Prospektiva primära humana lungcancerorganoider för att förutsäga behandlingssvar (Organoids lung)

En av de viktigaste hindren för att uppnå varaktiga svar vid avancerad lungcancer är intra- och intertumörheterogenitet, ett vanligt kännetecken för solida cancerformer hos människor. Tumörheterogenitet tros drivas av en subpopulation av tumörceller som kallas lungcancerinitierande celler eller lungcancerstamceller som återspeglar "cellen eller ursprunget" och upprätthåller självförnyelse och multipotenta egenskaper hos dessa celler men som transformeras. Organoid-teknologi har möjliggjort odling av normala och transformerade "stamceller" direkt från patienter utan någon genetisk manipulation (dvs. IPS). Sådana normala organoider och cancerorganoider bibehåller många av tumörernas egenskaper och anses vara ett utmärkt in vitro 3D-modellsystem. I ett labb har utredare framgångsrikt etablerat primära 2D- och 3D-cellodlingssystem inklusive organoider från den proximala bronkusen som kommer från lobektomier. De använder dessa system för att förutsäga normal vävnadskomplikation till kombinationsbehandlingar. Det har visats att lungstamcellsvägar som NOTCH-signalvägen ofta avregleras vid lungcancer och är associerad med ett sämre resultat. In vitro och prekliniska modeller avreglering av NOTCH-vägen är associerad med resistens mot strålbehandling och första linjens kemoterapi. Blockering av NOTCH-vägen kan således förbättra behandlingssvaret. Checkpoint-hämmare har förändrat utfallet för patienter med metastaserad icke-småcellig lungcancer (NSCLC) i första och andra linjen, med förbättrad progressionsfri överlevnad (PFS), total överlevnad (OS) och livskvalitet. Strålbehandling har genomgående visat sig aktivera nyckelelement i immunsystemet som är ansvariga för resistens för immunterapi. Strålning uppreglerar MHC-klass I-molekyler som många cancerceller saknar eller endast uttrycker dåligt, tumörassocierade antigener, framkallar immunogen celldöd, aktiverar dendritiska celler, minskar regulatoriska T-celler (Tregs) i tumören, breddar T-cellsrepertoaren och ökar handeln med T-celler, bland många andra effekter. Strålning kan omvandla en helt eller delvis dålig eller icke-immunogen tumör immunogen. Strålbehandling i kombination med olika former av immunterapi såsom anti-PD-(L)1, anti-CTLA4, immuncytokiner, dendritiska cellvaccination och Toll-liknande receptoragonister förbättrade konsekvent lokal tumörkontroll och mycket intressant nog ledde till bättre systemisk tumörkontroll (den "abskopala" effekten) och induktion av specifik anti-cancerimmunitet med en minneseffekt. Dessutom, eftersom PD1/PD-L1 uppregleras av strålning och strålning kan övervinna motstånd för PD-(L)1-blockering, är deras kombination logisk. Den bästa timingen, sekvenseringen och doseringen av alla modaliteter är en fråga om intensiv forskning. Strålbehandling kan mycket väl bli en integrerad del av immunterapi mot cancer. Ändå, som med alla behandlingar, saknas optimala biomarkörer för respons. De skulle inte bara möjliggöra patienturval, utan skulle också ge insikt i resistensmekanismer och identifiering av nya mål eller optimal användning av nuvarande mediciner och strålning, såsom dosering och sekvensering. Dessutom behövs inte bara biomarkörer för tumörsvar, utan också för biverkningar, eftersom de senare kan vara dosbegränsande och resultera i utelämnande av terapi i den mer sköra och äldre patientpopulationen. Förmodade biomarkörer för immunsvar är de som är associerade med immunogen celldöd (ICD). Organoider genereras från vävnadsbiopsier och är en samling organspecifika celltyper som kan självorganisera sig in vitro på ett sätt som liknar situationen in vivo (3D). De har förmågan att underlätta djupgående analys av patientens eget tumörmaterial vid diagnostillfället och under progressiv/återkommande sjukdom. Det finns för närvarande inget publicerat protokoll för att etablera långsiktiga lungcancerorganoider från lungcancerpatienter. En sådan metod skulle möjliggöra prospektiv identifiering av "patientskräddarsydda optimala behandlingar" såväl som härledning av prediktiva biomarkörer för respons och återfall. Bortsett från organoider har xenograftmodeller också fortfarande sina förtjänster. I xenotransplantat injiceras humana tumörceller eller bitar i immunkomprometterade möss. Speciellt xenotransplantat som härrör från färska humana cancerprover har fått stor uppmärksamhet för samma tumör som hos en enskild patient kan odlas i en möss som gör det möjligt att studera svaret på terapi och mekanismerna för resistens. Patienthärledda tumörxenograft-modeller (PDX) reflekterar mer patientpopulationen när det gäller föräldrarnas tumörers histomorfologiska egenskaper, effekten av klonal selektion och evolution på upprätthållande av genomisk integritet i lågpassage-PDX jämfört med donatorvävnaden. Medan organoider kan ge många insikter i molekylärbiologin för svaret på olika anti-cancerterapier, tillåter in vivo-modeller att testa nya anti-cancerterapeutiska tillvägagångssätt som tar hänsyn till komplex tumörmikromiljö som åtminstone delvis återspeglar klinisk situation. Som ett kliniskt representativt verktyg som bäst rekapitulerar de biologiska egenskaperna hos deras respektive tumörtyp, kan PDX-modeller fungera som ett viktigt hjälpmedel även i personliga medicinstudier. Tumören kan transplanteras subkutant, men på senare tid också ortotopiskt (t.ex. en bröstcancer transplanteras i bröstet på en mus) för att undersöka samspelet mellan tumören och miljön. I Maastro-labbet har vi erfarenhet av en mängd av dessa modeller inklusive ortotopiska lungtumörmodeller. För att generera PDX kommer tumörmaterial att hämtas från kirurgiska prover, skäras i små bitar, transplanteras i mottagarens immundefekta djur, antingen subkutant eller implanteras direkt i lungan. En tumör med mediantillväxthastigheten kommer att serietransplanteras in vivo för ytterligare terapeutiska experiment. Dedikerad bestrålningsapparat för små djur i utredarnas anläggning möjliggör exakt lokal bestrålning av lungtumörer med minimal strålningsexponering av omgivande normala vävnader. Integrerat datortomografisystem med konstråle möjliggör longitudinell övervakning av tumörsvar på nya behandlingar.