлы от 34 пациентов с раком желудка. Среди них два случая развили метастазы и получили послеоперационную комбинированную терапию цисплатином и 5-ФУ, оба показали хороший ответ. Другой случай получил предоперационную химиотерапию и не показал ответа на послеоперационный капецитабин. Исследование чувствительности PDO от этих трех случаев к соответствующим соединениям показало, что чувствительность PDO к препаратам полностью соответствовала клиническим ответам соответствующих пациентов. Гиллен К.П. и др. [20] создали модели PDX и PDO из опухолевых образцов пациентов с раком молочной железы с резистентностью к эндокринной терапии, рецидивом и метастазами и провели гистоморфологический, геномный анализ и анализ чувствительности к препаратам на этих образцах. Результаты показали, что как модели PDX, так и PDO рака молочной железы высоко воспроизводили тканевую биологию и геномику исходных опухолей, и их ответы на противоопухолевые препараты были согласованы. В этом исследовании пациентка с трижды негативным раком молочной железы стадии IIA развила метастазы в печени примерно через год после предоперационной химиотерапии и операции. Исследователи провели тесты чувствительности к препаратам in vitro и in vivo на построенных моделях PDO и PDX и обнаружили, что ингибитор микротрубочек эрибулин имел наилучший терапевтический эффект. Основываясь на этом открытии, пациентке было рекомендовано лечение эрибулином, что привело к полной ремиссии метастазов в печени продолжительностью почти 5 месяцев. Эти исследования предоставляют предварительные доказательства потенциала PDO для руководства клиническим применением препаратов у онкологических пациентов. Дополнительные исследования показали, что, сравнивая различия в ответе на препараты между нормальными органоидами и PDO, можно выявить высокоселективные препараты, что может помочь снизить токсические побочные эффекты у клинических пациентов. Таким образом, проведение тестирования чувствительности к препаратам с помощью PDO для обнаружения наиболее подходящего плана лекарственного лечения поможет улучшить клиническую эффективность у онкологических пациентов, снизить токсические побочные эффекты, риск лекарственной устойчивости и вероятность рецидива опухоли, максимизируя пользу пациента.

   Поэтому, используя модели органоидов рака мочевого пузыря, полученные от пациентов, для проведения тестирования чувствительности к препаратам для адъювантной химиотерапии при мышечно-инвазивном раке мочевого пузыря, установление стандартизированной системы тестирования чувствительности к препаратам органоидов рака мочевого пузыря и формулирование критериев скрининга для тестирования чувствительности к препаратам органоидов рака мочевого пузыря позволит выбрать оптимальные комбинированные схемы препаратов. Этот подход может помочь в разработке новых индивидуализированных планов лечения для клинического применения и пройти многопрофильную клиническую валидацию, в конечном итоге достигнув настоящего "аватара тестирования препаратов".

2. Исследовательский вопрос и цели (Разъяснение научных вопросов и исследовательских целей)

Исследовательский вопрос: В этом исследовании используется дизайн клинического контролируемого исследования для сравнения однолетних, трехлетних и пятилетних показателей общей выживаемости между группой пациентов, получающих вмешательства, направленные тестированием чувствительности органоидов к препаратам, и группой пациентов, получающих традиционное эмпирическое лечение. Одномерный анализ выживаемости Каплана-Мейера будет использоваться для сравнения различий в частоте рецидивов между двумя группами. Исследование направлено на оценку ценности применения экспериментов по чувствительности опухолевых органоидов к препаратам в руководстве химиотерапией рака мочевого пузыря.

Цель исследования: Наблюдая клиническую эффективность адъювантной химиотерапии, направленной методом чувствительности опухолевых органоидов к препаратам у пациентов с раком мочевого пузыря, это исследование направлено на оценку ценности применения экспериментов по чувствительности опухолевых органоидов к препаратам в руководстве индивидуализированной химиотерапией рака мочевого пузыря.