A betegektől származó Xenograft: Adjuváns technológia metasztatikus betegségek kezelésére

U1165, Université Paris 7, INSERM, Hôpital Saint-Louis

1 avenue Claude Vellefaux

FR-75010 Párizs (Franciaország)

Dr. Guilhem Bousquet

U1165, Université Paris 7, INSERM, Université Paris 13

Hôpital Avicenne, 1 avenue Claude Vellefaux

FR-75010 Párizs (Franciaország)

Kapcsolódó cikkek a következőhöz: "

Facebook
Twitter
LinkedIn
Email

Absztrakt

Az áttétek előfordulása súlyosan befolyásolja a rákos betegek prognózisát, így a metasztatikus betegség napi társadalmi kihívássá válik. Az elmúlt 10 év a molekuláris rendellenességeket célzó új terápiák kifejlesztésére irányult, néhány óriási sikerrel, például a HER2 célzása metasztatikus emlődaganatos, hosszú távú túlélőkkel rendelkező nők szubpopulációjában és a kemoterápiával való lehetséges gyógyíthatóság [1]., 2], vagy a KIT célzása metasztatikus gyomor-bél stromális daganatokban [3,4,5]. A gyógyszerekkel szembeni rezisztencia miatt azonban a kemoterápia gyógyíthatósága metasztatikus stádiumban továbbra is anekdotikus. Ezen túlmenően az új célok azonosítására szolgáló nagy genomikai elemzéseknek megvannak a korlátai.

Az egyik korlátozás az, hogy ezen elemzések többségét primer tumorokból származó tumormintákon végezték. Az elsődleges daganatok sejtszintűek és molekuláris szinten heterogének [6,7,8], és az áttétek kiválasztott agresszív klónokból származnak, általában olyan tumorsejtekből, amelyek rezisztenciát szereztek az első vonalbeli kezelésekkel, valószínűleg kevés genomikus variációval a különböző metasztázisok között. egy beteg [9]. Ezek a tumorsejtek, amelyek kisebbségben lehetnek az elsődleges daganatban [10], pontosan azok, amelyeken a gyógyszer hatékonyságát ellenőrizni kell metasztatikus betegek egyéni kezelésére.

Az intratumor heterogenitásból adódó korlátozás elkerülése érdekében a primer tumorok többszörös mintavételét kell elvégezni a molekuláris elemzésekhez. Ez előfeltétele a megfelelő teranosztikus vizsgálatoknak, de a többszöri mintavételt nehéz megvalósítani a mindennapi gyakorlatban. A metasztatikus helyekről történő mintavétel még nehezebb, de sokkal relevánsabb lehet.

Egy másik korlátozás a molekuláris rendellenességek funkcionális értéke egy rákban általában nem ismert. Például idő kellett ahhoz, hogy megértsük, hogy az epidermális növekedési faktor receptor (EGFR) túlzott expressziója nem volt elegendő ahhoz, hogy az anti-EGFR kezelések hatékonyak legyenek metasztatikus vastagbélrákban, és hogy a daganat is K-RAS vad típus [11].

Így további eszközökre van szükség az új rákellenes szerek kifejlesztéséhez. A preklinikai modellek használata az onkológia transzlációs kutatásának kulcsfontosságú eleme. Négy évtizede széles körben alkalmazzák az immunhiányos egerekben szubkután injektált emberi rákos sejtvonalak xenograft modelljeit, amelyek csalódást keltő eredményekkel jósolják meg egy új gyógyszer klinikai előnyeit. Ez megmagyarázza az egyre növekvő érdeklődést más modellek, például a páciens által előállított xenograftok iránt, amelyek jobban megjósolhatják a gyógyszer klinikai előnyeit. Az elmúlt években számos jól jellemzett beteg-eredetű xenograft platform jelent meg [12,13,14]. Az áttétes betegség esetében tanulmányok folynak annak bizonyítására, hogy mennyire hasznosak preklinikai farmakológiai eszközökként.

Az emberi ráksejtvonalakból származó rágcsáló-xenograftok nem megfelelő modellek a rákellenes szerek preklinikai fejlesztéséhez

Az emberi rákos sejtvonalakból származó rágcsáló xenograftok bizonyos előnyökkel járnak: meglehetősen egyszerű egy modell létrehozása, és a tumor térfogata könnyen mérhető, ha a graftot szubkután végzik. A rákellenes gyógyszer preklinikai értékeléséhez a xenograftolt egerek könnyen szinkronizálhatók. Ezek a modellek azonban nagyon tökéletlenek, mivel a legtöbb emberi rákos sejtvonal nem tükrözi hatékonyan az emberi rosszindulatú daganatokat. Ennek egyik fontos magyarázata, hogy több hónapig vagy évig terjedő in vitro expanziójuk genetikai stresszeket és változásokat eredményez, amelyek nem tükrözik a betegek rosszindulatú daganataiban a karcinogenezis folyamatát [15]. Például egyetlen humán glioblastoma sejtvonal sem mutat ki EGFR amplifikáció, bár ez gyakori genomiális rendellenesség az emberi glioblasztómákban [16]. Hasonlóképpen, a létrehozott hét emberi prosztatarák sejtvonal közül csak négy expresszálja az androgénreceptort, és nagyon kevesen termelnek prosztata-specifikus antigént [15], ellentétben azzal, amit a legtöbb prosztatarákban találunk férfiaknál.

40 éve humán rákos sejtvonalakból származó egér xenograftokat széles körben alkalmaztak új rákellenes szerek preklinikai fejlesztésére. 1985-ig az Országos Rákkutató Intézetben (NCI) a fő modell a P388 humán leukémia sejtvonalból származó xenograft volt, gyenge hatékonysággal jósolva egy gyógyszer klinikai előnyeit, különösen nemhematológiai daganatok esetén [17]. Az NCI tovább fejlesztette a 60 emberi rákos sejtvonalból származó xenograft modellek sorozatát, hogy szilárd daganatokat építsenek be az új rákellenes szerek szűrésére szolgáló platformjukba [18]. Évente több mint 10 000 vegyületet vizsgáltak, de csak nagyon kevés eredményezett klinikai hasznot [15]. A 2000-es évek elején Johnson és mtsai. [19] felmérte, hogy ebből a panelből származó xenograft modellek képesek-e pontosan megjósolni az új terápiás szerek aktivitását a klinikai vizsgálatok során. 39 gyógyszer adatait állították össze, amelyeket in vitro citotoxikus aktivitásuk alapján választottak ki a 60 soros panelen. A 39 gyógyszert ezután xenograft modelleken teszteltük 5 kísérlet és 4 különböző szövettani típus mediánjával. Az összefüggés alacsony volt, ami arra a következtetésre vezetett, hogy az NCI panelből származó egér xenograft modellek nem túl megbízhatóak a kemoterápiára adott válasz előrejelzésében.

Végül, az emberi rákos sejtvonalakból származó xenograftok nagyon ellentmondásosak [15,20,21,22], és gyenge megbízhatóságuk megmagyarázza az emberi tumormintákból származó xenograftok iránti megújult érdeklődést, más néven „beteg eredetű xenograftokat”.

A betegtől származó Xenograft: Újrafelfedezett releváns farmakológiai eszköz

A betegből származó xenograft koncepciója nem új keletű, az atmiás meztelen egerekben az emberi vastagbélrák sikeres heterotranszplantációjáról szóló 1969-es első jelentés [23]. Húsz évvel ezelőtt Klein et al. [24] 6, a prosztatarákban szenvedő beteg prosztatektómiás mintájából származó betegből származó xenograft modellt hozott létre. Az egyik modell különösen relevánsnak tűnt, mivel az átültetett tumor androgénfüggő volt, és metasztatikus potenciállal rendelkezett a csontra nézve, így reprodukálva a betegség klinikai és kóros aspektusát a betegeknél.

20 éven át és főleg az elmúlt évtizedben számos intézmény hozta létre a betegekből származó xenograftok modelljeit, amelyek összességében reprezentatívak a rák különböző típusainak és altípusainak, annak ellenére, hogy a magas fokú daganatok nagyobb arányban jelen vannak [25,26,27, 28,29,30,31,32,33].

Az emlőrák esetében valamennyi daganat altípus modelljét sikerült beszerezni, beleértve az ösztrogén receptor-pozitív altípust is, amelynek beültetési aránya 1% alatt volt [28,34,35]. Ezzel szemben a hármas negatív altípus, az emlőrák legagresszívebb altípusa sokkal jobban ábrázolható, 35% feletti beültetési arány mellett [28,34,35,36,37,38]. Ma már egyértelmű, hogy a betegből származó xenograftok hatékonyabban tükrözik a daganatok tumor heterogenitását, mint az emberi rákos sejtvonalakból származó xenograftok [20].

A betegektől származó xenograft modellek pontosan tükrözik az adott daganattípusok gyógyszerekkel szembeni ismert érzékenységi profilját is [26,27,28,30,32,35]. A vastagbélrákban szenvedő betegek májáttétjeiből nyert, betegből származó nyolcszárnyú transzplantátumot cetuximabbal, egy anti-EGFR monoklonális antitesttel kezeltek, szemben a placebóval. Xenográfiákban KRAS vad típusú státusz, a cetuximab 16,7% -os válaszarányt indukált [39], amely eredmény feltűnően hasonlít a cetuximabbal vagy panitumumabbal kezelt betegek 13-22% -os válaszarányához [40,41,42]. Két további hasonlóságot figyeltek meg a beteg daganataival a beteg eredetű xenograftokon is [11,43,44]: (1) magasabb válaszarány, amikor a EGFR a példányszám magas volt, és (2) a cetuximabra adott válasz hiánya KRAS mutálódott [39].

A friss emberi daganatmintákból nyert xenograftok egymást követő passzázsokkal fenntarthatók és felerősíthetők anélkül, hogy az első passzázsban nőtt tumor genetikai és biológiai jellemzői megváltoztak volna [28,31,32,36,39].

Ezek a megfigyelések a páciens eredetű xenograftok szisztematikusabb megvalósításának javaslatához vezettek a gyógyszerek preklinikai fejlesztéséhez [13]. Ígéretes tanulmányok megerősítik, hogy a beteg által előállított xenograftok pontosan megjósolhatják a gyógyszer vagy a gyógyszerek kombinációinak előnyeit a klinikai gyakorlatban [45,46,47]. A Johns Hopkins platformjáról származó, betegektől származó hasnyálmirigyrák-xenograftok lehetővé tették a temsirolimus, egy mTOR-gátló [45] és az AZD0530, egy Src-gátló [47] alacsony hasznának előrejelzését a metasztatikus hasnyálmirigyrák kezelésében. Egy másik tanulmány kombinálta az I-II fázisú vizsgálatot metasztatikus hasnyálmirigyrákban szenvedő betegeknél, valamint 11 betegből származó xenograft modell alkalmazását a nab-paklitaxel + gemcitabin kombináció előnyeinek értékelésére. A válaszarány 48% volt a betegeknél és 55% a xenograft modellekben [46]. Metasztatikus hasnyálmirigy-adenokarcinóma további III. Fázisú vizsgálata megerősítette ennek a gyógyszer-társulásnak az előnyét, a medián túlélés 8,5 hónap, szemben a standard gemcitabin-kezeléssel 6,7 hónapos volt [48].

Mi korlátozhatja a rákellenes gyógyszerek preklinikai fejlesztésének alkalmazását?

Az egyik fő korlát a beteg eredetű xenograftok alacsony beültetési aránya, általában 20% alatt a szubkután oltott lokalizált primer tumorok esetében [28,31,33,49]. Bizonyos kísérleti körülmények jelentősen megnövelhetik ezt az arányt: ortotóp oltás, oltás a vesekapszula alatt [35,50] vagy ösztradiol-kiegészítés az emlőrák xenograftjainál [35].

Ez az alacsony beültetési ráta lényegesen nagyobb lehet a graft időpontjában előforduló metasztatikus betegség esetén, és még inkább, ha immunhiányos egerekben oltják át a metasztatikus szöveteket [27,29,30,51]: 80% metasztatikus vesesejtes karcinómák esetén ( RCC-k) [30] és metasztatikus tripla negatív emlőrák esetén [51]. A nem kissejtes tüdőrák esetében a műtéti úton eltávolított agyi metasztázisok beültetési aránya 74% [27]. Hasonlóképpen, a NOD/SCID egerekben szisztematikusan oltott vastagbélrák 150 májáttétjének sorozatában 87% -os beültetési arányt sikerült elérni [39]. Még a betegség ezen előrehaladott stádiumában is az egerekbe történő beültetés előre jelzi a betegek rövidebb túlélését [27,29].

Valójában azok a tumorsejtek, amelyek áttétet adnak a betegeknél, és amelyek az elsődleges daganatban kisebbek lehetnek [10], pontosan azok, amelyeken a gyógyszer hatékonyságát meg kell vizsgálni az áttétes betegek egyéni kezelésére. Ezeknek a szempontoknak ösztönözniük kell az áttét biopsziákból származó xenograft modellek kifejlesztését.

Egy másik korlát lehet az elsődleges átültetett daganat humán tumor stromájának cseréje egér stromával az egymást követő passzázsok után [34]. Ez felveti a humán stromális sejteket célzó gyógyszerek előnyeit, legyenek azok tumorerek vagy gyulladásos sejtek.

Az RCC humán mintáinak elemzésével csapatunk nemrégiben bebizonyította, hogy a szunitinib, egy antiangiogén hatású tirozin-kináz inhibitor, a rákos őssejtekben indukált hipoxián keresztül képes rezisztenciát kialakítani saját terápiás hatásával szemben [52]. Ugyanezen, metasztatikus RCC-ben szenvedő betegek szunitinib-kezelés előtt és után nyert humán tumormintákban megfigyeltük, hogy a kezelés után a veserák őssejtjeinek száma megnövekedett. Kísérletileg reprodukáltuk a szunitinib hatását humán metasztatikus vesekarcinómák beteg eredetű xenograft modelljeiben.

Visszajelezhetik-e a beteg által levezetett xenograftok az áttétet?

A lokalizált primer daganatokból származó tumorminták alacsony befogadási aránya összekapcsolható a primer daganatok sejtheterogenitásával [28,29,30,31]. Csak a lokalizált primer hasnyálmirigyrákoknál van magas beültetési arány (61%), de a beültetés az áttétek és a halál fokozott kockázatával jár [26]. Ezeknek a beültetett daganatoknak 67 százaléka rendelkezik Smad4 fehérje veszteség, amely jellemző a magasabb metasztatikus potenciállal jár [26]. Az elsődleges daganatok beültetési aránya metasztatikus betegség esetén is magasabb a diagnózis felállításakor, RCC-k esetén akár 50% is [30].

A páciensek által előállított xenograftok lehetővé tehetik a primer tumor legagresszívabb klónjainak kiválasztását. Négy primer lokalizált hasnyálmirigyrák és azok megfelelő xenograftjának transzkriptikus elemzése az ötödik és a tizedik passzázsnál azt mutatta, hogy a négy tumor xenograft modell metasztatikus génexpressziós aláírással rendelkezik [26]. A teljes exom szekvenálást használva Ding és mtsai. [53] nagy hasonlóságot mutatott az elsődleges emlőrákból nyert xenograftok és az agy áttétje között. Hasonló CGH tömbprofilokat találtak a nyirokcsomó áttét és az elsődleges emlőrákból nyert xenograftok között is, míg az elsődleges tumor CGH tömb profilja eltérő volt [36].

Míg az áttétek és az xenograftok közötti genomi egyeztetés jó, az első passzázs során különbségek figyelhetők meg az elsődleges tumor és a megfelelő xenograft között. Valóban, amikor szisztematikus molekuláris elemzéseket végeznek az elsődleges daganat és az oltott daganat összehasonlítására, jelentős különbségek találhatók [28,31,36,39]. A genetikai elváltozások száma általában nagyobb az xenograftban, mint az elsődleges daganatban, amelyből származik [28,36].

Megállapítottuk az emberi primer RCC-k xenograft modelljeit, lokalizált betegség esetén 5% -os átültetéssel, áttétes betegség esetén pedig 36% -os diagnosztikával [31,49]. Minden xenograft modell esetében összehasonlítottuk az elsődleges daganatot és a megfelelő tumor xenograftokat az első passzus során. A mikroszatellit-analízisek 30% -os különbséget mutattak egy primer RCC és a megfelelő xenograft között az első passzázsnál [31].

Értékelés TP53 8 primer RCC, az azokból származó xenograftok és az áttétes minták több mintájának rendellenességeiből kiderült, hogy a tumor xenografts jobban hasonlít az áttétekhez, mint az elsődleges RCC-hez, amelyekből származnak.

Az elsődleges RCC-k heterogének voltak a p53-expresszáló sejtek térbeli elválasztásával rendelkező szubklónjaival, amelyeket lézerrel mikroszkontáltunk. Értékelés TP53 mutációkat ezekben a sejtekben visszakövethettük a TP53-mutált sejtek az elsődleges RCC-ben, másodlagosan a megfelelő tüdőmetasztázisban tágultak, és két xenograft [49].

A páciensek által előállított xenograftok jobban tükrözhetik-e a biológiai áttétet, mint a rákos sejtvonalakból származó xenografts? Ez nem korlátozás, inkább kiegészítő érv alkalmazásukra, mert a betegeknél a kemoterápiás szerek elsősorban metasztatikus betegségeket céloznak meg, akár mikro-, akár makrometasztatikus.

A betegek egyénéből származó xenograftok a metasztatikus rák személyre szabott kezeléséhez

Az egyedi xenograftok, amelyek innovatív eszközt jelentenek az emberi szövetek korlátozott rendelkezésre álló mennyiségének felerősítésére, tükrözhetik az áttéteket, jó genetikai stabilitással a passzázsok után. Ez megnyitja a terepet a betegektől származó xenograftok egyéni alkalmazásában a kemoterápiás szerekkel szembeni érzékenység előrejelzésére.

Az első jelentett eset áttétes hasnyálmirigyrákban szenvedő beteg volt, mitomicinnel kezelték a progresszió után a gemcitabinnal végzett első vonalbeli kezelés során. Ennek a betegnek mitomicin-kezelést kínáltak, amely hatékonynak bizonyult az elsődleges daganatából származó xenograft modellen. Ez a kezelés további 22 hónapos betegségellenőrzést tett lehetővé [54], míg az áttétes hasnyálmirigyrák elméleti medián túlélése kevesebb, mint 9 hónap [55]. Ezen eredményen felbuzdulva ugyanaz a csapat 14 betegből származó xenograft modellt hozott létre, amelyeket 63 különféle rákellenes szer kiválasztatlan paneljével kezeltek kombinációban vagy monoterápiában. A szerzők kiváló korrelációról számoltak be egy gyógyszer xenograft modellben alkalmazott tumorellenes aktivitása és ugyanazon gyógyszer tumorellenes hatása között a megfelelő betegben [56].

Egy másik metasztatikus adenoid cisztás karcinómában szenvedő beteget egy pan-EGFR inhibitor és egy anti-IGF1R monoklonális antitest kombinációjával végzett I. fázisú vizsgálatba vontak be, mivel az IGF1R inhibitor magas tumorellenes hatása volt a páciens agyi áttétmintából nyert xenograft modelljén. A kezelés legalább 6 hónapon keresztül elérte a gyorsan növekvő májmetasztázisok kontrollját, ami felveti ennek a stratégiának a megvalósítását bizonyos I. fázisú klinikai vizsgálatokban [57].

Ezen ígéretes eredmények tükrében csapatunk úgy döntött, hogy egyes egyéni xenograftokat és metasztatikus biopsziás minták genomikai elemzéseit kombinálja az áttétes hármas negatív emlő karcinómában szenvedő nők kezelésének személyre szabása érdekében. Azt feltételeztük (1), hogy az áttétes mintákból származó xenograftok relevánsabbak lennének, mint az elsődleges daganatokból származó xenograftok, és (2) és hogy még ezen súlyos betegség esetén is a gyors beültetés (1,5 hónap alatti időintervallum) és a 4–17 nap [28,36] lehetővé tenné a kábítószer-tesztet xenograftokon, amíg a nő első vonalbeli kezelést kapott. Először két tű biopsziás mintát oltottunk át metasztázisokból, 80% -os beültetési sebességgel. A harmadik metasztázisos tű biopsziás mintán transzkriptikus elemzéseket hajtottunk végre, hogy azonosítsuk a potenciális molekuláris célpontokat a Lehman-féle hármas negatív emlő karcinómák molekuláris alosztályozása szerint [58]. Az egyes betegek molekuláris elemzései alapján gyógyszereket vagy gyógyszerkombinációkat teszteltünk a megfelelő xenograft modellen. Minden potenciálisan hatékony kemoterápiás kezelési rendet sikerült azonosítani minden olyan betegnél, aki 1-2 kemoterápia alatt haladt előre. Mindegyik esetben a progresszióig eltelt idő hosszabb volt, mint a korábbi kezelési vonalaknál [59,60].

Egy hasonló stratégia, amely az exom szekvenálását ötvözi a következő generációs szekvenálási technológiával és az egyedi xenograft modellekkel, amelyeket 10 különböző ráktípusban szenvedő beteg metasztatikus mintáiból nyertek, 77% -os betegségkontrollt eredményezett [61].

A komplex útvonalakba integrált molekuláris biomarkereket nehéz közvetlenül használni a mindennapi klinikai gyakorlatban. A metasztatikus mintákból származó egyedi xenograftok további eszközt jelentenek a kezelés hatékonyságának in situ értékeléséhez.

Összegzésképpen elmondható, hogy a páciens eredetű xenograftok olyan preklinikai modellek, amelyeket újszerű farmakológiai eszközökként fedeznek fel, mind a rákellenes gyógyszerek preklinikai fejlesztése, mind pedig az áttétes megbetegedések személyre szabott kezelésének egyedi modelljei.

Köszönetnyilvánítás

Köszönjük Angela Swaine asszonynak, aki áttekintette az angol nyelvet.

Közzétételi nyilatkozat

A szerzőknek nincsenek összeférhetetlenségeik.