Alai

Le cancer de la tête et du cou est le septième type de cancer le plus fréquent par incidence et mortalité, avec 890 000 nouveaux cas et 450 000 décès dans le monde en 2018 . Le traitement reste difficile, les thérapies actuelles entraînant des taux de survie à cinq ans inférieurs à 50 % pour les patients présentant une maladie localement avancée . La résistance aux médicaments et la toxicité limitent l’efficacité des chimiothérapies telles que le cis- ou le carboplatine, le 5-fluorouracile et les taxanes. L’introduction d’agents ciblés tels que le cetuximab, le nivolumab ou le pembrolizumab a amélioré les résultats mais n’a pas résolu le problème de la résistance primaire ou acquise au traitement chez la majorité des patients . Seuls quelques biomarqueurs sont actuellement utilisés en pratique clinique ou ont été validés en vue d’une utilisation de routine. Des modèles précliniques fiables sont donc essentiels pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la résistance au traitement et la progression du HNSCC, et pour développer des stratégies thérapeutiques plus efficaces.

Les lignées cellulaires immortalisées dérivées de tumeurs HNSCC représentent un outil précieux pour l’analyse fonctionnelle de la résistance au traitement. Le criblage de médicaments dans des cultures cellulaires monocouches reste l’approche courante pour identifier de nouveaux agents thérapeutiques. Cependant, les cultures tridimensionnelles (3D), qui représentent plus fidèlement l’architecture des tissus tumoraux et l’environnement cellulaire, pourraient être supérieures pour prédire l’efficacité des médicaments chez les patients. En effet, des études utilisant des cultures cellulaires en 3D ont montré de grandes variations dans la sensibilité aux rayonnements et aux médicaments, similaires à celles observées avec des tumeurs in vivo. Même si les cultures 3D sont utiles pour étudier les interactions entre les différentes populations cellulaires, elles ne reproduisent pas entièrement la complexité des HNSCC. Ainsi, le développement de nouvelles thérapies pourrait finalement nécessiter des modèles animaux cliniquement pertinents de HNSCC qui représentent avec précision les changements cellulaires et moléculaires associés à l’initiation et à la progression du cancer humain. À cet égard, les modèles de HNSCC induits par des carcinogènes, les animaux transgéniques et les modèles de xénogreffes transplantables ont fait leur entrée dans le domaine de la recherche sur les HNSCC. Cette revue décrit les modèles précliniques de HNSCC les plus utilisés (représentés schématiquement dans la Fig. 1) et donne un aperçu de leurs forces et limites. Nous discutons également des nouvelles approches de sélection de traitement personnalisé basées sur ces modèles.

Modèles ex vivo

Lignées cellulaires HNSCC immortalisées

Il y a quatre décennies, les premiers protocoles de cultures ex vivo de cellules HNSCC ont été rapportés . Après avoir résolu les obstacles antérieurs tels que la surcroissance des fibroblastes et la dépendance aux couches nourricières avec ces protocoles, des lignées cellulaires HNSCC ont été établies avec succès. Les techniques de culture ont été améliorées depuis, et diverses lignées de cellules HNSCC à croissance stable sur de nombreux passages ont été générées. Une description détaillée de toutes les lignées cellulaires HNSCC disponibles dépasserait le cadre de cette revue. Nous aimerions donc renvoyer le lecteur à deux articles de synthèse antérieurs. Comme les lignées cellulaires immortalisées de HNSCC peuvent être facilement maintenues et étendues, elles ont été largement utilisées pour étudier les altérations génétiques et les réponses biologiques aux perturbations chimiques et génétiques, pour identifier des cibles moléculaires potentielles et pour développer de nouvelles petites molécules et des traitements biologiques. Plus récemment, il a été prouvé que ces lignées cellulaires peuvent également être utilisées pour étudier l’hétérogénéité intratumorale et l’évolution clonale qui se produit sous la pression du traitement. Les données issues de ces études moléculaires et fonctionnelles complètes dans ces modèles ont été rassemblées dans des bibliothèques telles que l’Encyclopédie des lignées cellulaires cancéreuses (CCLE), représentant un référentiel précieux de la diversité du cancer humain.

Bien que les lignées cellulaires HNSCC cultivées en monocouche bidimensionnelle (2D) continuent d’être des modèles importants dans la recherche de nouvelles approches thérapeutiques pour cette maladie, elles souffrent généralement de leur incapacité à refléter la nature histologique, l’architecture tridimensionnelle (3D) et les différences structurelles et fonctionnelles de la tumeur in vivo. Ces limites influencent considérablement la valeur informative des études in vitro évaluant l’efficacité des modalités de traitement établies et nouvelles pour le HNSCC dans des cultures monocouches. En effet, des différences notables de sensibilité entre les cultures 2D et 3D de lignées cellulaires de HNSCC ont été signalées pour les radiations et les traitements médicamenteux, par exemple avec le cisplatine, le cetuximab et l’inhibiteur mTOR AZD8055. L’analyse moléculaire comparative des cellules se développant dans des cultures 2D par rapport à des cultures 3D a fourni des explications possibles pour la sensibilité plus faible des cellules dans les cultures 3D, comme l’expression et l’activation des gènes associés à la réparation de l’ADN, et l’augmentation des niveaux d’expression des gènes associés à la transition épithéliale-mésenchymateuse et à la souche dans des conditions 3D.

L’instabilité génétique et l’occurrence de la sélection clonale pendant la culture in vitro sont d’autres limitations potentielles des lignées cellulaires cancéreuses, et peuvent expliquer pourquoi les résultats impliquant des lignées cellulaires sont souvent difficiles à reproduire. En effet, une analyse complète des souches des lignées cellulaires de cancer du sein MCF7 et du poumon A549, couramment utilisées, a révélé une variation génomique importante entre les souches, associée à une variation des propriétés cellulaires biologiquement significatives. Il est important de noter que lorsque les souches ont été testées contre 321 composés anticancéreux, des réponses médicamenteuses considérablement différentes ont été observées, avec au moins 75% des composés inhibant fortement certaines souches mais étant complètement inactifs dans d’autres. Cette étude souligne clairement le besoin urgent de modèles ex vivo améliorés pour soutenir une recherche sur le cancer reproductible au maximum.

Modèles ex vivo avancés de HNSCC

Köpf-Maier et ses collègues ont été les premiers à établir une méthode permettant aux cellules de carcinome humain de différentes entités histologiques, y compris les carcinomes épidermoïdes (SCC) du pharynx, de se réorganiser in vitro en « structures organoïdes » . Ils ont montré que ces cultures organoïdes conservaient les propriétés essentielles de l’état in vivo, telles que l’architecture 3D, la croissance de types cellulaires hétérogènes provenant d’un carcinome individuel et la différenciation morphologique dans des conditions expérimentales relativement simples. Dans une étude ultérieure, le même groupe a démontré que ces cultures organoïdes pouvaient être utilisées pour tester des médicaments et que les données sur la réponse obtenues correspondaient à la réponse des patients au traitement. Les auteurs ont été les premiers à proposer les cultures organoïdes comme plateforme personnalisée de test de médicaments in vitro, permettant de prédire la chimiosensibilité individuelle des carcinomes en quelques jours.

Depuis lors, les techniques de culture de tissus in vitro en 3D sous forme de structures organotypiques ont été affinées. Des protocoles ont été développés pour établir des organoïdes à partir de cellules souches adultes et embryonnaires qui sont capables de s’auto-organiser en structures 3D qui reflètent le tissu d’origine (pour une revue, voir Clevers, 2016 ). Les premières cultures organoïdes dérivées de cellules souches adultes ont été établies à partir de cellules souches intestinales de souris placées dans des conditions imitant la niche des cellules souches intestinales . Il a été démontré que la reprogrammation conditionnelle induite par l’ajout de R-spondin-1, de facteur de croissance épidermique (EGF) et de Noggin au milieu de culture, et l’inclusion des cellules dans un extrait de membranes basales fournissant une matrice extracellulaire, stimulent les cellules souches adultes à s’auto-renouveler, à proliférer et à former une descendance différenciée, ressemblant à l’épithélium intestinal . Cette technique, initialement développée pour étudier les tissus infectés, inflammatoires et néoplasiques du tractus gastro-intestinal humain, a été utilisée non seulement pour l’établissement de cultures organoïdes à partir d’une variété de tissus humains normaux mais aussi de tissus tumoraux dérivés de patients. Ces études ont considérablement élargi et amélioré l’ensemble des modèles de cancer disponibles.

Plus récemment, les premières conclusions de Köpf-Maier et de ses collègues, selon lesquelles les cultures organoïdes de HNSCC constituent une plate-forme appropriée pour l’essai in vitro de médicaments, ont été confirmées par plusieurs études indépendantes. Bien que des différences considérables aient été signalées dans les taux de réussite de l’établissement de cultures organoïdes primaires à long terme à partir de patients atteints de HNSCC (30 % contre 65 %), toutes les études réalisées jusqu’à présent ont décrit à l’unanimité que les organoïdes conservent de nombreuses propriétés de la tumeur d’origine, notamment l’hétérogénéité intratumorale, le profil de mutation et les profils d’expression des protéines. En outre, il a été démontré que les organoïdes conservaient leur potentiel tumorigène lors de la xénotransplantation. Les réponses aux traitements médicamenteux in vivo se sont révélées similaires à la CI50 calculée à partir d’organoïdes par des tests de sensibilité aux médicaments in vitro. De plus, les données de radiosensibilité provenant des tests sur organoïdes étaient en corrélation avec la réponse clinique des patients. Il est important de noter que les modèles organoïdes permettent d’étudier non seulement les effets liés au traitement dans les tumeurs, mais aussi les effets secondaires indésirables du traitement dans les tissus normaux. Par exemple, les organoïdes de glandes salivaires dérivés de patients ont été utilisés pour disséquer la base moléculaire de l’hyposalivation, un effet secondaire grave et fréquent de la radiothérapie.

Une autre étude a identifié les cultures cellulaires primaires en 2D des tumeurs des patients atteints de HNSCC comme un modèle ex vivo supplémentaire précieux de HNSCC. Ici, le dépistage individualisé à grande échelle des thérapies anticancéreuses a identifié de manière reproductible les médicaments présentant une activité antitumorale dans les modèles de xénogreffes dérivées de patients (PDX) appariés, fournissant ainsi des preuves supplémentaires que les cultures primaires de HNSCC pourraient être utilisées pour soutenir la prise de décision thérapeutique dans un cadre clinique de routine .

Des cultures organoïdes de tissus de langue humaine normaux, dysplasiques et malins ont également été utilisées pour reproduire les principales étapes de la tumorigenèse de la langue . Des analyses d’histomorphométrie, d’immunohistochimie et de microscopie électronique dans des co-cultures 3D de kératinocytes primaires dérivés de la langue et de fibroblastes dans une matrice de collagène ont montré que la croissance stratifiée, la prolifération cellulaire et la différenciation étaient comparables entre les co-cultures et leurs tissus natifs respectifs, mais qu’elles différaient largement dans les cultures cultivées sans fibroblastes . Ces résultats appuient des études antérieures montrant un rôle important des fibroblastes associés au cancer dans la pathogenèse du HNSCC . Ces données, ainsi que les nombreuses preuves de la littérature sur les effets du microenvironnement tumoral (TME) sur la promotion des tumeurs, plaident fortement en faveur de l’utilisation future de modèles précliniques plus avancés comprenant tous les principaux composants du TME. De nouveaux protocoles sont aujourd’hui disponibles pour la génération d’organoïdes contenant à la fois des cellules stromales et les cellules immunitaires du patient. Ainsi, bien que la culture d’organoïdes ait des limites , telles que la consommation de temps et de ressources considérables et l’incorporation de facteurs extrinsèques non définis qui peuvent influencer le résultat des expériences (tableau 1), ces cultures pourraient représenter des modèles appropriés pour développer et optimiser les futures stratégies de traitement, y compris les médicaments immuno-oncologiques.

Modèles animaux

Modèles animaux de cancer oral induit par des carcinogènes

La plupart des CSC humains sont connus pour être induits par une exposition chronique à des carcinogènes. Initialement, les approches expérimentales visant à induire chimiquement des tumeurs malignes buccales ont toujours échoué, car la muqueuse buccale était plus résistante à l’action des produits chimiques que la peau. Finalement, en utilisant le 9, 10 diméthyl-1, 2, benzanthracène (DMBA), le HNSCC a pu être induit avec succès dans la poche de la joue du hamster comme modèle animal. Semblable au scénario observé chez les patients, la carcinogenèse de la muqueuse s’est déroulée en quatre étapes successives : hyperplasie, hyperplasie atypique, carcinome in situ et carcinome épidermoïde. Cependant, il a été difficile de distinguer les modifications de l’épithélium causées par le contact direct avec le carcinogène d’une véritable transformation prémaligne, car les modifications étaient transitoires et réversibles dans les tumeurs de la joue induites par le DMBA. En outre, les tumeurs induites par le DMBA ne possédaient pas de nombreuses caractéristiques histologiques des HNSCC différenciés et ne ressemblaient pas étroitement aux lésions humaines précoces. Plus important encore, la tumeur est apparue dans la poche de la joue du hamster, qui représente une zone immunodéficiente absente chez l’homme, de sorte que ce modèle n’imitait pas très bien le HNSCC humain. Bien que le DMBA ait été par la suite largement utilisé dans les modèles de cancer buccal chez le hamster et le rat, il s’est avéré difficile d’induire un carcinome buccal avec le DMBA chez la souris. Le 4-Nitroquinoline 1-oxyde (4-NQO), un dérivé hydrosoluble de la quinolone, a ensuite été introduit comme puissant inducteur de tumeurs buccales. L’administration de 4-NQO dans l’eau potable ou son application topique a entraîné de multiples lésions dysplasiques, prénéoplasiques et néoplasiques après un traitement à long terme dans des modèles de rats et de souris, et ces lésions ressemblaient étroitement à la transformation néoplasique de la cavité buccale humaine. Après plusieurs modifications, le modèle a été normalisé par Tang et al, qui ont montré que l’administration de 4-NQO dans l’eau potable de souris C57BL/6 pendant 16 semaines favorise la carcinogenèse de la cavité buccale à une incidence élevée.

En récapitulant la séquence des événements et le type de lésions observées au cours de la carcinogenèse humaine, les modèles animaux induits par des carcinogènes décrits ci-dessus constituent un excellent système in vivo pour étudier les événements moteurs clés de la carcinogenèse buccale. Ces modèles ont également été largement utilisés pour le développement de stratégies de chimioprévention du cancer, alors que peu d’études ont tiré parti de ces modèles animaux pour évaluer l’efficacité des médicaments pour le traitement des tumeurs établies. L’une des principales limites de la plateforme de criblage de médicaments est le temps considérable nécessaire à l’évaluation des effets d’un composé testé (tableau 1). La plupart des modèles animaux de HNSCC induits par des carcinogènes nécessitent jusqu’à 40 semaines pour développer des carcinomes complets, et même plus longtemps si les métastases sont le critère d’étude. Dans ce contexte, un rapport récent de Wang et de ses collègues offre un raccourci potentiel en utilisant des xénogreffes de tumeurs de la langue dérivées de la lignée cellulaire 4NQO comme modèle de souris syngénique alternatif plus rapide.

Le principal avantage du modèle animal induit par la 4NQO est sa capacité à étudier les effets des facteurs cancérigènes et génétiques dans la tumorigenèse, en particulier dans un environnement immunocompétent. Il constitue donc une plateforme appropriée pour accélérer le développement de régimes immunothérapeutiques dans le HNSCC. Ce modèle a également été utilisé avec succès pour étudier le rôle des cellules souches cancéreuses putatives dans la résistance au traitement, la récurrence et les métastases. Son potentiel pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant non seulement la masse tumorale proliférative mais aussi la sous-population relativement quiescente des cellules souches cancéreuses a été établi .

Modèles de souris génétiquement modifiées

Alors que les dommages à l’ADN par les produits chimiques se produisent de manière aléatoire, selon la théorie de l’évolution tumorale l’acquisition aléatoire de mutations à travers le génome est suivie par la sélection de clones hébergeant des changements génétiques qui facilitent la survie et la prolifération des cellules. Des études de profilage moléculaire ont identifié plusieurs gènes moteurs putatifs contribuant au développement du cancer dans le HNSCC. Cependant, ces études moléculaires n’ont pas apporté de preuves directes de la causalité ni de compréhension détaillée des mécanismes biologiques par lesquels ces gènes conduisent le développement tumoral. Bien que les modèles animaux induits par les carcinogènes puissent reproduire fidèlement le paysage hétérogène des altérations génomiques des tumeurs primaires humaines, seule une fraction de ces mutations provoque la tumorigenèse en affectant les oncogènes ou les gènes suppresseurs de tumeurs, mais de nombreuses mutations sont des passagers sans contribution claire au développement de la tumeur. Ces études ne révèlent pas non plus si les moteurs sont essentiels au maintien de la tumeur et peuvent donc être d’une utilité limitée pour concevoir des stratégies thérapeutiques efficaces. En revanche, les systèmes de modèles précliniques, tels que les modèles de souris génétiquement modifiées (GEMM), offrent une approche expérimentale qui permet d’étudier en détail les effets biologiques de mutations spécifiques dans un environnement génétique contrôlé. Dans les chapitres suivants, nous décrivons les principaux résultats des études antérieures basées sur les GEMM dans les HNSCC.

Peu de GEMM associés à la formation spontanée de HNSCC en l’absence d’exposition chronique à des carcinogènes ont été décrits jusqu’à présent (tableau 2). Un modèle de souris génétiquement modifiées pour le cancer de la bouche a été introduit pour la première fois par Schreiber et ses collègues . Après avoir croisé des souris transgéniques pour le gène v-Ha-ras avec des souris transgéniques porteuses de E6/E7 du virus du papillome humain (HPV)-16, on a observé le développement de tumeurs au niveau de la bouche, de l’oreille et de l’œil à partir de l’âge de 3 mois environ. À 6 mois, 100 % des animaux bi-transgéniques avaient développé des tumeurs buccales, alors que la prévalence dans l’un ou l’autre des deux groupes monotransgéniques était de 0 %. La condition préalable d’un second hit génétique pour la tumorigenèse a également été signalée pour un modèle transgénique de K-rasG12D, dans lequel une recombinase Cre inductible par le tamoxifène sous le contrôle du promoteur de la kératine-14 (K14) a été utilisée pour cibler le locus K-ras endogène. Dans le modèle monotransgène, seuls de grands papillomes dans la cavité buccale et des hyperplasies dans la langue ont été observés après un mois de traitement au tamoxifène. Cependant, si les souris étaient croisées avec des souris knock-out conditionnelles floxées pour p53, 100 % des souris composées développaient des carcinomes de la langue dès 2 semaines après l’induction par le tamoxifène . En plus de l’expression des oncogènes viraux E6/E7 et de la perte de TP53, la délétion homozygote du facteur de transcription krüppel-like-factor 4 (KLF4) et la délétion hétérozygote de SMAD4 ont été identifiées comme des seconds hits génétiques qui, de concert avec une mutation oncogène driver, favorisent la formation de tumeurs orales à haute prévalence (tableau 2).

Malgré la récapitulation de la progression des HNSCC, l’adéquation des modèles de HNSCC décrits ci-dessus en tant que plateforme pour explorer de nouvelles approches de traitement moléculaire ciblé reste en quelque sorte discutable, étant donné que les altérations génétiques conduisant la tumorigenèse chez ces animaux sont absentes ou seulement rarement trouvées chez les patients HNSCC. Dans l’ensemble, les mutations des gènes HRAS et KRAS n’ont été détectées que chez 6 et 0,2 % des patients atteints de HNSCC, et la délétion homozygote de KLF4 et SMAD4 chez 0 et 4 % des cas, respectivement. En outre, les cas portant l’un des génotypes composés à tendance tumorale des GEMM décrits ci-dessus n’ont pas été identifiés dans la cohorte HNSCC du Cancer Genome Atlas (TCGA). Un GEMM de HNSCC spontané ressemblant plus étroitement aux caractéristiques moléculaires de la maladie humaine pourrait être le modèle de knock-out génique unique de SMAD4 dans les épithéliums de la tête et du cou (HN-Smad4del/del) rapporté par Bornstein et ses collègues . En effet, bien que la délétion homozygote soit rare, la perte hétérozygote de SMAD4 est détectée dans 30-35% des HNSCC primaires, associée à une régulation à la baisse des niveaux d’expression de Smad4 . Plus récemment, une hétérogénéité intratumorale significative de la perte de SMAD4 dans les tumeurs primaires de HNSCC a été signalée. Il est intéressant de noter que dans les cultures ex vivo dérivées de PDX, la sous-population cellulaire présentant une perte hétérozygote de SMAD4 par délétion ou expression réduite a surpassé les cellules avec un génotype SMAD4 sauvage provenant de la tumeur parentale, ce qui suggère un avantage de survie des cellules déficientes en Smad4. Pour confirmer l’adéquation de ce GEMM à knock-out unique, les CSNPC provenant de souris HN-Smad4del/del présentaient une instabilité génomique accrue, corrélée à une expression et une fonction réduites des gènes codant pour les protéines de la voie de réparation de l’ADN de l’anémie de Fanconi/BRCA, également liée à la susceptibilité aux CSNPC chez l’homme. De plus, les tissus normaux de la tête et du cou et les CCNH des souris HN-Smad4del/del présentent une inflammation sévère qui a également été liée à la pathogenèse chez l’homme, où les bactéries orales et les médiateurs inflammatoires associés à la maladie parodontale peuvent être des cofacteurs dans l’initiation et la promotion du CCS oral. À notre connaissance, il n’a pas encore été exploité pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. Cette restriction pourrait s’expliquer par un délai médian de 40 semaines pour le développement de la tumeur dans ce modèle, une limitation similaire aux modèles animaux de cancer oral induit par des carcinogènes (Tableau 2). L’intégration d’un traitement carcinogène pour accélérer la formation de tumeurs dans des GEMMs monotransgéniques pourrait donc représenter un moyen approprié de résoudre cette limitation, comme cela a déjà été démontré avec succès dans des études de GEMMs hébergeant une délétion dans un gène suppresseur de tumeur (GRHL3 , PTEN ) ou surexprimant des microARN oncogènes (Tableau 1).

Modèles de xénogreffes dérivées de patients

Le développement et l’amélioration des souches de souris gravement immunodéficientes ont remarquablement augmenté la disponibilité des modèles PDX pour la recherche sur le cancer. L’établissement réussi de modèles PDX de HNSCC a été rapporté par plusieurs groupes de recherche. Dans notre propre série, un taux de prise de greffe global de 48% a été observé, mais les taux de prise de greffe semblent varier considérablement entre les différents sous-groupes de patients. Les facteurs limitant la prise de greffe n’ont pas encore été clairement identifiés. Le site d’implantation et les souches de souris semblent influencer le taux de prise. De plus, les facteurs de risque pathologiques comme l’histologie tumorale et le statut HPV sont des déterminants importants de la formation de PDX. En général, les tumeurs indifférenciées HPV-négatives présentant une croissance agressive sont plus susceptibles de prendre une greffe. Par conséquent, le taux et la cinétique de la prise de greffe de PDX ont été associés à un pronostic défavorable des patients. Contrairement aux tumeurs HPV-négatives, les tumeurs HNSCC associées au HPV ne parviennent pas toujours à se greffer. Étant donné que ces tumeurs se développent dans des sites associés au système immunitaire, tels que l’amygdale ou la base de la langue, leur transplantation à des souris immunodéficientes n’ayant pas de contrôle immunologique des cellules infectées par le virus comporte le risque de co-transfert de cellules B positives au virus d’Epstein-Barr (EBV). En conséquence, la prolifération incontrôlée des cellules B et leur transformation en lymphome EBV+ sont fréquentes. Étant donné que le taux de prolifération de ces lymphomes artificiels est beaucoup plus élevé que la prolifération des cellules tumorales dans les fragments de tissus transplantés de CSC, les greffes de tumeurs originales sont fréquemment dépassées . Ainsi, la validation histopathologique des PDX par un pathologiste certifié est essentielle pour confirmer l’histologie du carcinome épidermoïde du modèle.

La question de savoir dans quelle mesure les PDX ressemblent à la tumeur primaire du patient a été abordée par de nombreux groupes. Comme cela a été montré pour d’autres entités tumorales, les modèles de HNSCC établis chez la souris présentent des caractéristiques histopathologiques comme la tumeur originale du patient . L’analyse génétique complète des tumeurs primaires et des modèles PDX dérivés par séquençage de nouvelle génération a révélé des modèles et des fréquences alléliques d’aberrations moléculaires similaires. La corrélation entre les profils mutationnels des tumeurs d’origine et des modèles dérivés était nettement plus élevée pour les PDX (R = 0,94) que pour les lignées cellulaires (R = 0,51). L’analyse du méthylome a également montré une forte concordance entre les PDX et les tumeurs des patients. En effet, une moyenne de seulement 2,7 % des sites CpG analysés ont subi des changements majeurs de méthylation à la suite de la transplantation des tumeurs chez les souris. En outre, les études d’expression génétique ont montré la parenté globale des tumeurs parentales avec leurs PDX, comme le confirme leur regroupement dans une analyse de regroupement hiérarchique non supervisée. Contrairement aux preuves croissantes de la concordance des profils génomiques et transcriptomiques entre les PDX et les HNSCC primaires, seules quelques données existent pour l’expression des protéines. Une première analyse préliminaire du tissu PDX à l’aide d’une matrice protéique en phase inverse (RPPA) a révélé des profils protéiques comparables aux données d’expression protéique du TCGA HNSCC , ce qui suggère une similarité entre le tissu original et le modèle dérivé également à ce niveau.

Une caractéristique clé du PDX est la conservation d’un compartiment stromal. Même si le stroma humain est remplacé par le stroma de la souris au cours des premiers passages, un stroma intégré demeure, ce qui rend possible l’évaluation de composés ciblant ce compartiment ou la diaphonie entre le compartiment stromal et les cellules tumorales. De plus, les tumeurs cultivées chez la souris construisent leur propre vascularisation tumorale, ce qui offre la possibilité d’évaluer le réseau angiogénique et l’interférence avec des composés ciblant l’angiogenèse. Après l’établissement du modèle, les tumeurs cultivées chez la souris peuvent être récoltées, congelées et, si nécessaire, décongelées et retransplantées chez la souris. Dans l’ensemble, PDX peut être considéré comme une méthode appropriée pour l’expansion des tissus tumoraux, et un système de modèle préclinique prometteur pour les études mécanistes et le développement de stratégies thérapeutiques.

Avec l’avènement récent de l’immunothérapie dans l’algorithme de traitement de nombreux types de cancer, y compris le HNSCC, l’absence d’un environnement immunitaire fonctionnel dans PDX est devenu un obstacle majeur à surmonter. Différentes stratégies ont été proposées pour mettre en place un système immunitaire chez les souris immunodéficientes. Dans l’étude historique de Mosier et de ses collègues, il a été démontré que l’injection de cellules mononucléaires périphériques humaines (PBMC) permettait de reconstituer de manière stable et à long terme un système immunitaire humain fonctionnel chez des souris souffrant d’immunodéficience combinée sévère (SCID). Ainsi, des modèles PDX immunoproficients ont pu être générés par transfert de PBMCs de patients dans des souris porteuses de PDX. Cependant, cette approche ne permet pas le développement adéquat des cellules immunitaires et l’amorçage des cellules T, ce qui entraîne l’absence de certaines lignées de cellules immunitaires humaines chez les souris. Des protocoles de reconstitution immunitaire plus sophistiqués développés par la suite sont basés sur le transfert de cellules souches CD34+ humaines dans des souris NSG, ainsi que sur l’implantation de thymus fœtal humain et de tissu hépatique sous la capsule rénale de ces souris . Cette approche a permis la prise de greffe à long terme et la reconstitution systémique d’un système immunitaire humain complet, y compris des cellules immunitaires humaines multilignes comprenant des cellules T, B, NK, dendritiques et des macrophages. Malheureusement, cette méthode n’est pas réalisable pour un grand nombre de PDX en raison de la complexité du modèle. Une procédure plus prometteuse a été proposée dans le mélanome où les lymphocytes T infiltrant la tumeur (TIL) isolés du tissu tumoral utilisé pour la génération de PDX ont été expansés in vitro par l’interleukine 2 (IL2) humaine avant d’être injectés dans des souris PDX porteuses de tumeurs .

Le potentiel des modèles PDX pour guider le traitement des patients

La valeur des PDX pour guider la décision de traitement individuel des patients reste à clarifier. En général, les corrélations patient-PDX dans différentes entités tumorales comparant les réponses au traitement entre les souris et les patients ont été faites en utilisant des données rétrospectives sur les résultats cliniques. À notre connaissance, aucune comparaison de ce type n’a été effectuée sur des échantillons de taille suffisante pour le HNSCC. Les obstacles à l’intérêt de telles approches comprennent le dosage du médicament chez la souris qui reflète généralement la dose maximale tolérée, la variabilité de la dose dans les différentes souches de souris et surtout la définition d’un critère d’évaluation cliniquement significatif. Dans le contexte clinique, les réponses tumorales sont déterminées par RECIST. Chez la souris, un ensemble très hétérogène de paramètres possibles a été utilisé pour déterminer l’efficacité des traitements à médicament unique, notamment la régression tumorale exprimée en tant qu’inhibition relative de la croissance, le volume tumoral par rapport à un groupe témoin, l’inhibition de la croissance tumorale et le temps jusqu’au point final. Les autres limites générales du modèle sont le coût élevé de l’établissement des PDX, les taux de greffe variables et les délais entre la première transplantation et les résultats du dépistage du traitement. Jusqu’à présent, dans notre vaste collection de près de 80 modèles PDX de HNSCC, nous n’avons pas été en mesure d’établir une valeur prédictive des réponses tumorales spécifiques aux médicaments dans le modèle de xénogreffe. Néanmoins, plusieurs entreprises font la publicité des PDX comme outil de prédiction de la réponse au traitement. En 2016, Champions Oncology a lancé un essai de faisabilité (NCT02752932) pour explorer la valeur prédictive des PDX. Malheureusement, aucun résultat n’a été publié jusqu’à présent.

Le principal inconvénient des PDX est le temps prolongé nécessaire à l’établissement et à l’expansion du modèle par rapport aux organoïdes, ce qui rend moins probable leur utilisation future en tant que plateforme de dépistage individuel de médicaments en routine clinique. En outre, la reconstitution avec les composants de la TME dérivés du patient, qui manquent dans les deux modèles générés par les protocoles actuels, devrait être réalisée beaucoup plus facilement dans les organoïdes que dans les modèles de souris xénogreffées. Cela permettra d’inclure les thérapies anticancéreuses affectant la TME (par exemple, l’évérolimus, le bevacizumab, les anticorps anti-PD-1/PD-1 L) dans les futures approches de criblage ex vivo.