Alai

Hoved- og halskræft er den syvende mest almindelige kræfttype efter incidens og dødelighed, med 890.000 nye tilfælde og 450.000 dødsfald på verdensplan i 2018 . Behandlingen er fortsat en udfordring med de nuværende terapier, der resulterer i femårsoverlevelsesrater på under 50 % for patienter med lokalt fremskreden sygdom . Lægemiddelresistens og toksicitet begrænser effektiviteten af kemoterapeutika som cis- eller carboplatin, 5-fluorouracil og taxaner . Indførelsen af målrettede midler som cetuximab, nivolumab eller pembrolizumab forbedrede resultatet, men løste ikke problemet med primær eller erhvervet behandlingsresistens hos størstedelen af patienterne . Kun meget få biomarkører anvendes i øjeblikket i klinisk praksis eller er faktisk blevet valideret med henblik på rutinemæssig anvendelse . Pålidelige prækliniske modeller er derfor afgørende for bedre at forstå de molekylære mekanismer, der er involveret i HNSCC-behandlingsresistens og progression, og for at udvikle mere effektive terapeutiske strategier.

Immortaliserede cellelinjer, der stammer fra HNSCC-tumorer, udgør et værdifuldt værktøj til funktionel analyse af behandlingsresistens. Lægemiddelscreening i monolagscellekulturer er fortsat den almindelige metode til identifikation af nye terapeutiske midler. Tredimensionelle (3D) kulturer, som i højere grad repræsenterer tumorvævets arkitektur og det cellulære miljø, kan imidlertid være bedre til at forudsige lægemiddelvirkningen hos patienter. Der er faktisk blevet påvist store variationer i strålings- og lægemiddelfølsomhed i undersøgelser med 3D-cellekulturer, som svarer til dem, der findes i in vivo-tumorer. Selv om 3D-kulturer er nyttige til at undersøge interaktionerne mellem forskellige cellepopulationer, gengiver de ikke fuldt ud kompleksiteten i HNSCC. Udvikling af nye terapier kan derfor i sidste ende kræve klinisk relevante dyremodeller af HNSCC, som nøjagtigt repræsenterer de cellulære og molekylære ændringer, der er forbundet med initiering og progression af kræft hos mennesker. I denne henseende er carcinogeninducerede HNSCC-modeller, transgene dyr og transplanterbare xenograftmodeller kommet ind på området for HNSCC-forskning. Denne gennemgang beskriver de mest anvendte prækliniske modeller for HNSCC (skematisk afbildet i fig. 1) og giver et overblik over deres styrker og begrænsninger. Vi diskuterer også nye tilgange til personlig behandlingsudvælgelse baseret på disse modeller.

Ex vivo modeller

Immortaliserede HNSCC cellelinjer

For fire årtier siden blev de første protokoller til ex vivo kulturer af HNSCC celler rapporteret . Efter at have løst tidligere hindringer såsom fibroblastovervækst og afhængighed af fødelag med disse protokoller blev HNSCC-cellelinjer med succes etableret. Kulturteknikkerne er blevet yderligere forbedret siden da, og der er blevet genereret forskellige HNSCC-cellelinjer, der vokser stabilt over adskillige passager. En detaljeret beskrivelse af alle tilgængelige HNSCC-cellelinjer ville gå ud over rammerne af denne gennemgang. Vi vil derfor gerne henvise læseren til to tidligere oversigtsartikler . Da immortaliserede HNSCC-cellelinjer let kan vedligeholdes og udvides, er de i vid udstrækning blevet anvendt til at undersøge genetiske ændringer og biologiske reaktioner på kemiske og genetiske forstyrrelser, til at identificere potentielle molekylære mål og til at udvikle nye småmolekylære og biologiske terapeutika . For nylig er der fremkommet beviser for, at disse cellelinjer også kan anvendes til at studere intratumoral heterogenitet og klonal evolution, der opstår under terapipres . Data fra sådanne omfattende molekylære og funktionelle undersøgelser i disse modeller er blevet samlet i biblioteker som Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE), der repræsenterer et værdifuldt lager af menneskelig kræftdiversitet .

Og selv om HNSCC-cellelinjer, der dyrkes i todimensionelle (2D) monolagekulturer, fortsat er vigtige modeller i jagten på nye terapeutiske tilgange til denne sygdom, lider de generelt under deres manglende evne til at afspejle den histologiske natur, den tredimensionelle (3D) arkitektur og de strukturelle og funktionelle forskelle i tumoren in vivo. Disse begrænsninger påvirker i høj grad den informative værdi af in vitro-undersøgelser, der evaluerer virkningen af etablerede og nye behandlingsmetoder for HNSCC i monolagekulturer. Der er faktisk rapporteret om betydelige forskelle i følsomheden af 2D- og 3D-kulturer fra HNSCC-cellelinjer for stråle- og lægemiddelbehandling, f.eks. med cisplatin , cetuximab og mTOR-hæmmeren AZD8055 . Sammenlignende molekylær analyse af celler, der vokser i 2D- kontra 3D-kulturer, gav mulige forklaringer på cellernes lavere følsomhed i 3D-kulturer, som f.eks. ekspression og aktivering af gener, der er forbundet med DNA-reparation , og øgede ekspressionsniveauer af gener, der er forbundet med epithelial-mesenkymal overgang og stammeform under 3D-betingelser.

Genetisk ustabilitet og forekomsten af klonal udvælgelse under in vitro-kultur er yderligere potentielle begrænsninger ved kræftcellelinjer og kan forklare, hvorfor resultater, der involverer cellelinjer, ofte er vanskelige at reproducere. En omfattende analyse af stammer fra de almindeligt anvendte MCF7 bryst- og A549 lungekræftcellelinjer afslørede således omfattende genomisk variation på tværs af stammerne, som var forbundet med variation i biologisk betydningsfulde celleegenskaber. Det er vigtigt at bemærke, at når stammerne blev testet mod 321 kræfthæmmende stoffer, blev der observeret meget forskellige reaktioner på lægemidlerne, idet mindst 75 % af stofferne hæmmer nogle stammer kraftigt, men er helt inaktive i andre stammer. Denne undersøgelse understreger klart det presserende behov for forbedrede ex vivo-modeller til støtte for maksimalt reproducerbar kræftforskning.

Advancerede ex vivo-modeller af HNSCC

Köpf-Maier og kolleger var de første til at etablere en metode, der tillod humane karcinomceller fra forskellige histologiske enheder, herunder pladecellekarcinomer (SCC) i svælget, at reorganisere sig in vitro til “organoide strukturer” . De viste, at disse organoidkulturer opretholdt de kritiske egenskaber ved in vivo-tilstanden, såsom 3D-arkitektur, vækst af heterogene celletyper fra et enkelt karcinom og morfologisk differentiering under relativt enkle forsøgsbetingelser . I en efterfølgende undersøgelse viste samme gruppe, at disse organoidkulturer kan anvendes til lægemiddelafprøvning, og at de opnåede responsdata stemmer overens med patienternes respons på behandlingen . Forfatterne var de første til at foreslå organoidkulturer som en personlig in vitro-platform for lægemiddelafprøvning, der gør det muligt at forudsige den individuelle kemosensitivitet af karcinomer inden for få dage .

Siden da er teknikker til dyrkning af væv in vitro i 3D som organotypiske strukturer blevet forfinet. Der er blevet udviklet protokoller til etablering af organoider fra voksne og embryonale stamceller, som er i stand til at selvorganisere sig selv til 3D-strukturer, der afspejler det oprindelige væv (for en gennemgang se Clevers, 2016 ). De første voksne stamcelleafledte organoidkulturer blev etableret fra musetarmstamceller, der blev anbragt under forhold, der efterligner den intestinale stamcelle niche . Betinget reprogrammering induceret ved at tilsætte R-spondin-1, epidermal vækstfaktor (EGF) og Noggin til kulturmediet og indlejring af cellerne i et ekstracellulær matrix-givende kældermembranekstrakt har vist sig at stimulere voksne stamceller til selvfornyelse, proliferation og dannelse af differentieret afkom, der ligner tarmepitelet . Denne teknik, der oprindeligt blev udviklet til undersøgelse af inficeret, inflammatorisk og neoplastisk væv fra det menneskelige mave-tarmkanalen, er ikke kun blevet anvendt til etablering af organoidkulturer fra en række forskellige former for menneskeligt normalt væv, men også fra patientafledt tumorvæv. Disse undersøgelser har i betydelig grad udvidet og forbedret antallet af tilgængelige kræftmodeller.

For nylig blev Köpf-Maier og kollegers tidlige resultater om, at HNSCC-organoidkulturer er en egnet in vitro-platform til lægemiddelafprøvning, bekræftet af flere uafhængige undersøgelser. Selv om der blev rapporteret om betydelige forskelle i succesraten for etablering af primære langtidsvoksende organoidkulturer fra HNSCC-patienter (30 % mod 65 % ), beskrev alle undersøgelser indtil videre enstemmigt, at organoider bevarer mange egenskaber ved den oprindelige tumor, herunder intratumoral heterogenitet , mutationsprofil og proteinekspressionsmønstre . Desuden blev det vist, at organoider bevarede deres tumorigene potentiale ved xenotransplantation . Svarene på lægemiddelbehandling in vivo viste sig at svare til IC50 beregnet fra organoider ved lægemiddelfølsomhedsanalyser in vitro Desuden korrelerede radiosensitivitetsdata fra organoidetestning med klinisk respons hos patienter . Det er vigtigt, at ikke kun behandlingsrelaterede virkninger i tumorer, men også uønskede terapibivirkninger i normalt væv kan undersøges i organoidmodeller. F.eks. er patientafledte spytkirtelorganoider blevet anvendt til at dissekere det molekylære grundlag for hyposalivation, en hyppig alvorlig bivirkning af stråling .

En anden undersøgelse identificerede primære 2D cellekulturer fra HNSCC-patienters tumorer som en yderligere værdifuld ex vivo HNSCC-model . Her blev der ved individualiseret screening i stor skala af terapeutika mod kræft reproducerbart identificeret lægemidler med anti-tumoraktivitet i matchende patientafledte xenograftmodeller (PDX), hvilket giver yderligere beviser for, at primære HNSCC-kulturer kan anvendes til at understøtte terapeutisk beslutningstagning i en klinisk rutinesituation .

Organoidkulturer af humant normalt, dysplastisk og malignt tungevæv er også blevet anvendt til at reproducere de vigtigste trin i tungetumorigenese . Histomorfometri, immunohistokemi og elektronmikroskopianalyser i 3D-samkulturer af primære keratinocytter og fibroblaster fra tungen i kollagenmatrix viste, at den stratificerede vækst, celleproliferation og differentiering var sammenlignelige mellem samkulturer og deres respektive oprindelige væv, men at de dog var meget forskellige i kulturer dyrket uden fibroblaster . Disse resultater understøtter tidligere undersøgelser, der viser en vigtig rolle for cancer-associerede fibroblaster i patogenesen af HNSCC . Disse data sammen med de omfattende beviser fra litteraturen om tumorfremmende virkninger af tumormikromiljøet (TME) taler stærkt for fremtidig brug af mere avancerede prækliniske modeller, der omfatter alle de vigtigste TME-komponenter. Der findes i dag nye protokoller til fremstilling af organoider, der ud over stromaceller også indeholder patientens immunceller . Selv om organoidkulturer har begrænsninger, f.eks. et betydeligt tidsforbrug og ressourceforbrug og inddragelse af udefinerede extrinsiske faktorer, der kan påvirke resultatet af eksperimenterne (tabel 1), kan disse kulturer således udgøre egnede modeller til udvikling og optimering af fremtidige behandlingsstrategier, herunder immun-onkologiske lægemidler.

Dyremodeller

Karcinogeninducerede dyremodeller af oral cancer

De fleste humane SCC’er er kendt for at blive induceret ved kronisk eksponering for carcinogener. Oprindeligt mislykkedes eksperimentelle metoder til kemisk induktion af maligne tumorer i munden altid, fordi mundslimhinden var mere modstandsdygtig over for kemikaliernes virkning end huden. Endelig lykkedes det ved hjælp af 9,10 dimethyl-1,2 benzanthracen (DMBA) at fremkalde HNSCC i hamster kindposen som dyremodel . I lighed med scenariet hos patienterne foregik karcinogenese af slimhinden i fire på hinanden følgende stadier: hyperplasi, atypisk hyperplasi, carcinoma in situ og pladecellecarcinom . Der var imidlertid vanskeligheder med at skelne mellem ændringer af epitelet forårsaget af direkte kontakt med carcinogenet og ægte præmalign transformation, fordi ændringerne var forbigående og reversible i de DMBA-inducerede kindtumorer. Desuden havde de DMBA-inducerede tumorer ikke mange af de histologiske træk ved differentieret HNSCC og lignede ikke tidlige menneskelige læsioner i høj grad. Endnu vigtigere er det, at tumoren opstod i hamsterens kindposer, som repræsenterer et immundefekt område, der ikke findes hos mennesker, så denne model efterlignede ikke humant HNSCC særlig godt. Selv om DMBA efterfølgende blev anvendt i vid udstrækning i modeller for oral cancer hos hamster og rotter, viste det sig at være vanskeligt at fremkalde oral carcinom med DMBA hos mus . 4-Nitrokinolin 1-oxid (4-NQO), et vandopløseligt quinolonderivat, blev derefter introduceret som en potent inducerende faktor for orale tumorer. Administration af 4-NQO med drikkevand eller topisk anvendelse resulterede i flere dysplastiske, preneoplastiske og neoplastiske læsioner efter langtidsbehandling i både rotte- og musemodeller, og disse læsioner lignede meget den menneskelige neoplastiske transformation i mundhulen. Efter adskillige ændringer blev modellen standardiseret af Tang et al. , som viste, at tilførsel af 4-NQO i drikkevandet til C57BL/6-mus i 16 uger fremmer mundhulecarcinogenese med høj incidens.

Da de ovenfor beskrevne carcinogeninducerede dyremodeller rekapitulerer hændelsesforløbet og den type læsioner, der ses under human carcinogenese, udgør de et fremragende in vivo-system til undersøgelse af centrale drivkræftbegivenheder i oral carcinogenese. Disse modeller er også blevet anvendt i vid udstrækning til udvikling af strategier til kemoprævention af kræft, mens færre undersøgelser har udnyttet disse dyremodeller til at evaluere effektiviteten af lægemidler til behandling af etablerede tumorer. En væsentlig begrænsning som lægemiddel-screeningsplatform er den lange tid, der er nødvendig for at gennemføre evalueringen af virkningerne af et teststof (tabel 1). De fleste karcinogeninducerede dyremodeller af HNSCC kræver op til 40 uger for at udvikle fuldgyldige karcinomer, og endnu længere tid, hvis metastase er undersøgelsens slutpunkt. I denne forbindelse tilbyder en nyere rapport fra Wang og kolleger en potentiel genvej ved at anvende 4NQO-afledte cellelinje-inducerede tungetumor xenografts som en alternativ mere hensigtsmæssig syngene musemodel .

Den store fordel ved den 4NQO-inducerede dyremodel er dens egnethed til at undersøge virkningerne af kræftfremkaldende og genetiske faktorer i tumorigenese, især i et immunkompetent miljø. Den udgør således en egnet platform til at fremskynde udviklingen af immunoterapeutiske regimer i HNSCC . Modellen er også blevet anvendt med succes til at undersøge den rolle, som formodede kræftstamceller spiller i forbindelse med behandlingsresistens, tilbagefald og metastase. Dens potentiale for udvikling af nye terapeutiske strategier, der ikke kun er rettet mod den proliferative tumormasse, men også mod den relativt rolige subpopulation af kræftstamceller, er blevet fastslået.

Genisk manipulerede musemodeller

Mens DNA-skader forårsaget af kemikalier sker tilfældigt, efterfølges ifølge teorien om tumorevolution tilfældig erhvervelse af mutationer i hele genomet af udvælgelse af kloner med genetiske ændringer, der fremmer cellens overlevelse og proliferation. Molekylære profilundersøgelser har identificeret flere formodede drivergener, der bidrager til kræftudviklingen i HNSCC. Disse molekylære undersøgelser har imidlertid ikke givet direkte beviser for kausalitet eller detaljeret indsigt i de biologiske mekanismer, hvormed disse gener driver tumorudviklingen. Selv om karcinogeninducerede dyremodeller nøje kan genskabe det heterogene landskab af genomiske ændringer i menneskelige primærtumorer , er det kun en brøkdel af disse mutationer, der driver tumorigenese ved at påvirke onkogener eller tumorsuppressorgener, men mange mutationer er passagerer uden noget klart bidrag til tumorudvikling. Disse undersøgelser afslører heller ikke, om drivkræfterne er afgørende for tumorvedligeholdelsen, og de kan derfor være af begrænset nytte for udformningen af effektive terapeutiske strategier. I modsætning hertil giver prækliniske modelsystemer som f.eks. genetisk manipulerede musemodeller (GEMM’er) en eksperimentelt anvendelig tilgang, hvor de biologiske virkninger af specifikke mutationer kan undersøges i detaljer på en kontrolleret genetisk baggrund. I de næste kapitler beskriver vi de vigtigste resultater fra tidligere undersøgelser baseret på GEMM’er i HNSCC.

Få GEMM’er, der er forbundet med spontan HNSCC-dannelse i fravær af kronisk carcinogeneksponering, er hidtil blevet beskrevet (tabel 2). En genetisk manipuleret musemodel af oral cancer blev først introduceret af Schreiber og kolleger . Efter krydsning af mus, der var transgene for v-Ha-ras-genet, med transgene mus, der bar E6/E7 af humant papillomavirus (HPV)-16, blev der observeret udvikling af tumorer i mund, øre og øje fra omkring 3 måneders alderen . Ved 6 måneder havde 100 % af de bi-transgene dyr udviklet tumorer i munden, mens forekomsten i nogen af de to enkelt-transgene grupper var 0 % . Forudsætningen for et andet genetisk hit for tumorigenese blev også rapporteret for en transgen model af K-rasG12D, hvor en tamoxifen-inducerbar Cre-rekombinase under kontrol af keratin-14 (K14)-promotoren blev anvendt til at målrette det endogene K-ras-lokus . I single-transgen-modellen blev der kun observeret store papillomer i mundhulen og hyperplasi i tungen efter 1 måneds tamoxifen-behandling . Hvis musene imidlertid blev krydset med floxed p53 conditional knockout-mus, udviklede 100 % af de sammensatte mus tungekarcinomer allerede 2 uger efter tamoxifeninduktion . Ud over ekspression af virale onkogener E6/E7 og tab af TP53 er homozygote deletion af transkriptionsfaktoren krüppel-like-factor 4 (KLF4) og heterozygote deletion af SMAD4 blevet identificeret som andre genetiske hits, der sammen med en onkogen drivermutation fremmer oral tumordannelse med høj prævalens (tabel 2).

Trods gengivelse af HNSCC-progressionen er det stadig tvivlsomt, om de ovenfor beskrevne HNSCC-modeller er egnede som platform for udforskning af nye molekylære målrettede behandlingsmetoder, da de genetiske ændringer, der driver tumorigenese hos disse dyr, ikke findes eller kun sjældent findes hos HNSCC-patienter. Samlet set blev der kun påvist mutationer i HRAS og KRAS i henholdsvis 6 og 0,2 % af HNSCC-patienterne og homozygote deletioner af KLF4 og SMAD4 i henholdsvis 0 og 4 % af tilfældene. Desuden er der ikke blevet identificeret tilfælde med en af de sammensatte tumorprægede genotyper af de GEMM’er, der er beskrevet ovenfor, i The Cancer Genome Atlas (TCGA) HNSCC-kohorten . En GEMM af spontant HNSCC, der i højere grad ligner de molekylære træk ved den menneskelige sygdom, kunne være den enkeltgen-knockout-model af SMAD4 i hoved- og halsepitel (HN-Smad4del/del), som Bornstein og kolleger har rapporteret om . Selv om homozygote deletioner er sjældne, påvises der faktisk et heterozygot tab af SMAD4 i 30-35 % af de primære HNSCC’er, der er forbundet med nedregulering af Smad4-ekspressionsniveauet . For nylig er der blevet rapporteret om betydelig intratumoral heterogenitet af SMAD4 tab i primære HNSCC-tumorer . Det er interessant, at i ex vivo-kulturer, der er afledt af PDX, udkonkurrerede den cellesubpopulation, der viser heterozygot SMAD4 tab ved deletion eller reduceret ekspression, celler med wildtype SMAD4 genotype fra den parentale tumor, hvilket tyder på en overlevelsesfordel for Smad4-deficiente celler . Som yderligere støtte for egnetheden af denne single-knockout GEMM udviste HNSCC fra HN-Smad4del/del-mus øget genomisk ustabilitet , hvilket korrelerede med nedreguleret ekspression og funktion af gener, der koder for proteiner i Fanconi anæmi/BRCA DNA-reparationsvejen , som også er forbundet med HNSCC-modtagelighed hos mennesker . Desuden udviste både normalt hoved- og halsvæv og HNSCC fra HN-Smad4del/del-mus alvorlig inflammation, som også er blevet knyttet til patogenese hos mennesker, hvor orale bakterier og inflammatoriske mediatorer forbundet med periodontal sygdom kan være medfaktorer i initiering og fremme af oral SCC .

Siden den oprindelige rapport i 2009 er HN-Smad4del/del-modellen blevet anvendt til detaljeret analyse af de molekylære processer, der er involveret i HNSCC-tumorigenese. Så vidt vi ved, er den endnu ikke blevet udnyttet til udvikling af nye terapeutiske strategier. Denne begrænsning kan forklares ved, at tumorudviklingen i denne model starter med en mediantid på 40 uger, hvilket er en begrænsning svarende til carcinogeninducerede dyremodeller af oral cancer (tabel 2). Integrationen af kræftfremkaldende behandling for at fremskynde tumordannelsen i GEMM’er med enkelttransgene kan således være en passende måde at løse denne begrænsning på, hvilket allerede er blevet demonstreret med succes i undersøgelser af GEMM’er, der har en deletion i et tumorsuppressor-gen (GRHL3 , PTEN ) eller overudtrykker onkogene mikroRNA’er (Tabel 1).

Patientafledte xenograftmodeller

Den udvikling og forbedring af alvorligt immundeficiente musestammer har i bemærkelsesværdig grad øget tilgængeligheden af PDX-modeller til kræftforskning. Succesfuld etablering af HNSCC PDX-modeller er blevet rapporteret af flere forskningsgrupper . I vores egen serie blev der observeret en samlet engraftmentrate på 48 % , men engraftmentraten syntes dog at variere meget mellem forskellige patientundergrupper . De begrænsende faktorer for engraftment er endnu ikke blevet klart identificeret. Implantationsstedet og musestammerne synes at have indflydelse på engrapningsraten. Desuden er patologiske risikofaktorer som f.eks. tumorhistologi og HPV-status vigtige faktorer, der er bestemmende for PDX-dannelsen. Generelt er det mere sandsynligt, at udifferentierede HPV-negative tumorer med aggressiv vækst er mere tilbøjelige til at engrafte. Derfor er hastigheden og kinetikken af PDX-grafting blevet sat i forbindelse med en ugunstig prognose for patienterne . I modsætning til HPV-negative tumorer lykkes det ofte ikke HPV-associerede HNSCC-tumorer at engrafte. Da disse tumorer vokser på immunassocierede steder som f.eks. tonsillen eller tungebunden, er der ved transplantation af dem til immundefekte mus, der mangler immunologisk kontrol med viralt inficerede celler, risiko for samoverførsel af Epstein-Barr-virus (EBV)-positive B-celler. Som følge heraf sker der ofte ukontrolleret B-celleproliferation og transformation til EBV+ lymfom . Da proliferationsraten for disse kunstige lymfomer er meget højere end tumorcelleproliferationen i transplanterede vævsfragmenter af SCC, vokser de oprindelige tumortransplantationer ofte for meget . Derfor er histopatologisk validering af PDX af en certificeret patolog afgørende for at bekræfte modellens pladecellekarcinom histologi.

Spørgsmålet om, hvor godt PDX ligner den primære patienttumor, er blevet behandlet af mange grupper. Som det er vist for andre tumorenheder, viser etablerede HNSCC-modeller i mus histopatologiske træk som den oprindelige patienttumor . Omfattende genetisk analyse af primære tumorer og afledte PDX-modeller ved næste generations sekventering afslørede lignende mønstre og allelfrekvenser af molekylære aberrationer . Korrelationen mellem mutationsprofiler af originale tumorer og afledte modeller var betydeligt højere for PDX (R = 0,94) sammenlignet med cellelinjer (R = 0,51) . Methylomanalyse viste også en høj overensstemmelse mellem PDX- og patienttumorer. Faktisk undergik gennemsnitligt kun 2,7 % af de analyserede CpG-steder større methyleringsændringer som følge af transplantation af tumorer til mus . Desuden viste genekspressionsundersøgelser den overordnede beslægtethed mellem forældrenes tumorer og deres PDX, hvilket blev bekræftet af deres sammenklumpning i en uovervåget hierarkisk clusteringanalyse . I modsætning til de stigende beviser for, at genom- og transkriptomprofiler matcher PDX- og primære HNSCC-tumorer, findes der kun få data for proteinekspression. En første foreløbig analyse af PDX-væv ved hjælp af reverse-phase protein array (RPPA) afslørede proteinprofiler, der kunne sammenlignes med TCGA HNSCC-proteinekspressionsdataene , hvilket tyder på lighed mellem det oprindelige væv og den afledte model også på dette niveau.

Et centralt træk ved PDX er bevarelsen af et stromalt rum. Selv om humant stroma erstattes af musestroma inden for de første passager, forbliver der et integreret stroma, hvilket gør det muligt at evaluere stoffer, der er målrettet mod dette rum eller crosstalk mellem det stromale rum og tumorcellerne. Desuden opbygger tumorer, der dyrkes i mus, deres eget tumorvaskulatur, hvilket giver mulighed for at evaluere det angiogenetiske netværk og interferens med stoffer, der er rettet mod angiogenese. Når modellen er etableret, kan tumorer, der er dyrket i mus, høstes, fryses ned og om nødvendigt optøes og transplanteres igen til mus. Samlet set kan PDX betragtes som en egnet metode til tumorvævsudvidelse og et lovende præklinisk modelsystem til mekanistiske undersøgelser og udvikling af terapeutiske strategier.

Med den nylige indførelse af immunterapi i behandlingsalgoritmen for mange kræfttyper, herunder HNSCC, er manglen på et funktionelt immunmiljø i PDX blevet en stor hindring, der skal overvindes. Forskellige strategier er blevet foreslået for at implementere et immunsystem i immundefekte mus. I den skelsættende undersøgelse af Mosier og kolleger blev det vist, at injektion af humane perifere mononukleære celler (PBMC’er) resulterede i en stabil langtidsgenoprettelse af et funktionelt humant immunsystem i mus med svær kombineret immundefekt (SCID). Der kan således genereres immundefekte PDX-modeller ved at overføre patientens PBMC’er til de PDX-bærende mus. Der mangler imidlertid en korrekt immuncelleudvikling og T-cellepriming ved denne fremgangsmåde, hvilket resulterer i fraværet af visse afstamninger af menneskelige immunceller i musene . De mere sofistikerede protokoller til genoprettelse af immunforsvaret, der efterfølgende er blevet udviklet, er baseret på overførsel af humane CD34+ stamceller til NSG-mus og på implantation af humant fosterthymus- og levervæv under disse mus’ nyrekapsel . Denne fremgangsmåde resulterede i langtidstransplantation og systemisk rekonstituering af et komplet humant immunsystem, herunder multilineære humane immunceller bestående af T-, B-, NK-, dendritiske celler og makrofager . Desværre er denne metode ikke mulig for et stort antal PDX på grund af modellens kompleksitet. Der er blevet foreslået en mere lovende procedure i melanom, hvor tumorinfiltrerende T-lymfocytter (TIL’er) isoleret fra det tumorvæv, der blev anvendt til PDX-generering, blev ekspanderet in vitro med humant interleukin 2 (IL2) før injektion i tumorbærende PDX-mus .

Det potentiale PDX-modeller har til at vejlede patientbehandling

Den værdi, som PDX har til at vejlede den enkelte patients behandlingsbeslutning, skal stadig afklares. Generelt er patient-til-PDX-korrelationer i forskellige tumorenheder, hvor man har sammenlignet behandlingsresponser mellem mus og patienter, blevet foretaget ved hjælp af retrospektive data om kliniske resultater. Så vidt vi ved, er der ikke blevet foretaget sådanne sammenligninger med tilstrækkeligt store prøver i HNSCC. Hindringerne for sådanne tilgange omfatter lægemiddeldosering i mus, som normalt afspejler den maksimalt tolererede dosis, dosisvariabilitet inden for forskellige musestammer og især definitionen af et klinisk meningsfuldt endepunkt. I klinisk sammenhæng bestemmes tumorsvar ved hjælp af RECIST. I mus er der blevet anvendt et meget heterogent sæt af mulige endepunkter til at bestemme effektiviteten af behandlinger med et enkelt lægemiddel, herunder tumorregression udtrykt som relativ væksthæmning, tumorvolumen i forhold til en kontrolgruppe, tumorvæksthæmning og tid til endepunktet. Yderligere generelle modelbegrænsninger er de høje omkostninger ved etablering af PDX-modeller, varierende graftingsprocenter og den tid, der går fra den første transplantation til resultaterne af behandlingsscreeningen. Indtil videre har vi i vores store samling af næsten 80 HNSCC PDX-modeller ikke været i stand til at etablere en prædiktiv værdi af lægemiddelspecifikke tumorsvar i xenograftmodellen. Ikke desto mindre reklamerer flere virksomheder for PDX som et redskab til at forudsige behandlingsrespons. I 2016 iværksatte Champions Oncology et gennemførlighedsforsøg (NCT02752932) for at undersøge den prædiktive værdi af PDX. Desværre er der indtil nu ikke blevet offentliggjort nogen resultater.

Den største ulempe ved PDX er den forlængede tid, der er nødvendig for modeletablering og -udvidelse sammenlignet med organoider, hvilket gør deres fremtidige anvendelse som individuel lægemiddel-screeningsplatform i klinisk rutine mindre sandsynlig. Desuden bør re-konstitution med patientafledte TME-komponenter, som mangler i begge modeller, der er genereret af de nuværende protokoller, kunne opnås meget lettere i organoider end i xenograft-musmodeller. Dette vil gøre det muligt at inkludere anti-cancerbehandlinger, der påvirker TME (f.eks. everolimus, bevacizumab, anti-PD-1/PD-1 L antistoffer) i fremtidige ex vivo screeningsmetoder.