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

извлечен

1 авеню Клод Велефо

FR-75010 Париж (Франция)

Д-р Гилем Буске

U1165, Университет Париж 7, ИНСЕРМ, Университет Париж 13

Hôpital Avicenne, 1 avenue Claude Vellefaux

FR-75010 Париж (Франция)

Сродни статии за „“

  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn
  • електронна поща

Резюме

Появата на метастази сериозно засяга прогнозата при пациенти с рак, превръщайки метастатичните заболявания в ежедневно обществено предизвикателство. Последните 10 години бяха посветени на разработването на нови терапии, насочени към молекулярни аномалии, с няколко огромни успеха, като например насочване на HER2 в субпопулация на жени с метастатичен рак на гърдата с дългосрочно оцелели и потенциална лечимост с химиотерапия [1, 2], или насочването на KIT при метастатични стомашно-чревни стромални тумори [3,4,5]. Въпреки това, поради резистентност към лекарства, потенциалната лечимост на химиотерапията на метастатичния етап остава анекдотична. Освен това големите геномни анализи за идентифициране на нови цели имат своите ограничения.

Едно ограничение е, че повечето от тези анализи са извършени върху туморни проби от първични тумори. Първичните тумори са хетерогенни на клетъчно и молекулярно ниво [6,7,8], а метастазите произтичат от избрани агресивни клонинги, обикновено от туморни клетки, които са придобили устойчивост на лечение от първа линия, вероятно с малко геномни вариации между различни метастази, анализирани в пациент [9]. Тези туморни клетки, които може да са малцинство в първичния тумор [10], са точно тези, върху които трябва да се тества ефективността на лекарството за индивидуализирано лечение на метастатични пациенти.

За да се избегне това ограничение, произтичащо от интратуморна хетерогенност, трябва да се направи многократно вземане на проби от първични тумори за молекулярни анализи. Това е предпоставка за адекватни тераностични изследвания, но многократното вземане на проби е трудно да се приложи в ежедневната практика. Вземането на проби от метастатични сайтове е още по-трудно, но може да е много по-подходящо.

Друго ограничение е функционалната стойност на молекулярните аномалии при рак обикновено не е известна. Например, отне време да се разбере, че свръхекспресията на епидермален растежен фактор (EGFR) не е достатъчна, за да бъдат анти-EGFR леченията ефективни при метастатичен колоректален карцином и че също така е необходимо туморът да бъде K-RAS див тип [11].

По този начин са необходими допълнителни инструменти за разработването на нови противоракови средства. Използването на предклинични модели е ключов компонент на транслационните изследвания в онкологията. В продължение на четири десетилетия се използват широко ксенографтни модели на човешки ракови клетъчни линии, инжектирани подкожно в имунокомпрометирани мишки, с разочароващи резултати за прогнозиране на клиничната полза от ново лекарство. Това обяснява нарастващия интерес към други модели, като ксенотрансплантати, получени от пациент, които могат по-добре да предскажат клиничната полза от лекарството. През последните години се появиха няколко платформи от добре характеризирани ксенографти, получени от пациент [12,13,14]. За метастатично заболяване продължават проучвания, за да се докаже тяхната полезност като предклинични фармакологични инструменти.

Миши ксенографти от човешки ракови клетъчни линии не са адекватни модели за предклинично развитие на противоракови агенти

Миши ксенотрансплантати от човешки ракови клетъчни линии предлагат някои предимства: създаването на модел е доста лесно, а обемът на тумора е лесен за измерване, когато присадката се извършва подкожно. За предклинична оценка на противораково лекарство, ксенотрансплантираните мишки могат лесно да бъдат синхронизирани. Тези модели обаче са много несъвършени, тъй като повечето човешки ракови клетъчни линии не отразяват ефективно човешките злокачествени тумори. Важно обяснение за това е тяхното in vitro разширяване за няколко месеца или години, което води до генетични стресове и промени, които не отразяват процеса на канцерогенеза при злокачествени тумори на пациента [15]. Например, няма човешка клетъчна линия на глиобластом EGFR амплификация, въпреки че това е честа геномна аномалия при човешки глиобластоми [16]. По същия начин, сред седемте генерирани клетъчни линии на рак на простатата на човека, само четири експресират андрогенния рецептор и много малко произвеждат специфичен за простатата антиген [15], за разлика от това, което се среща при повечето видове рак на простатата при мъжете.

В продължение на 40 години миши ксенотрансплантати, получени от човешки ракови клетъчни линии, се използват широко за предклинично разработване на нови противоракови агенти. До 1985 г. в Националния институт по рака (NCI) основният модел беше ксенотрансплантат, получен от клетъчна линия на човешка левкемия P388, с лоша ефективност при прогнозиране на клиничната полза от лекарството, особено за нехематологични тумори [17]. Набор от модели на ксенографт, получени от 60 клетъчни линии на човешки рак, е разработен допълнително от NCI, за да включи солидни тумори в своята платформа за скрининг на нови противоракови агенти [18]. Проверени са повече от 10 000 съединения годишно, но много малко са довели до някаква клинична полза [15]. В началото на 2000-те Johnson et al. [19] оценява дали моделите на ксенографт, получени от този панел, могат точно да предскажат активността на нови терапевтични агенти в клинични изпитвания. Те събраха данни за 39 лекарства, избрани въз основа на тяхната цитотоксична активност in vitro на панела от 60 линии. След това 39-те лекарства бяха тествани на ксенографт модели с медиана от 5 експеримента и 4 различни хистологични типа. Корелацията е ниска, което води до заключението, че моделите миши ксенотрансплантат, получени от панела NCI, не са много надеждни при прогнозиране на отговора на химиотерапията при пациенти.

И накрая, ксенотрансплантатите от човешки ракови клетъчни линии са силно противоречиви [15,20,21,22] и тяхната лоша надеждност обяснява подновения интерес към ксенотрансплантатите, получени от човешки туморни проби, наричани още „ксенотрансплантати, получени от пациент“.

Извлечен от пациента ксенографт: Преоткрит релевантен фармакологичен инструмент

Концепцията за ксенотрансплантат, получен от пациент, не е нова, тъй като първият доклад за успешна хетеротрансплантация на рак на дебелото черво на човек при голи мишки от тимус през 1969 г. [23]. Преди двадесет години Klein et al. [24] установи 6 модела ксенографти, получени от пациент, от проби за простатектомия на 8 пациенти с рак на простатата. Един модел изглежда особено подходящ, тъй като присаденият тумор е зависим от андроген и има метастатичен потенциал за костта, като по този начин възпроизвежда клиничните и патологичните аспекти на заболяването при пациентите.

В продължение на 20 години и главно през последното десетилетие няколко институции са създали модели на ксенотрансплантати, получени от пациент, които са цялостни представители на различните видове и подтипове рак, въпреки по-голямото представителство на високостепенни тумори [25,26,27, 28,29,30,31,32,33].

За рак на гърдата са получени модели от всички туморни подтипове, включително позитивен за естроген рецептор подтип със степен на присаждане под 1% [28,34,35]. И обратно, тройният отрицателен подтип, най-агресивният подтип на рак на гърдата, е много по-добре представен със степен на присаждане над 35% [28,34,35,36,37,38]. Сега е ясно, че получените от пациента ксенотрансплантати отразяват по-ефективно туморната хетерогенност на раковите заболявания, отколкото ксенотрансплантатите от човешки ракови клетъчни линии [20].

Моделите на ксенографт, получени от пациент, също точно отразяват известните профили на чувствителност на дадени видове тумори към лекарства [26,27,28,30,32,35]. Осемдесет и пет ксенографти, получени от пациенти, получени от чернодробни метастази на пациенти с колоректален рак, са лекувани с цетуксимаб, анти-EGFR моноклонално антитяло, в сравнение с плацебо. В ксенографти с KRAS див тип, цетуксимаб индуцира 16,7% степен на отговор [39], резултат поразително подобен на степента на отговор 13-22% при пациенти, лекувани с цетуксимаб или панитумумаб [40,41,42]. Две други прилики с тумори на пациенти също са наблюдавани при ксенотрансплантати, получени от пациент [11,43,44]: (1) по-висока степен на отговор, когато EGFR броят на копията е висок и (2) липса на отговор на цетуксимаб при KRAS е мутирал [39].

Ксенотрансплантатите, получени от пресни проби от човешки тумор, могат да се поддържат и усилват чрез последователни пасажи, без промяна на генетичните и биологичните характеристики на тумора, отглеждан при първото пасаж [28,31,32,36,39].

Тези наблюдения доведоха до предположението за по-систематично прилагане на ксенографти, получени от пациента, за предклиничното разработване на лекарства [13]. Обещаващи проучвания потвърждават, че получените от пациента ксенотрансплантати могат точно да предскажат ползата от лекарство или комбинация от лекарства в клиничната практика [45,46,47]. Получените от пациента ксенотрансплантати на рак на панкреаса от платформата в Johns Hopkins позволиха прогнозата за ниската полза от темсиролимус, mTOR инхибитор [45] и от AZD0530, инхибитор на Src [47], при лечението на метастатичен рак на панкреаса. Друго проучване комбинира проучване фаза I-II при пациенти с метастатичен рак на панкреаса и използването на 11 модела ксенографт, получени от пациента, за оценка на ползата от комбинацията nab-паклитаксел + гемцитабин. Честотата на отговорите е била 48% при пациентите и 55% при ксенографтните модели [46]. По-нататъшно проучване фаза III при метастатичен панкреатичен аденокарцином потвърждава ползата от тази лекарствена асоциация със средна преживяемост от 8,5 месеца спрямо 6,7 месеца за стандартното лечение с гемцитабин [48].

Какво може да ограничи тяхната употреба за предклинично разработване на противоракови лекарства?

Едно от основните ограничения е ниският процент на присаждане на ксенографти, получени от пациента, обикновено под 20% за локализирани първични тумори, присадени подкожно [28,31,33,49]. Някои експериментални условия могат значително да увеличат тази скорост: ортотопно присаждане, присаждане под бъбречната капсула [35,50] или добавка на естрадиол за ксенографти на рак на гърдата [35].

Този нисък процент на присаждане може да бъде значително по-висок в случай на метастатично заболяване по време на присадката и още повече, когато метастатичната тъкан е присадена на имунодефицитни мишки [27,29,30,51]: 80% за метастатични бъбречно-клетъчни карциноми ( RCCs [30] и за метастатичен тройно отрицателен рак на гърдата [51]. За недребноклетъчния белодробен карцином степента на присаждане на хирургично отстранени мозъчни метастази е 74% [27]. По подобен начин, в поредица от 150 чернодробни метастази от колоректален карцином, систематично присадени на NOD/SCID мишки, беше постигната степен на присаждане от 87% [39]. Дори в този напреднал стадий на заболяването, присаждането при мишки е предсказващо за по-кратка преживяемост на пациента [27,29].

Всъщност туморните клетки, които метастазират при пациенти, които може да са малцинство в първичния тумор [10], са именно тези, върху които е необходимо да се тества ефективността на лекарството за индивидуализирано лечение на метастатични пациенти. Тези съображения трябва да насърчат разработването на ксенографтни модели от биопсии на метастази.

Друго ограничение може да бъде заместването на човешка туморна строма в първично присадения тумор с миша строма след последователни пасажи [34]. Това повдига въпрос за ползата от лекарствата, насочени към човешки стромални клетки, независимо дали туморни съдове или възпалителни клетки.

Когато анализира човешки проби от RCC, нашият екип наскоро демонстрира, че сунитиниб, инхибитор на тирозин киназа с антиангиогенен ефект, е успял да генерира резистентност към собствения си терапевтичен ефект чрез индуцирана хипоксия в раковите стволови клетки [52]. В проби от човешки тумор, получени преди и след лечение със сунитиниб от същите пациенти с метастатичен RCC, наблюдаваме, че стволовите клетки на бъбречния рак се увеличават в брой след лечението. Експериментално възпроизведохме този ефект на сунитиниб в модели на ксенографт, получени от пациент на човешки метастатични бъбречни карциноми.

Може ли извлечените от пациента ксенографти да отразяват метастатичните заболявания?

Ниската степен на присаждане на туморни проби от локализирани първични тумори може да бъде свързана с клетъчна хетерогенност в първичните тумори [28,29,30,31]. Само локализираният първичен рак на панкреаса има висок процент на присаждане (61%), но присаждането е свързано с повишен риск от метастази и смърт [26]. Шестдесет и седем процента от тези присадени тумори имат Smad4 загуба на протеин, характеристика, свързана с по-висок метастатичен потенциал [26]. Степента на присаждане на първичните тумори също е по-висока в случай на метастатично заболяване при диагностициране, до 50% за RCC [30].

Получените от пациента ксенотрансплантати могат да бъдат начин за избор на най-агресивните клонинги в първичен тумор. Транскриптомичните анализи, извършени върху четири първични локализирани рака на панкреаса и съответните им ксенотрансплантати при петия и десетия пасаж, показват, че четирите туморни ксенографтни модела имат метастатичен генен експресионен подпис [26]. Използвайки секвениране на цели екзоми, Ding et al. [53] демонстрира голямо сходство между ксенотрансплантатите, получени от първичен рак на гърдата и неговите мозъчни метастази. Подобни профили на CGH масив също са открити между метастази в лимфни възли и ксенотрансплантати, получени от първичен карцином на гърдата, докато профилът на CGH масив на първичния тумор е различен [36].

Докато геномното съгласуване между метастазите и ксенотрансплантатите е добро, се наблюдават разлики между първичен тумор и съответния ксенотрансплантат при първото му преминаване. Всъщност, когато се извършват систематични молекулярни анализи за сравняване на първичния тумор с присадения тумор, могат да бъдат открити значителни разлики [28,31,36,39]. Броят на генетичните промени обикновено е по-голям при ксенотрансплантата, отколкото при първичния тумор, от който произлиза [28,36].

Ние установихме ксенотрансплантационни модели на човешки първични RCCs, със степен на присаждане от 5% в случай на локализирано заболяване и от 36% в случай на метастатично заболяване при диагностициране [31,49]. За всеки ксенографтен модел ние сравнихме първичния тумор и съответните туморни ксенотрансплантати при първото преминаване. Микросателитните анализи показват 30% разлика между първичен RCC и съответния ксенотрансплантат при първото преминаване [31].

Оценяване TP53 аномалии в множество проби от 8 първични RCCs, ксенотрансплантати, получени от тях, и метастатични проби, установихме, че туморните ксенотрансплантати са по-подобни на метастазите, отколкото на първичните RCCs, получени от тях.

Първичните RCC бяха хетерогенни с пространствено разделени субклонове на p53-експресиращи клетки, които ние лазерно микродисектирахме. Оценяване TP53 мутации в тези клетки, успяхме да проследим до малцинствен подклон от TP53-мутирали клетки в първичния RCC, вторично разширени в съответните белодробни метастази и два ксенотрансплантата [49].

Може ли ксенотрансплантатите, получени от пациент, да отразяват биологичното метастатично заболяване повече от ксенотрансплантатите от ракови клетъчни линии? Това не би било ограничение, а по-скоро допълнителен аргумент за тяхната употреба, тъй като при пациентите химиотерапевтичните средства са насочени главно към метастатично заболяване, било то микро- или макрометастатично.

Индивидуални ксенографти, извлечени от пациент за персонализиращо лечение на метастатични ракови заболявания

По този начин отделни ксенографти, които предоставят иновативен инструмент за усилване на ограничени налични количества човешка тъкан, могат да отразяват метастатично заболяване с добра генетична стабилност след пасажи. Това отваря полето за индивидуална употреба на ксенотрансплантати, получени от пациент, за прогнозиране на чувствителност към химиотерапевтични агенти.

Първият докладван случай е пациент с метастатичен рак на панкреаса, лекуван с митомицин след прогресия при лечение от първа линия с гемцитабин. На този пациент беше предложено лечение с митомицин, което се оказа ефективно при ксенографтния модел, получен от неговия първичен тумор. Това лечение позволи допълнителни 22 месеца контрол на заболяването [54], докато теоретичната средна преживяемост при метастатичен рак на панкреаса е по-малко от 9 месеца [55]. Окуражени от този резултат, същият екип установи 14 модела ксенографт, получени от пациент, които бяха лекувани с неизбран панел от 63 различни противоракови средства в комбинация или монотерапия. Авторите съобщават за отлична корелация между противотуморната активност на едно лекарство в ксенографтен модел и антитуморния ефект на същото лекарство при съответния пациент [56].

Друг пациент с метастатичен аденоиден кистозен карцином е включен в изпитване фаза I, комбиниращо пан-EGFR инхибитор и анти-IGF1R моноклонално антитяло поради високия антитуморен ефект на IGF1R инхибитор върху модела на ксенотрансплантата на пациента, получен от проба от мозъчни метастази. Лечението постигна контрол на бързо нарастващите чернодробни метастази в продължение на поне 6 месеца, което предполага възможността за прилагане на тази стратегия в определени клинични изпитвания фаза I [57].

В светлината на тези обещаващи резултати, нашият екип реши да комбинира използването на отделни ксенотрансплантати с геномни анализи на метастатични биопсични проби, за да персонализира лечението на жени с метастатични тройно отрицателни карциноми на гърдата. Ние предположихме (1), че ксенотрансплантатите, получени от метастатични проби, биха били по-подходящи от ксенотрансплантатите, получени от първични тумори, и (2) и че дори при това тежко заболяване бързото присаждане (изтичане на времето под 1,5 месеца) и удвояване на времето варира от 4 до 17 дни [28,36] ще позволят тестване на наркотици върху ксенотрансплантати, докато жената е била на лечение от първа линия. Първо присадихме две иглени биопсични проби от метастази с 80% степен на присаждане. На трета проба за биопсия с игла за метастази, ние извършихме транскриптомни анализи, за да идентифицираме потенциални молекулни цели според молекулярната подкласификация на Lehman за тройно отрицателни карциноми на гърдата [58]. Въз основа на молекулярни анализи за всеки пациент тествахме лекарства или лекарствени комбинации на съответния ксенографтен модел. Успяхме да идентифицираме потенциално ефективен режим на химиотерапия за всеки пациент, който е прогресирал под 1-2 линии химиотерапия. Във всеки случай времето за прогресиране беше по-дълго, отколкото за предишните линии на лечение [59,60].

Подобна стратегия, съчетаваща секвениране на екзоми, използваща технология за секвениране от следващо поколение и индивидуални ксенографтни модели, получени от метастатични проби от 10 пациенти с различни видове рак, дава 77% степен на контрол на заболяването [61].

Молекулярните биомаркери, интегрирани в сложни пътища, са трудни за директно използване в ежедневната клинична практика. Отделните ксенотрансплантати от метастатични проби са допълнителен инструмент за in situ оценка на ефикасността на лечението.

В заключение, получените от пациента ксенотрансплантати са предклинични модели, преоткрити като иновативни фармакологични инструменти, както за предклиничното разработване на противоракови лекарства, така и като индивидуални модели за персонализирано лечение на метастатично заболяване.

Благодарности

Благодарим на г-жа Анджела Суейн, която направи преглед на английския език.

Декларация за оповестяване

Авторите нямат конфликт на интереси.