Оценка эффективности препаратов неоадъювантной химиотерапии на основе технологии органоидов

1. Исследовательский фон (Обоснование и значимость данного исследования на основе анализа состояния исследований внутри страны и за рубежом)

   Рак мочевого пузыря — это злокачественная опухоль, происходящая из уротелия мочевого пузыря, и по заболеваемости он занимает первое место среди урогенитальных опухолей в Китае. Среди них уротелиальная карцинома является наиболее распространенной, составляя более 90% случаев рака мочевого пузыря [1]. На основе глубины инвазии опухоли и прогностических характеристик рак мочевого пузыря клинически 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 основным методом лечения. Однако, несмотря на проведение РЦ и тазовой лимфаденэктомии, около 50% пациентов в конечном итоге испытывают прогрессирование опухоли из-за диссеминированных метастазов [2-3]. Поэтому сочетание системной терапии с хирургическим вмешательством играет решающую роль в снижении частоты прогрессирования опухоли. Неоадъювантная химиотерапия (НАХТ) на основе цисплатина впервые была оценена как потенциальная стратегия лечения МИРМП в 1980-х годах и показала многообещающую эффективность [6]. Последующие исследования связали снижение стадии МИРМП, индуцированное НАХТ, с улучшением показателей выживаемости [7-8]. Исследование BA06 30894 является крупнейшим на сегодняшний день исследованием НАХТ при раке мочевого пузыря. В этом исследовании 976 пациентов получали либо неоадъювантный цисплатин, метотрексат и винбластин (CMV), либо не получали НАХТ перед РЦ и/или лучевой терапией. При медиане наблюдения 8 лет использование неоадъювантного CMV увеличило 10-летнюю выживаемость с 30% до 36% (HR, 0.84; 95% ДИ, 0.72-0.99; P = .037) [9-10]. Для пациентов с раком мочевого пузыря НАХТ может максимально уничтожить опухолевые клетки, уменьшить объем опухоли, снизить клиническую стадию, тем самым увеличивая шансы на полное хирургическое удаление и предотвращая потенциальную диссеминацию опухоли, вызванную хирургическим вмешательством. Следовательно, НАХТ на основе цисплатина стала стандартным лечением для подходящих пациентов с МИРМП согласно большинству международных рекомендаций [11]. В настоящее время часто используемые препараты для неоадъювантной химиотерапии включают [12]: цисплатин, гемцитабин, метотрексат, винбластин, доксорубицин... Однако именно из-за разнообразия препаратов НАХТ и различных методов их введения выбор режимов химиотерапии часто основывается на клиническом опыте врачей или конкретных результатах исследований, не имея единого стандарта, и характеризуется слепотой, эмпиризмом и случайностью. Более того, некоторые пациенты проявляют внутреннюю резистентность к определенным химиотерапевтическим препаратам. К тому времени, когда клиническая оценка подтверждает нечувствительность пациента к применяемому препарату, уже возникают серьезные токсические побочные эффекты, потенциально приводя даже к множественной лекарственной устойчивости (МЛУ), лишая пациента возможности выбора альтернативных методов лечения. Поэтому вопрос о том, как оценить ответ на НАХТ, избежать в первую очередь резистентных препаратов и напрямую выбрать высокочувствительные агенты для достижения индивидуализированной химиотерапии, стал горячей темой в исследованиях НАХТ.

   Реализация точного лечения рака во многом зависит от тестирования чувствительности к препаратам. С помощью точного и индивидуализированного скринингового тестирования химиотерапевтических препаратов можно определить для каждого пациента наиболее эффективный и наименее токсичный план лечения до начала терапии. Предложение режима химиотерапии, адаптированного к индивидуальным особенностям пациента, представляет собой новое направление исследований для достижения точного лечения рака мочевого пузыря и повышения частоты ответа на химиотерапию. Ранее более часто используемыми доклиническими моделями были традиционные опухолевые клеточные линии и ксенотрансплантаты, полученные от пациентов (PDX-модели). Хотя культивирование опухолевых клеточных линий просто, оно недостаточно для моделирования состояния роста опухолевых клеток в организме пациента, и препараты, отобранные с помощью этой системы, имеют низкую клиническую ценность. Хотя PDX-модели могут моделировать характеристики опухоли in vivo и сохранять микроокружение опухоли, они имеют значительные ограничения, такие как относительно низкая стабильная приживаемость, длительные циклы моделирования и оценки (от шести месяцев до одного года), трудоемкость, что затрудняет их создание и использование для высокопроизводительного скрининга препаратов [13-16]. Поэтому для разработки более персонализированных стратегий лечения и профилактики, адаптированных к уникальным генетическим, экологическим и образом жизни характеристикам индивидуума, минимизации рисков и оптимизации результатов медицинского вмешательства, необходимо разработать модели тестирования чувствительности к препаратам, которые могут моделировать гетерогенность и сложность рака мочевого пузыря.

   Органоиды, в частности органоиды, полученные от пациентов (PDO), — это трехмерные органотипические структуры, формирующиеся путем самоорганизации стволовых клеток in vitro. Они могут дифференцироваться в множественные органоспецифичные типы клеток и демонстрировать межклеточные взаимодействия, взаимодействия клеток с внеклеточным матриксом и пространственную организацию, тем самым воспроизводя некоторые ключевые функции и структуры реальных человеческих органов in vitro при сохранении стабильных фенотипических и генетических характеристик. По сравнению с двумерными опухолевыми клеточными линиями и PDX-моделями, опухолевые органоиды могут быть непосредственно культивированы 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 обладают преимуществом короткого цикла роста [17]. 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 о лечении.

   В 2018 году исследование, опубликованное в Science, сообщило об использовании органоидов метастатического рака желудочно-кишечного тракта для тестирования чувствительности к препаратам [18]. 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 Yao Y и др. [19] использовали биопсийные ткани 112 пациентов с местно-распространенным раком прямой кишки для создания 96 органоидов рака прямой кишки. Восемьдесят из них были отобраны для тестирования их ответа 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 пациентов также наблюдалась при раке желудка, раке молочной железы и других опухолях. Yan HHN и др. [20] создали биобанк органоидов рака желудка, используя опухолевые ткани, прилежащие нормальные ткани и образцы метастазов в лимфатических узлах от 34 пациентов с раком желудка. Среди них в двух случаях развились метастазы, и пациенты получали послеоперационную комбинированную терапию цисплатином и 5-ФУ, оба показали хороший ответ. Еще один случай получал предоперационную химиотерапию и не ответил 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. Guillen KP и др. [21] создали PDX- и PDO-модели 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 PDX-, так и PDO-модели рака молочной железы высоко воспроизводили тканевую биологию и геномику исходных опухолей, и их ответы на противоопухолевые препараты были согласованы. В этом исследовании у пациента с тройным негативным раком молочной железы стадии IIA примерно через год после проведения предоперационной химиотерапии и операции развились метастазы в печень. Исследователи провели тесты чувствительности к препаратам in vitro и in vivo на созданных PDO- и PDX-моделях и обнаружили, что ингибитор микротрубочек эрибулин имел наилучший терапевтический эффект. На основе этого вывода пациента направили на 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 путем сравнения различий в ответе на препараты между нормальными органоидами и PDO можно идентифицировать 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 медикаментозного лечения поможет улучшить клиническую эффективность у онкологических пациентов, снизить токсические побочные эффекты, риск развития лекарственной устойчивости и вероятность прогрессирования опухоли, максимизируя пользу для пациента.

   Следовательно, использование моделей органоидов рака мочевого пузыря, полученных от пациентов, для проведения тестирования чувствительности к препаратам неоадъювантной 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 режимы неоадъювантных препаратов. Этот подход может помочь в разработке новых индивидуализированных планов лечения для клинического применения и пройти многоцентровую клиническую валидацию, в конечном итоге достигая истинного «аватара тестирования препаратов».

2. Исследовательские вопросы и цели (Разъяснение научных вопросов и исследовательских целей)

Исследовательский вопрос: В данном исследовании используется дизайн клинического контролируемого исследования для сравнения однолетней, трехлетней и пятилетней общей выживаемости между группой пациентов, получающих вмешательства, руководствуясь тестированием чувствительности органоидов к препаратам, и группой пациентов, получающих традиционное эмпирическое лечение. Для сравнения различий в общей выживаемости между двумя группами будет использован одномерный анализ выживаемости по методу Каплана-Мейера. Исследование направлено на оценку ценности применения экспериментов по тестированию чувствительности опухолевых органоидов к препаратам для руководства неоадъювантной химиотерапией при раке мочевого пузыря.

Цель исследования: Путем наблюдения за клинической эффективностью неоадъювантной химиотерапии, руководствуясь методом тестирования чувствительности опухолевых органоидов к препаратам, у пациентов с раком мочевого пузыря, данное исследование направлено на оценку ценности применения экспериментов по тестированию чувствительности опухолевых органоидов к препаратам для руководства индивидуализированной неоадъювантной химиотерапией при раке мочевого пузыря.