Alai

El cáncer de cabeza y cuello es el séptimo tipo de cáncer más común por incidencia y mortalidad, con 890.000 nuevos casos y 450.000 muertes en todo el mundo en 2018 . El tratamiento sigue siendo un desafío con las terapias actuales que resultan en tasas de supervivencia a cinco años por debajo del 50% para los pacientes con enfermedad localmente avanzada . La resistencia a los medicamentos y la toxicidad limitan la eficacia de los quimioterapéuticos como el cis o el carboplatino, el 5-fluorouracilo y los taxanos. La introducción de agentes dirigidos como el cetuximab, el nivolumab o el pembrolizumab mejoró los resultados, pero no superó el problema de la resistencia primaria o adquirida al tratamiento en la mayoría de los pacientes . Sólo unos pocos biomarcadores se utilizan actualmente en la práctica clínica o se han validado para su uso rutinario. Por lo tanto, los modelos preclínicos fiables son fundamentales para comprender mejor los mecanismos moleculares implicados en la resistencia al tratamiento y la progresión del HNSCC, y para desarrollar estrategias terapéuticas más eficaces.

Las líneas celulares inmortalizadas derivadas de tumores de HNSCC representan una valiosa herramienta para el análisis funcional de la resistencia al tratamiento. El cribado de fármacos en cultivos celulares en monocapa sigue siendo el enfoque habitual para identificar nuevos agentes terapéuticos. Sin embargo, los cultivos tridimensionales (3D), que representan más fielmente la arquitectura del tejido tumoral y el entorno celular, podrían ser superiores para predecir la eficacia de los fármacos en los pacientes. De hecho, en los estudios realizados con cultivos celulares en 3D se han observado grandes variaciones en la sensibilidad a la radiación y a los fármacos, similares a las encontradas en los tumores in vivo. Aunque los cultivos en 3D son útiles para estudiar las interacciones entre diferentes poblaciones celulares, no reproducen totalmente la complejidad del HNSCC. Por lo tanto, el desarrollo de nuevas terapias podría requerir, en última instancia, modelos animales de HNSCC clínicamente relevantes que representen con precisión los cambios celulares y moleculares asociados con el inicio y la progresión del cáncer humano. En este sentido, los modelos de HNSCC inducidos por carcinógenos, los animales transgénicos y los modelos de xenoinjertos trasplantables han entrado en el campo de la investigación del HNSCC. En esta revisión se describen los modelos preclínicos de HNSCC más utilizados (representados esquemáticamente en la Fig. 1) y se ofrece una visión general de sus ventajas y limitaciones. También se discuten nuevos enfoques de selección de tratamientos personalizados basados en estos modelos.

Modelos ex vivo

Líneas celulares HNSCC inmortalizadas

Hace cuatro décadas, se comunicaron los primeros protocolos para cultivos ex vivo de células HNSCC . Tras resolver con estos protocolos obstáculos previos como el sobrecrecimiento de fibroblastos y la dependencia de capas alimentadoras, se establecieron con éxito líneas celulares de HNSCC. Desde entonces se han mejorado las técnicas de cultivo y se han generado varias líneas celulares de HNSCC que crecen de forma estable a lo largo de numerosos pasajes. Una descripción detallada de todas las líneas celulares de HNSCC disponibles iría más allá del alcance de esta revisión. Por ello, nos gustaría remitir al lector a dos artículos de revisión anteriores. Dado que las líneas celulares inmortalizadas de HNSCC pueden mantenerse y expandirse fácilmente, se han utilizado ampliamente para estudiar las alteraciones genéticas y las respuestas biológicas a las perturbaciones químicas y genéticas, para identificar posibles dianas moleculares y para desarrollar nuevas terapias biológicas y de moléculas pequeñas. Más recientemente, se ha demostrado que estas líneas celulares también pueden utilizarse para estudiar la heterogeneidad intratumoral y la evolución clonal que se produce bajo presión terapéutica. Los datos de estos estudios moleculares y funcionales exhaustivos en estos modelos se han reunido en bibliotecas como la Enciclopedia de Líneas Celulares de Cáncer (CCLE), que representan un valioso repositorio de la diversidad del cáncer humano.

Aunque las líneas celulares de HNSCC cultivadas en monocapas bidimensionales (2D) siguen siendo modelos importantes en la búsqueda de nuevos enfoques terapéuticos para esta enfermedad, generalmente adolecen de su incapacidad para reflejar la naturaleza histológica, la arquitectura tridimensional (3D) y las diferencias estructurales y funcionales del tumor in vivo. Estas limitaciones influyen significativamente en el valor informativo de los estudios in vitro que evalúan la eficacia de modalidades de tratamiento establecidas y novedosas para el HNSCC en cultivos en monocapa. De hecho, se han notificado diferencias notables en la sensibilidad de los cultivos 2D frente a los 3D de las líneas celulares de HNSCC para la radiación y el tratamiento farmacológico, por ejemplo, con cisplatino , cetuximab y el inhibidor de mTOR AZD8055 . El análisis molecular comparativo de las células que crecen en cultivos 2D frente a los 3D proporcionó posibles explicaciones para la menor sensibilidad de las células en los cultivos 3D, como la expresión y activación de los genes asociados a la reparación del ADN , y el aumento de los niveles de expresión de los genes asociados a la transición epitelial-mesenquimal y al tallo en condiciones 3D.

La inestabilidad genética y la aparición de la selección clonal durante el cultivo in vitro son otras limitaciones potenciales de las líneas celulares de cáncer, y pueden explicar por qué los hallazgos que implican líneas celulares son a menudo difíciles de reproducir. De hecho, el análisis exhaustivo de las cepas de las líneas celulares de cáncer de mama MCF7 y de pulmón A549, comúnmente utilizadas, reveló una amplia variación genómica entre las cepas que se asoció con la variación de las propiedades celulares biológicamente significativas. Y lo que es más importante, cuando las cepas se probaron frente a 321 compuestos anticancerígenos, se observaron respuestas farmacológicas considerablemente diferentes, ya que al menos el 75% de los compuestos inhibían fuertemente algunas cepas pero eran completamente inactivos en otras. Este estudio subraya claramente la necesidad urgente de mejorar los modelos ex vivo para apoyar la investigación del cáncer con la máxima reproducibilidad.

Modelos ex vivo avanzados de HNSCC

Köpf-Maier y sus colegas fueron los primeros en establecer un método que permitía a las células de carcinoma humano de diferentes entidades histológicas, incluidos los carcinomas de células escamosas (CCE) de la faringe, reorganizarse in vitro en «estructuras organoides». Demostraron que estos cultivos de organoides mantenían las propiedades críticas del estado in vivo, como la arquitectura 3D, el crecimiento de tipos celulares heterogéneos de un carcinoma individual y la diferenciación morfológica en condiciones experimentales relativamente sencillas . En un estudio posterior, el mismo grupo demostró que estos cultivos de organoides pueden utilizarse para el ensayo de fármacos, y que los datos de respuesta obtenidos de los mismos eran concordantes con la respuesta de los pacientes a la terapia . Los autores fueron los primeros en proponer los cultivos de organoides como plataforma de prueba de fármacos in vitro personalizada, permitiendo la predicción de la quimiosensibilidad individual de los carcinomas en pocos días.

Desde entonces, se han perfeccionado las técnicas para cultivar tejidos in vitro en 3D como estructuras organotípicas. Se han desarrollado protocolos para establecer organoides a partir de células madre adultas y embrionarias que son capaces de autoorganizarse en estructuras 3D que reflejan el tejido de origen (para una revisión ver Clevers, 2016 ). Los primeros cultivos de organoides derivados de células madre adultas se establecieron a partir de células madre intestinales de ratón que se colocaron en condiciones que imitaban el nicho de las células madre intestinales . Se ha demostrado que la reprogramación condicional inducida por la adición de R-espondina-1, factor de crecimiento epidérmico (EGF) y Noggin al medio de cultivo, y la incrustación de las células en un extracto de membrana basal que proporciona matriz extracelular, estimula a las células madre adultas a autorrenovarse, proliferar y formar descendientes diferenciados, que se asemejan al epitelio intestinal . Esta técnica, desarrollada inicialmente para estudiar el tejido infectado, inflamatorio y neoplásico del tracto gastrointestinal humano, no sólo se ha utilizado para el establecimiento de cultivos de organoides a partir de una variedad de tejido humano normal, sino también de tejido tumoral derivado de pacientes. Estos estudios han ampliado y mejorado significativamente el conjunto de modelos de cáncer disponibles.

Más recientemente, los primeros hallazgos de Köpf-Maier y sus colegas de que los cultivos de organoides de HNSCC son una plataforma adecuada para el ensayo de fármacos in vitro fueron confirmados por varios estudios independientes. Aunque se han notificado diferencias considerables en las tasas de éxito en el establecimiento de cultivos primarios de organoides de crecimiento a largo plazo a partir de pacientes de HNSCC (30% frente al 65% ), todos los estudios realizados hasta la fecha han descrito unánimemente que los organoides conservan muchas propiedades del tumor original, incluida la heterogeneidad intratumoral , el perfil de mutaciones y los patrones de expresión de proteínas . Además, se demostró que los organoides conservaban su potencial tumorígeno tras el xenotransplante. Se comprobó que las respuestas al tratamiento farmacológico in vivo eran similares al IC50 calculado a partir de los organoides mediante ensayos de sensibilidad a los fármacos in vitro. Además, los datos de radiosensibilidad de los ensayos con organoides se correlacionaron con la respuesta clínica en los pacientes. Es importante destacar que en los modelos de organoides pueden estudiarse no sólo los efectos relacionados con el tratamiento en los tumores, sino también los efectos secundarios no deseados de la terapia en el tejido normal. Por ejemplo, los organoides de glándulas salivales derivados de pacientes se han utilizado para diseccionar la base molecular de la hiposalivación, un efecto secundario grave y frecuente de la radiación.

Un estudio posterior identificó los cultivos celulares primarios en 2D de los tumores de los pacientes de HNSCC como un valioso modelo adicional de HNSCC ex vivo. Aquí, el cribado individualizado a gran escala de terapias contra el cáncer identificó de forma reproducible fármacos que mostraban actividad antitumoral en modelos de xenoinjertos derivados de pacientes (PDX) emparejados, proporcionando así pruebas adicionales de que los cultivos primarios de HNSCC podrían utilizarse para apoyar la toma de decisiones terapéuticas en un entorno clínico rutinario.

También se han utilizado cultivos orgánicos de tejidos de la lengua humana normales, displásicos y malignos para reproducir los principales pasos de la tumorigénesis de la lengua. Los análisis de histomorfometría, inmunohistoquímica y microscopía electrónica en cocultivos 3D de queratinocitos primarios derivados de la lengua y fibroblastos en matriz de colágeno mostraron que el crecimiento estratificado, la proliferación celular y la diferenciación eran comparables entre los cocultivos y sus respectivos tejidos nativos, sin embargo, diferían en gran medida en los cultivos sin fibroblastos . Estos resultados apoyan estudios anteriores que muestran un importante papel de los fibroblastos asociados al cáncer en la patogénesis del HNSCC . Estos datos, junto con la amplia evidencia de la literatura sobre los efectos promotores del tumor del microambiente tumoral (TME), abogan por el uso futuro de modelos preclínicos más avanzados que incluyan todos los componentes principales del TME. Hoy en día se dispone de nuevos protocolos para la generación de organoides que contienen, además de las células del estroma, las células inmunitarias del paciente. Así, aunque el cultivo de organoides tiene limitaciones , como el consumo de tiempo y recursos considerables y la incorporación de factores extrínsecos no definidos que pueden influir en el resultado de los experimentos (Tabla 1), estos cultivos podrían representar modelos adecuados para desarrollar y optimizar futuras estrategias de tratamiento que incluyan fármacos inmuno-oncológicos.

Modelos animales

Modelos animales de cáncer oral inducidos por carcinógenos

Se sabe que la mayoría de los CCE humanos son inducidos por la exposición crónica a carcinógenos. Inicialmente, los enfoques experimentales de inducción de tumores malignos orales por vía química siempre fracasaron, porque la mucosa oral era más resistente a la acción de las sustancias químicas que la piel. Finalmente, utilizando 9, 10 dimetil-1, 2, benzantraceno (DMBA) se pudo inducir con éxito el HNSCC en la bolsa de la mejilla del hámster como modelo animal. Al igual que en los pacientes, la carcinogénesis de la mucosa se produjo en cuatro etapas sucesivas: hiperplasia, hiperplasia atípica, carcinoma in situ y carcinoma de células escamosas. Sin embargo, hubo dificultades para distinguir entre los cambios del epitelio causados por el contacto directo con el carcinógeno y la verdadera transformación premaligna, porque los cambios fueron transitorios y reversibles en los tumores de mejilla inducidos por DMBA. Además, los tumores inducidos por DMBA no poseían muchas de las características histológicas del HNSCC diferenciado y no se parecían mucho a las lesiones humanas tempranas. Y lo que es más importante, el tumor se produjo en la bolsa de la mejilla del hámster, que representa una zona inmunodeficiente ausente en los seres humanos, por lo que este modelo no imitaba muy bien el HNSCC humano. Aunque posteriormente el DMBA se empleó ampliamente en modelos de cáncer oral en hámsteres y ratas, resultó difícil inducir un carcinoma oral con DMBA en ratones. Se introdujo entonces el 1-óxido de 4-Nitroquinolina (4-NQO), un derivado de la quinolona soluble en agua, como potente inductor de tumores orales. La administración de 4-NQO con agua potable o su aplicación tópica dio lugar a múltiples lesiones displásicas, preneoplásicas y neoplásicas tras el tratamiento a largo plazo tanto en modelos de rata como de ratón, y estas lesiones se parecían mucho a la transformación neoplásica de la cavidad oral humana. Tras varias modificaciones, el modelo fue estandarizado por Tang et al. , quienes demostraron que la administración de 4-NQO en el agua de bebida de ratones C57BL/6 durante 16 semanas promueve la carcinogénesis de la cavidad oral con una alta incidencia.

Al recapitular la secuencia de acontecimientos y el tipo de lesiones observadas durante la carcinogénesis humana, los modelos animales inducidos por carcinógenos descritos anteriormente proporcionan un excelente sistema in vivo para estudiar los acontecimientos clave de la carcinogénesis oral. Estos modelos también se han utilizado ampliamente para el desarrollo de estrategias de quimioprevención del cáncer, mientras que son menos los estudios que han aprovechado estos modelos animales para evaluar la eficacia de los fármacos para el tratamiento de tumores establecidos. Una de las principales limitaciones como plataforma de cribado de fármacos es el largo tiempo necesario para completar la evaluación de los efectos de un compuesto de prueba (Tabla 1). La mayoría de los modelos animales de HNSCC inducidos por carcinógenos requieren hasta 40 semanas para desarrollar carcinomas completos, e incluso más tiempo si la metástasis es el objetivo del estudio. En este contexto, un informe reciente de Wang y sus colegas ofrece un posible atajo mediante el uso de xenoinjertos de tumores de lengua inducidos por la línea celular 4NQO como modelo alternativo de ratón singénico más expeditivo.

La principal ventaja del modelo animal inducido por 4NQO es su idoneidad para estudiar los efectos de los factores carcinógenos y genéticos en la tumorigénesis, especialmente en un entorno inmunocompetente. Por tanto, proporciona una plataforma adecuada para acelerar el desarrollo de regímenes inmunoterapéuticos en el HNSCC . El modelo también se ha utilizado con éxito para investigar el papel de las supuestas células madre del cáncer en la resistencia al tratamiento, la recurrencia y la metástasis. Se ha establecido su potencial para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas dirigidas no sólo a la masa tumoral proliferativa, sino también a la subpoblación relativamente quiescente de células madre del cáncer.

Modelos de ratón diseñados genéticamente

Mientras que el daño al ADN por sustancias químicas se produce al azar, según la teoría de la evolución tumoral la adquisición aleatoria de mutaciones en el genoma es seguida por la selección de clones que albergan cambios genéticos que facilitan la supervivencia y la proliferación celular. Los estudios de perfiles moleculares han identificado varios genes putativos que contribuyen al desarrollo del cáncer en el HNSCC. Sin embargo, estos estudios moleculares no han aportado pruebas directas de causalidad ni una visión detallada de los mecanismos biológicos por los que estos genes impulsan el desarrollo del tumor. Aunque los modelos animales inducidos por carcinógenos pueden recapitular estrechamente el paisaje heterogéneo de las alteraciones genómicas en los tumores primarios humanos , sólo una fracción de estas mutaciones impulsan la tumorigénesis al afectar a los oncogenes o a los genes supresores de tumores, pero muchas mutaciones son pasajeras sin contribuir claramente al desarrollo del tumor. Estos estudios tampoco revelan si los impulsores son esenciales para el mantenimiento del tumor y, por lo tanto, pueden ser de utilidad limitada para diseñar estrategias terapéuticas eficaces. Por el contrario, los sistemas de modelos preclínicos, como los modelos de ratones modificados genéticamente (GEMM), proporcionan un enfoque experimentalmente manejable en el que se pueden estudiar en detalle los efectos biológicos de mutaciones específicas en un entorno genético controlado. En los siguientes capítulos, describimos los principales hallazgos de estudios anteriores basados en GEMMs en el HNSCC.

Hasta ahora se han descrito pocos GEMMs asociados a la formación espontánea de HNSCC en ausencia de exposición crónica a carcinógenos (Tabla 2). Schreiber y sus colegas introdujeron por primera vez un modelo de cáncer oral en ratones modificados genéticamente. Tras cruzar ratones transgénicos para el gen v-Ha-ras con ratones transgénicos que albergaban E6/E7 del virus del papiloma humano (VPH)-16, se observó el desarrollo de tumores en la boca, la oreja y el ojo a partir de los 3 meses de edad aproximadamente . A los 6 meses, el 100% de los animales bi-transgénicos habían desarrollado tumores orales, mientras que la prevalencia en cualquiera de los dos grupos mono-transgénicos era del 0% . El requisito previo de un segundo acierto genético para la tumorigénesis también se notificó en un modelo transgénico de K-rasG12D, en el que se utilizó una recombinasa Cre inducible por tamoxifeno bajo el control del promotor de la queratina-14 (K14) para dirigir el locus K-ras endógeno . En el modelo monotransgénico, sólo se observaron grandes papilomas en la cavidad oral e hiperplasias en la lengua tras un mes de tratamiento con tamoxifeno. Sin embargo, si los ratones se cruzaban con ratones floxed p53 conditional knockout, el 100% de los ratones compuestos desarrollaban carcinomas de lengua tan pronto como 2 semanas después de la inducción del tamoxifeno . Además de la expresión de los oncogenes virales E6/E7 y la pérdida de TP53, la deleción homocigótica del factor de transcripción krüppel-like-factor 4 (KLF4) y la deleción heterocigótica de SMAD4 se han identificado como segundos éxitos genéticos que, en concierto con una mutación oncogénica conductora, promueven la formación de tumores orales con una alta prevalencia (Tabla 2).

A pesar de recapitular la progresión del HNSCC, la idoneidad de los modelos de HNSCC descritos anteriormente como plataforma para explorar nuevos enfoques de tratamiento molecular dirigido sigue siendo de alguna manera cuestionable, teniendo en cuenta que las alteraciones genéticas que impulsan la tumorigénesis en estos animales están ausentes o sólo se encuentran raramente en los pacientes de HNSCC. En general, se detectaron mutaciones en HRAS y KRAS en sólo el 6 y el 0,2% de los pacientes con HNSCC, y la deleción homocigótica de KLF4 y SMAD4 en el 0 y el 4% de los casos, respectivamente. Además, en la cohorte de HNSCC de The Cancer Genome Atlas (TCGA) no se han identificado casos que alberguen uno de los genotipos compuestos propensos al tumor de los GEMM descritos anteriormente. Un GEMM de HNSCC espontáneo que se asemeja más a las características moleculares de la enfermedad humana podría ser el modelo de eliminación de un solo gen de SMAD4 en los epitelios de la cabeza y el cuello (HN-Smad4del/del) comunicado por Bornstein y sus colegas . De hecho, aunque la deleción homocigota es poco frecuente, la pérdida heterocigota de SMAD4 se detecta en el 30-35% de los HNSCC primarios y se asocia con una regulación a la baja de los niveles de expresión de Smad4 . Más recientemente, se ha informado de una significativa heterogeneidad intratumoral de la pérdida de SMAD4 en los tumores primarios de HNSCC . Curiosamente, en los cultivos ex vivo derivados de PDX, la subpoblación celular que muestra la pérdida heterocigótica de SMAD4 por deleción o expresión reducida superó a las células con genotipo salvaje de SMAD4 del tumor parental, lo que sugiere una ventaja de supervivencia de las células deficientes en Smad4 . En apoyo de la idoneidad de este GEMM de eliminación única, el HNSCC de los ratones HN-Smad4del/del mostró un aumento de la inestabilidad genómica , que se correlacionó con la expresión y la función regulada de los genes que codifican proteínas en la vía de reparación del ADN de la anemia de Fanconi/BRCA , también vinculada a la susceptibilidad del HNSCC en los seres humanos . Además, tanto el tejido normal de la cabeza y el cuello como el HNSCC de los ratones HN-Smad4del/del mostraban una inflamación grave que también se ha relacionado con la patogénesis en humanos, donde las bacterias orales y los mediadores inflamatorios asociados a la enfermedad periodontal pueden ser cofactores en el inicio y la promoción del SCC oral.

Desde el informe original en 2009, el modelo HN-Smad4del/del se ha utilizado para analizar en detalle los procesos moleculares implicados en la tumorigénesis del HNSCC. Por lo que sabemos, aún no se ha explotado para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas. Esta limitación podría explicarse por el tiempo medio de aparición del tumor en este modelo, que es de 40 semanas, una limitación similar a la de los modelos animales de cáncer oral inducidos por carcinógenos (Tabla 2). La integración del tratamiento con carcinógenos para acelerar la formación de tumores en GEMMs con un solo transgén podría representar, por tanto, una forma adecuada de resolver esta limitación, como ya se ha demostrado con éxito en estudios de GEMMs que albergan una deleción en un gen supresor de tumores (GRHL3 , PTEN ) o que sobreexpresan microARNs oncogénicos (Tabla 1).

Modelos de xenoinjerto derivados de pacientes

El desarrollo y la mejora de las cepas de ratones severamente inmunodeficientes ha aumentado notablemente la disponibilidad de modelos PDX para la investigación del cáncer. Varios grupos de investigación han informado del establecimiento exitoso de modelos PDX de HNSCC. En nuestra propia serie, se observó una tasa de injerto global del 48%, sin embargo, las tasas de injerto parecían variar en gran medida entre los distintos subgrupos de pacientes. Aún no se han identificado claramente los factores que limitan el injerto. El lugar de implantación y las cepas de ratón parecen influir en la tasa de toma. Además, los factores de riesgo patológico, como la histología del tumor y el estado del VPH, son determinantes para la formación de PDX. En general, los tumores indiferenciados con VPH negativo que presentan un crecimiento agresivo tienen más probabilidades de injertarse. En consecuencia, la tasa y la cinética del injerto de PDX se han asociado a un pronóstico desfavorable de los pacientes. A diferencia de los tumores VPH-negativos, los tumores HNSCC asociados al VPH no suelen injertarse. Dado que estos tumores crecen en lugares asociados a la inmunidad, como la amígdala o la base de la lengua, su trasplante a ratones inmunodeficientes que carecen de control inmunológico de las células infectadas por el virus conlleva el riesgo de la cotransferencia de células B positivas al virus de Epstein-Barr (VEB). En consecuencia, es frecuente que se produzca una proliferación incontrolada de células B y su transformación en un linfoma VEB+. Dado que la tasa de proliferación de estos linfomas artificiales es mucho mayor que la proliferación de células tumorales en los fragmentos de tejido trasplantados de CCE, los trasplantes de tumores originales suelen crecer en exceso . Por lo tanto, la validación histopatológica de los PDX por parte de un patólogo certificado es esencial para confirmar la histología del carcinoma de células escamosas del modelo.

La cuestión de la similitud de los PDX con el tumor primario del paciente ha sido abordada por muchos grupos. Como se ha demostrado para otras entidades tumorales, los modelos de HNSCC establecidos en ratones muestran características histopatológicas como el tumor original del paciente . El análisis genético exhaustivo de los tumores primarios y de los modelos PDX derivados mediante secuenciación de nueva generación reveló patrones y frecuencias alélicas de aberraciones moleculares similares . La correlación entre los perfiles mutacionales de los tumores originales y los modelos derivados fue significativamente mayor para los PDX (R = 0,94) en comparación con las líneas celulares (R = 0,51) . El análisis del metiloma también mostró una alta concordancia entre los PDX y los tumores de los pacientes. De hecho, una media de sólo el 2,7% de los sitios CpG analizados sufrieron cambios importantes de metilación como resultado del trasplante de tumores a ratones . Además, los estudios de expresión génica mostraron el parentesco general de los tumores parentales con sus PDX, como confirmó su agrupación en un análisis de agrupación jerárquica no supervisada. En contraste con las crecientes evidencias de coincidencia de los perfiles del genoma y del transcriptoma entre los PDX y los HNSCC primarios, sólo existen pocos datos sobre la expresión proteica. Un primer análisis preliminar del tejido PDX utilizando un array de proteínas en fase inversa (RPPA) reveló perfiles proteicos comparables a los datos de expresión proteica del TCGA HNSCC, lo que sugiere una similitud entre el tejido original y el modelo derivado también a este nivel.

Una característica clave de los PDX es la conservación de un compartimento estromal. Aunque el estroma humano es sustituido por el estroma de ratón en los primeros pasajes, sigue existiendo un estroma integrado que hace posible la evaluación de compuestos dirigidos a este compartimento o la diafonía entre el compartimento estromal y las células tumorales. Además, los tumores cultivados en ratones construyen su propia vasculatura tumoral, lo que ofrece la oportunidad de evaluar la red angiogénica y la interferencia con compuestos dirigidos a la angiogénesis. Una vez establecido el modelo, los tumores cultivados en ratones pueden cosecharse, congelarse vitalmente y, cuando sea necesario, descongelarse y volver a trasplantarse a los ratones. En general, los PDX pueden considerarse un método adecuado para la expansión del tejido tumoral y un prometedor sistema de modelo preclínico para los estudios mecanísticos y el desarrollo de estrategias terapéuticas.

Con la reciente aparición de la inmunoterapia en el algoritmo de tratamiento de muchos tipos de cáncer, incluido el HNSCC, la falta de un entorno inmunitario funcional en los PDX se ha convertido en un importante obstáculo a superar. Se han propuesto diferentes estrategias para implementar un sistema inmunitario en ratones inmunodeficientes. En el estudio de Mosier y sus colegas, que marcó un hito, se demostró que la inyección de células mononucleares periféricas humanas (PBMC) daba lugar a la reconstitución estable a largo plazo de un sistema inmunitario humano funcional en ratones con inmunodeficiencia combinada grave (SCID). Así, se pudieron generar modelos PDX inmunoproductivos mediante la transferencia de PBMC del paciente a los ratones portadores de PDX. Sin embargo, este enfoque carece de un desarrollo adecuado de las células inmunitarias y del cebado de las células T, lo que provoca la ausencia de ciertos linajes de células inmunitarias humanas en los ratones. Los protocolos de reconstitución inmunitaria más sofisticados desarrollados posteriormente se basan en la transferencia de células madre CD34+ humanas a ratones NSG, así como en la implantación de tejido fetal humano de timo e hígado bajo la cápsula renal de estos ratones . Este método dio como resultado el injerto a largo plazo y la reconstitución sistémica de un sistema inmunitario humano completo, que incluye células inmunitarias humanas multilinaje compuestas por células T, B, NK, dendríticas y macrófagos . Lamentablemente, este método no es factible para un gran número de PDX debido a la complejidad del modelo. Se ha propuesto un procedimiento más prometedor en el melanoma, en el que los linfocitos T infiltrantes de tumores (TIL) aislados del tejido tumoral utilizado para la generación de PDX se expandieron in vitro mediante interleucina 2 (IL2) humana antes de inyectarlos en ratones PDX portadores de tumores.

El potencial de los modelos PDX para guiar el tratamiento de los pacientes

El valor de los PDX para guiar la decisión de tratamiento de los pacientes individuales sigue sin aclararse. En general, las correlaciones entre pacientes y PDX en diferentes entidades tumorales que comparan las respuestas al tratamiento entre ratones y pacientes se han realizado utilizando datos retrospectivos sobre el resultado clínico. Hasta donde sabemos, no se han realizado tales comparaciones con tamaños de muestra suficientemente grandes en el HNSCC. Los obstáculos para la validez de tales enfoques comprenden la dosis del fármaco en ratones, que suele reflejar la dosis máxima tolerada, la variabilidad de la dosis dentro de las diferentes cepas de ratones y, especialmente, la definición de un criterio de valoración clínicamente significativo. En el ámbito clínico, las respuestas tumorales se determinan mediante RECIST. En ratones, se ha utilizado un conjunto muy heterogéneo de posibles criterios de valoración para determinar la eficacia de los tratamientos con un solo fármaco, incluida la regresión tumoral expresada como inhibición relativa del crecimiento, el volumen tumoral en comparación con un grupo de control, la inhibición del crecimiento tumoral y el tiempo hasta el criterio de valoración. Otras limitaciones generales del modelo son el elevado coste del establecimiento de PDX, las tasas de injerto variables y los tiempos que transcurren desde el primer trasplante hasta los resultados de la selección del tratamiento. Hasta ahora, en nuestra gran colección de casi 80 modelos PDX de HNSCC no hemos podido establecer un valor predictivo de las respuestas tumorales específicas a los fármacos en el modelo de xenoinjerto. No obstante, varias empresas anuncian los PDX como una herramienta para predecir la respuesta al tratamiento. En 2016, Champions Oncology lanzó un ensayo de viabilidad (NCT02752932) para explorar el valor predictivo de PDX. Lamentablemente, no se han publicado resultados hasta ahora.

La principal desventaja de los PDX es el prolongado tiempo necesario para el establecimiento y la expansión del modelo en comparación con los organoides, lo que hace menos probable su futuro uso como plataforma de cribado de fármacos individuales en la rutina clínica. Además, la reconstitución con componentes de la EMT derivados del paciente que faltan en los dos modelos generados por los protocolos actuales debería lograrse mucho más fácilmente en los organoides que en los modelos de ratón de xenoinjerto. Esto permitirá la inclusión de terapias anticancerosas que afectan a la EMT (por ejemplo, everolimus, bevacizumab, anticuerpos anti-PD-1/PD-1 L) en futuros enfoques de cribado ex vivo.