Alai

Cancerul capului și gâtului este al șaptelea cel mai frecvent tip de cancer prin incidență și mortalitate, cu 890.000 de cazuri noi și 450.000 de decese la nivel mondial în 2018. Tratamentul rămâne o provocare, terapiile actuale având ca rezultat rate de supraviețuire la cinci ani sub 50% pentru pacienții cu boală local avansată . Rezistența la medicamente și toxicitatea limitează eficacitatea chimioterapicelor, cum ar fi cis- sau carboplatina, 5-fluorouracilul și taxanii. Introducerea agenților țintiți, cum ar fi cetuximab, nivolumab sau pembrolizumab, a îmbunătățit rezultatele, dar nu a depășit problema rezistenței primare sau dobândite la tratament la majoritatea pacienților . Doar foarte puțini biomarkeri sunt utilizați în prezent în practica clinică sau au trecut efectiv la validarea în vederea utilizării de rutină . Prin urmare, modele preclinice fiabile sunt esențiale pentru a înțelege mai bine mecanismele moleculare implicate în rezistența la tratament și progresia HNSCC și pentru a dezvolta strategii terapeutice mai eficiente.

Liniile celulare imortalizate derivate din tumorile HNSCC reprezintă un instrument valoros pentru analiza funcțională a rezistenței la tratament. Screeningul de medicamente în culturi de celule monostrat rămân abordarea comună pentru identificarea de noi agenți terapeutici. Cu toate acestea, culturile tridimensionale (3D), care reprezintă mai fidel arhitectura țesutului tumoral și mediul celular, ar putea fi superioare pentru a prezice eficacitatea medicamentelor la pacienți. Într-adevăr, în cadrul studiilor care utilizează culturi celulare 3D au fost evidențiate variații mari în ceea ce privește sensibilitatea la radiații și la medicamente, similare cu cele constatate în cazul tumorilor in vivo. Chiar dacă culturile 3D sunt utile pentru a studia interacțiunile dintre diferite populații de celule, acestea nu reproduc pe deplin complexitatea HNSCC. Astfel, dezvoltarea unor terapii noi ar putea necesita, în cele din urmă, modele animale de HNSCC relevante din punct de vedere clinic, care să reprezinte cu exactitate modificările celulare și moleculare asociate cu inițierea și progresia cancerului uman. În acest sens, modelele HNSCC induse de carcinogeni, animalele transgenice și modelele de xenogrefe transplantabile au intrat în domeniul cercetării HNSCC. Această trecere în revistă descrie cele mai utilizate modele preclinice de HNSCC (reprezentate schematic în Fig. 1) și oferă o prezentare generală a punctelor forte și a limitărilor acestora. Discutăm, de asemenea, noile abordări de selecție a tratamentului personalizat pe baza acestor modele.

Modeluri ex vivo

Liniile celulare HNSCC imortalizate

În urmă cu patru decenii, au fost raportate primele protocoale pentru culturile ex vivo de celule HNSCC . După rezolvarea obstacolelor anterioare, cum ar fi creșterea excesivă a fibroblastelor și dependența de straturile de hrănire cu aceste protocoale, liniile celulare HNSCC au fost stabilite cu succes. De atunci, tehnicile de cultură au fost îmbunătățite în continuare și au fost generate diverse linii celulare HNSCC care au crescut în mod stabil pe parcursul a numeroase treceri. O descriere detaliată a tuturor liniilor celulare HNSCC disponibile ar depăși scopul acestei analize. Prin urmare, am dori să trimitem cititorul la două articole de analiză anterioare. Deoarece liniile celulare HNSCC imortalizate pot fi menținute și extinse cu ușurință, acestea au fost utilizate pe scară largă pentru a studia modificările genetice și răspunsurile biologice la perturbări chimice și genetice, pentru a identifica potențiale ținte moleculare și pentru a dezvolta noi terapii biologice și cu molecule mici . Mai recent, s-a demonstrat că aceste linii celulare pot fi utilizate și pentru studierea heterogenității intratumorale și a evoluției clonale care apar sub presiunea terapiei . Datele provenite din astfel de studii moleculare și funcționale cuprinzătoare în aceste modele au fost asamblate în biblioteci precum Enciclopedia Liniilor Celulare de Cancer (Cancer Cell Line Encyclopedia – CCLE), reprezentând un depozit valoros al diversității cancerului uman .

Deși liniile celulare HNSCC cultivate în culturi monostrat bidimensionale (2D) continuă să fie modele importante în căutarea de noi abordări terapeutice pentru această boală, ele suferă, în general, de incapacitatea lor de a reflecta natura histologică, arhitectura tridimensională (3D) și diferențele structurale și funcționale ale tumorii in vivo. Aceste limitări influențează în mod semnificativ valoarea informativă a studiilor in vitro care evaluează eficacitatea modalităților de tratament stabilite și noi pentru HNSCC în culturile monostrat. Într-adevăr, au fost raportate diferențe notabile în ceea ce privește sensibilitatea culturilor 2D față de culturile 3D din liniile celulare HNSCC pentru tratamentul cu radiații și medicamente, de exemplu cu cisplatin , cetuximab și inhibitorul mTOR AZD8055 . Analiza moleculară comparativă a celulelor care cresc în culturi 2D față de culturi 3D a oferit posibile explicații pentru sensibilitatea mai scăzută a celulelor din culturile 3D, cum ar fi expresia și activarea genelor asociate cu repararea ADN-ului , precum și nivelurile crescute de expresie a genelor asociate cu tranziția epitelială-mesenchimală și cu starea stem în condiții 3D.

Instabilitatea genetică și apariția selecției clonale în timpul culturii in vitro sunt alte limitări potențiale ale liniilor celulare de cancer și pot explica de ce constatările care implică linii celulare sunt adesea dificil de reprodus. Într-adevăr, o analiză cuprinzătoare a tulpinilor din liniile celulare de cancer de sân MCF7 și de cancer pulmonar A549, utilizate în mod obișnuit, a evidențiat variații genomice extinse între tulpini, care au fost asociate cu variații ale proprietăților celulare semnificative din punct de vedere biologic. Este important faptul că, atunci când tulpinile au fost testate împotriva a 321 de compuși anticancerigeni, au fost observate răspunsuri foarte diferite la medicamente, cel puțin 75% dintre compuși inhibând puternic unele tulpini, dar fiind complet inactivi în altele. Acest studiu subliniază în mod clar nevoia urgentă de modele ex vivo îmbunătățite pentru a sprijini cercetarea cancerului cu reproductibilitate maximă.

Modeluri ex vivo avansate de HNSCC

Köpf-Maier și colegii săi au fost primii care au stabilit o metodă care a permis celulelor de carcinom uman din diferite entități histologice, inclusiv carcinoamele cu celule scuamoase (SCC) ale faringelui, să se reorganizeze in vitro în „structuri organoide” . Ei au arătat că aceste culturi organoide au păstrat proprietățile critice ale stării in vivo, cum ar fi arhitectura 3D, creșterea unor tipuri eterogene de celule dintr-un carcinom individual și diferențierea morfologică în condiții experimentale relativ simple . Într-un studiu ulterior, același grup a demonstrat că aceste culturi organoide pot fi utilizate pentru testarea medicamentelor și că datele de răspuns obținute din acestea au fost în concordanță cu răspunsul pacienților la terapie . Autorii au fost primii care au propus culturile organoide ca platformă personalizată de testare in vitro a medicamentelor, permițând prezicerea chimiosensibilității individuale a carcinoamelor în câteva zile .

De atunci, s-au perfecționat tehnicile de creștere a țesuturilor in vitro în 3D sub formă de structuri organotipice. Au fost elaborate protocoale pentru stabilirea organoizilor din celule stem adulte și embrionare care sunt capabile să se autoorganizeze în structuri 3D care reflectă țesutul de origine (pentru o analiză, a se vedea Clevers, 2016 ). Primele culturi de organoizi derivați din celule stem adulte au fost stabilite din celule stem intestinale de șoarece care au fost plasate în condiții care imită nișa celulelor stem intestinale . S-a demonstrat că reprogramarea condiționată indusă prin adăugarea de R-spondină-1, factor de creștere epidermică (EGF) și Noggin în mediul de cultură și încorporarea celulelor într-un extract de membrane bazale care furnizează matrice extracelulară a demonstrat că stimulează celulele stem adulte să se auto-reînnoiască, să prolifereze și să formeze urmași diferențiați, asemănători cu epiteliul intestinal . Această tehnică, dezvoltată inițial pentru a studia țesutul infectat, inflamator și neoplazic din tractul gastrointestinal uman, a fost utilizată nu numai pentru crearea de culturi organoide dintr-o varietate de țesuturi umane normale, ci și din țesuturi tumorale provenite de la pacienți. Aceste studii au lărgit și îmbunătățit în mod semnificativ setul de modele de cancer disponibile.

Mai recent, constatările timpurii ale lui Köpf-Maier și ale colegilor cu privire la culturile organoide HNSCC ca fiind o platformă adecvată pentru testarea in vitro a medicamentelor au fost confirmate de mai multe studii independente. Deși au fost raportate diferențe considerabile în ceea ce privește ratele de succes ale stabilirii culturilor primare de organoizi în creștere pe termen lung de la pacienții cu HNSCC (30 % față de 65 % ), toate studiile de până acum au descris în unanimitate faptul că organoizii păstrează multe proprietăți ale tumorii originale, inclusiv eterogenitatea intratumorală , profilul mutațiilor și modelele de expresie a proteinelor . În plus, s-a demonstrat că organoidele și-au păstrat potențialul tumorigen în urma xenotransplantului . S-a constatat că răspunsurile la tratamentul medicamentos in vivo sunt similare cu IC50 calculate din organoide prin teste de sensibilitate la medicamente in vitro Mai mult, datele de radiosensibilitate din testele pe organoide s-au corelat cu răspunsul clinic la pacienți . Este important faptul că nu numai efectele legate de tratament în tumori, ci și efectele secundare nedorite ale terapiei în țesutul normal pot fi studiate în modele organoide. De exemplu, organoidele glandelor salivare provenite de la pacienți au fost utilizate pentru disecarea bazei moleculare a hiposalivării, un efect secundar sever frecvent al radioterapiei .

Un alt studiu a identificat culturile primare de celule 2D din tumorile pacienților cu HNSCC ca fiind un model ex vivo suplimentar valoros pentru HNSCC . Aici, screening-ul individualizat pe scară largă al terapiei anticanceroase a identificat în mod reproductibil medicamentele care prezintă activitate antitumorală în modelele de xenogrefe derivate din pacienți (PDX), furnizând astfel dovezi suplimentare că culturile primare de HNSCC ar putea fi utilizate pentru a sprijini procesul de luare a deciziilor terapeutice într-un cadru clinic de rutină .

Culturi organoide de țesuturi normale, displazice și maligne ale limbii umane au fost, de asemenea, utilizate pentru a reproduce etapele majore ale tumorigenezei limbii . Analizele de histomorfometrie, imunohistochimie și microscopie electronică în co-culturi 3D de keratinocite primare derivate din limbă și fibroblaste în matrice de colagen au arătat că creșterea stratificată, proliferarea celulară și diferențierea au fost comparabile între co-culturi și țesuturile lor native respective, cu toate acestea, acestea au fost în mare măsură diferite în culturile cultivate fără fibroblaste . Aceste rezultate susțin studiile anterioare care arată un rol important al fibroblastelor asociate cu cancerul în patogeneza HNSCC . Aceste date, împreună cu dovezile ample din literatura de specialitate privind efectele de promovare tumorală ale micro-mediului tumoral (TME), pledează cu tărie pentru utilizarea în viitor a unor modele preclinice mai avansate care să cuprindă toate componentele majore ale TME. În prezent, sunt disponibile noi protocoale pentru generarea de organoizi care conțin, pe lângă celulele stromale, și celulele imune ale pacientului . Astfel, deși cultura de organoide are limitări , cum ar fi consumul de timp și resurse considerabile și încorporarea unor factori extrinseci nedefiniți care pot influența rezultatul experimentelor (tabelul 1), aceste culturi ar putea reprezenta modele adecvate pentru dezvoltarea și optimizarea viitoarelor strategii de tratament, inclusiv a medicamentelor imuno-oncologice.

Modelii animale

Modelii animale de cancer oral induse de carcinogen

Se știe că majoritatea SCC-urilor umane sunt induse de expunerea cronică la agenți cancerigeni. Inițial, abordările experimentale de inducere a tumorilor maligne orale pe cale chimică au eșuat întotdeauna, deoarece mucoasa orală era mai rezistentă la acțiunea substanțelor chimice decât pielea. În cele din urmă, folosind 9, 10 dimetil-1, 2, benzantracen (DMBA), HNSCC a putut fi indus cu succes în punga obrazului de hamster ca model animal. Asemănător scenariului de la pacienți, carcinogeneza mucoasei a avut loc în patru etape succesive: hiperplazie, hiperplazie atipică, carcinom in situ și carcinom cu celule scuamoase . Cu toate acestea, a fost dificil să se facă distincția între modificările epiteliului cauzate de contactul direct cu carcinogenul și adevărata transformare premalignă, deoarece modificările au fost tranzitorii și reversibile în tumorile de obraz induse de DMBA. În plus, tumorile induse de DMBA nu posedau multe dintre caracteristicile histologice ale HNSCC diferențiate și nu semănau îndeaproape cu leziunile umane timpurii. Mai important, tumora a apărut în punga obrazului de hamster, care reprezintă o zonă imunodeficientă absentă la om, astfel încât acest model nu a imitat foarte bine HNSCC uman. Deși DMBA a fost ulterior utilizat pe scară largă în modelele de cancer oral la hamsteri și șobolani, s-a dovedit a fi dificil de a induce carcinom oral cu DMBA la șoareci. 4-Nitrochinolină-1-oxid (4-NQO), un derivat de chinolonă solubil în apă, a fost apoi introdus ca inductor puternic de tumori orale. Administrarea de 4-NQO cu apă potabilă sau aplicarea sa topică a dus la multiple leziuni displastice, preneoplastice și neoplazice după un tratament pe termen lung atât la modelele de șobolani, cât și la cele de șoareci, iar aceste leziuni seamănă foarte mult cu transformările neoplazice ale cavității bucale umane. După mai multe modificări, modelul a fost standardizat de Tang și colab. , care au arătat că administrarea de 4-NQO în apa de băut a șoarecilor C57BL/6 timp de 16 săptămâni favorizează carcinogeneza cavității bucale la o incidență ridicată.

Prin recapitularea secvenței de evenimente și a tipului de leziuni observate în timpul carcinogenezei umane, modelele animale induse de carcinogeni descrise mai sus oferă un sistem in vivo excelent pentru studierea evenimentelor cheie de conducere a carcinogenezei orale. Aceste modele au fost, de asemenea, utilizate pe scară largă pentru dezvoltarea strategiilor de chimioprevenție a cancerului, în timp ce mai puține studii au profitat de aceste modele animale pentru a evalua eficacitatea medicamentelor pentru tratamentul tumorilor stabilite. Una dintre limitările majore ale platformei de depistare a medicamentelor este timpul prelungit necesar pentru a finaliza evaluarea efectelor unui compus de testare (tabelul 1). Cele mai multe modele animale de HNSCC induse de carcinogeni au nevoie de până la 40 de săptămâni pentru a dezvolta carcinoame complete și chiar mai mult timp în cazul în care metastazele reprezintă punctul final al studiului. În acest context, un raport recent al lui Wang și al colegilor oferă o scurtătură potențială prin utilizarea xenogrefele tumorale de limbă induse de linii celulare derivate din 4NQO ca model alternativ mai expeditiv de șoarece singeneic.

Avantajul major al modelului animal indus de 4NQO este adecvarea sa pentru a studia efectele factorilor carcinogeni și genetici în tumorigeneză, în special într-un mediu imunocompetent. Astfel, acesta oferă o platformă adecvată pentru accelerarea dezvoltării regimurilor imunoterapeutice în HNSCC . Modelul a fost, de asemenea, utilizat cu succes pentru a investiga rolul celulelor stem canceroase putative în rezistența la tratament, recidivă și metastaze. A fost stabilit potențialul său pentru dezvoltarea de noi strategii terapeutice care vizează nu numai volumul proliferativ al tumorii, ci și subpopulația relativ liniștită de celule stem canceroase.

Modeluri de șoareci modificate genetic

În timp ce deteriorarea ADN-ului de către substanțele chimice are loc la întâmplare, conform teoriei evoluției tumorale, dobândirea aleatorie de mutații în întregul genom este urmată de selectarea clonelor care adăpostesc modificări genetice care facilitează supraviețuirea și proliferarea celulelor. Studiile de profilare moleculară au identificat mai multe gene driver putative care contribuie la dezvoltarea cancerului în HNSCC. Cu toate acestea, aceste studii moleculare nu au furnizat dovezi directe de cauzalitate sau o înțelegere detaliată a mecanismelor biologice prin care aceste gene conduc dezvoltarea tumorală. Deși modelele animale induse de carcinogeni pot recapitula îndeaproape peisajul eterogen al modificărilor genomice din tumorile primare umane , doar o parte din aceste mutații determină tumorogeneza prin afectarea oncogenelor sau a genelor supresoare de tumori, dar multe mutații sunt pasagere fără o contribuție clară la dezvoltarea tumorală. De asemenea, aceste studii nu dezvăluie dacă piloții sunt esențiali pentru menținerea tumorii și, prin urmare, pot fi de un folos limitat pentru conceperea unor strategii terapeutice eficiente. În schimb, sistemele de modele preclinice, cum ar fi modelele de șoareci modificați genetic (GEMM), oferă o abordare experimentabilă în care efectele biologice ale unor mutații specifice pot fi studiate în detaliu într-un context genetic controlat. În capitolele următoare, descriem principalele constatări ale studiilor anterioare bazate pe GEMM-uri în HNSCC.

Puține GEMM-uri asociate cu formarea spontană de HNSCC în absența expunerii cronice la carcinogeni au fost descrise până în prezent (Tabelul 2). Un model de șoarece modificat genetic de cancer oral a fost introdus pentru prima dată de Schreiber și colaboratorii . După ce au încrucișat șoareci transgenici pentru gena v-Ha-ras cu șoareci transgenici care găzduiau E6/E7 al virusului papiloma uman (HPV)-16, s-a observat dezvoltarea de tumori la nivelul gurii, urechii și ochilor începând cu vârsta de aproximativ 3 luni . Până la 6 luni, 100% dintre animalele bi-transgenice au dezvoltat tumori orale, în timp ce prevalența în oricare dintre cele două grupuri monotransgenice a fost de 0% . Condiția prealabilă a unui al doilea succes genetic pentru tumorigeneză a fost, de asemenea, raportată pentru un model transgenic de K-rasG12D, în care a fost utilizată o recombinază Cre indusă de tamoxifen sub controlul promotorului keratinei-14 (K14) pentru a ținti locusul K-ras endogen . În modelul cu o singură transgenă, au fost observate doar papiloame mari în cavitatea bucală și hiperplazii în limbă după o lună de tratament cu tamoxifen . Cu toate acestea, în cazul în care șoarecii au fost încrucișați cu șoareci knock-out condiționat p53 floxat, 100 % dintre șoarecii compuși au dezvoltat carcinoame ale limbii încă de la 2 săptămâni după inducerea tamoxifenului . Pe lângă expresia oncogenelor virale E6/E7 și pierderea TP53, deleția homozigotă a factorului de transcripție krüppel-like-factor 4 (KLF4) și deleția heterozigotă a SMAD4 au fost identificate ca fiind a doua lovitură genetică care, împreună cu o mutație conducătoare oncogenă, promovează formarea tumorilor orale cu o prevalență ridicată (tabelul 2).

În ciuda recapitulării progresiei HNSCC, adecvarea modelelor HNSCC descrise mai sus ca platformă pentru explorarea unor noi abordări terapeutice moleculare țintite rămâne oarecum îndoielnică, având în vedere că alterările genetice care determină tumorigeneza la aceste animale sunt absente sau doar rareori întâlnite la pacienții cu HNSCC. În general, mutațiile în HRAS și KRAS au fost detectate doar la 6 și 0,2 % dintre pacienții cu HNSCC, iar deleția homozigotă a KLF4 și SMAD4 la 0 și, respectiv, 4 % dintre cazuri. Mai mult, cazurile care adăpostesc unul dintre genotipurile cu predispoziție tumorală compusă ale GEMM-urilor descrise mai sus nu au fost identificate în cohorta HNSCC din The Cancer Genome Atlas (TCGA) . Un GEMM al HNSCC spontan care seamănă mai mult cu caracteristicile moleculare ale bolii umane ar putea fi modelul de blocare a unei singure gene SMAD4 în epiteliile capului și gâtului (HN-Smad4del/del) raportat de Bornstein și colegii săi . Într-adevăr, deși deleția homozigotă este rară, pierderea heterozigotă a SMAD4 este detectată în 30-35% din HNSCC primare, asociată cu reducerea nivelului de expresie a Smad4 . Mai recent, a fost raportată o heterogenitate intraumorală semnificativă a pierderii SMAD4 în tumorile primare HNSCC . În mod interesant, în culturile ex vivo derivate din PDX, subpopulația de celule care prezintă pierderea heterozigotă a SMAD4 prin deleție sau expresie redusă a depășit celulele cu genotip SMAD4 de tip sălbatic din tumora parentală, sugerând un avantaj de supraviețuire a celulelor cu deficit de Smad4 . În sprijinul suplimentar al adecvării acestui GEMM cu un singur knockout, HNSCC de la șoarecii HN-Smad4del/del a prezentat o instabilitate genomică crescută, care s-a corelat cu expresia și funcția redusă a genelor care codifică proteinele din calea de reparare a ADN-ului din anemia Fanconi/BRCA, legate, de asemenea, de susceptibilitatea la HNSCC la om. Mai mult, atât țesutul normal al capului și gâtului, cât și HNSCC de la șoarecii HN-Smad4del/del au prezentat o inflamație severă, care a fost, de asemenea, legată de patogeneza la om, unde bacteriile orale și mediatorii inflamatori asociați cu boala parodontală pot fi co-factori în inițierea și promovarea SCC oral.

De la raportul original din 2009, modelul HN-Smad4del/del a fost utilizat pentru a analiza în detaliu procesele moleculare implicate în tumorigeneza HNSCC. Din cunoștințele noastre, acesta nu a fost încă exploatat pentru dezvoltarea de noi strategii terapeutice. Această restricție ar putea fi explicată prin timpul median de debut de 40 de săptămâni pentru dezvoltarea tumorii în acest model, o limitare similară cu cea a modelelor animale de cancer oral induse de carcinogeni (Tabelul 2). Integrarea tratamentului cu carcinogen pentru a accelera formarea tumorii în GEMM cu o singură transgenă ar putea reprezenta, prin urmare, o modalitate adecvată de a rezolva această limitare, așa cum s-a demonstrat deja cu succes în studiile privind GEMM care conțin o deleție într-o genă supresoare de tumori (GRHL3 , PTEN ) sau care supraexprimă microARN-uri oncogene (tabelul 1).

Modeluri de xenogrefe derivate din pacienți

Dezvoltarea și îmbunătățirea tulpinilor de șoareci cu deficiență imunitară severă a crescut în mod remarcabil disponibilitatea modelelor PDX pentru cercetarea cancerului. Stabilirea cu succes a modelelor PDX HNSCC a fost raportată de mai multe grupuri de cercetare . În propria noastră serie, a fost observată o rată globală de grefare de 48% , cu toate acestea, ratele de grefare păreau să varieze în mare măsură între subgrupuri distincte de pacienți . Factorii limitativi pentru grefare nu au fost încă identificați în mod clar. Locul de implantare și tulpinile de șoareci par să influențeze rata de prelevare. Mai mult, factorii de risc patologic, cum ar fi histologia tumorii și statutul HPV, sunt factori determinanți importanți ai formării PDX. În general, tumorile nediferențiate HPV-negative care prezintă o creștere agresivă sunt mai susceptibile de a se grefa. În consecință, rata și cinetica de grefare a PDX au fost asociate cu un prognostic nefavorabil al pacienților. Spre deosebire de tumorile HPV-negative, tumorile HNSCC asociate cu HPV nu reușesc frecvent să se grefeze. Având în vedere că aceste tumori se dezvoltă în situsuri asociate cu sistemul imunitar, cum ar fi amigdalele sau baza limbii, transplantul acestora la șoareci imunodeficienți, lipsiți de controlul imunologic al celulelor infectate viral, prezintă riscul co-transferului de celule B pozitive la virusul Epstein-Barr (EBV). Ca urmare, apare frecvent proliferarea necontrolată a celulelor B și transformarea în limfom EBV+ . Deoarece rata de proliferare a acestor limfoame artificiale este mult mai mare decât proliferarea celulelor tumorale în fragmentele de țesut transplantate de SCC, transplanturile tumorale originale sunt frecvent supradimensionate . Astfel, validarea histopatologică a PDX de către un anatomopatolog certificat este esențială pentru a confirma histologia carcinomului cu celule scuamoase a modelului.

Întrebarea cât de bine seamănă PDX cu tumora primară a pacientului a fost abordată de multe grupuri. Așa cum s-a demonstrat pentru alte entități tumorale, modelele HNSCC stabilite la șoareci prezintă caracteristici histopatologice asemănătoare cu tumora originală a pacientului . Analiza genetică cuprinzătoare a tumorilor primare și a modelelor PDX derivate prin secvențiere de generație următoare a dezvăluit modele similare și frecvențe alelice ale aberațiilor moleculare . Corelația dintre profilurile mutaționale ale tumorilor originale și modelele derivate a fost semnificativ mai mare pentru PDX (R = 0,94) în comparație cu liniile celulare (R = 0,51) . Analiza metilomului a arătat, de asemenea, o concordanță ridicată între PDX și tumorile pacienților. Într-adevăr, o medie de numai 2,7 % din site-urile CpG analizate au suferit modificări majore de metilare ca urmare a transplantului de tumori la șoareci . Mai mult decât atât, studiile de expresie genetică au arătat înrudirea generală a tumorilor parentale cu PDX-urile acestora, așa cum a fost confirmat de gruparea lor în cadrul analizei de grupare ierarhică nesupervizată . În contrast cu dovezile din ce în ce mai numeroase de potrivire a profilurilor genomului și transcriptomului între PDX și HNSCC primare, există doar câteva date pentru expresia proteinelor. O primă analiză preliminară a țesutului PDX utilizând matrice proteică în fază inversă (RPPA) a relevat profiluri proteice comparabile cu datele TCGA privind expresia proteică a HNSCC , ceea ce sugerează o similitudine între țesutul original și modelul derivat și la acest nivel.

O caracteristică esențială a PDX este conservarea unui compartiment stromal. Chiar dacă stroma umană este înlocuită de stroma de șoarece în primele treceri, rămâne o stromă integrată, ceea ce face posibilă evaluarea compușilor care vizează acest compartiment sau a interacțiunii încrucișate între compartimentul stromal și celulele tumorale. Mai mult, tumorile cultivate la șoareci își construiesc propria vasculatură tumorală, ceea ce oferă posibilitatea de a evalua rețeaua angiogenică și interferența cu compușii care vizează angiogeneza. După stabilirea modelului, tumorile cultivate la șoareci pot fi recoltate, congelate vital și, ori de câte ori este nevoie, decongelate și transplantate din nou la șoareci. În general, PDX poate fi considerată o metodă adecvată pentru expansiunea țesutului tumoral și un sistem de model preclinic promițător pentru studii mecaniciste și dezvoltarea de strategii terapeutice.

Cu recenta apariție a imunoterapiei în algoritmul de tratament al multor tipuri de cancer, inclusiv HNSCC, lipsa unui mediu imunitar funcțional în PDX a devenit un obstacol major de depășit. Au fost propuse diferite strategii pentru a implementa un sistem imunitar la șoarecii imunodeficienți. În studiul de referință al lui Mosier și al colegilor , s-a demonstrat că injectarea de celule mononucleare periferice umane (PBMC) a dus la reconstituirea stabilă pe termen lung a unui sistem imunitar uman funcțional la șoarecii cu imunodeficiență combinată severă (SCID). Astfel, modelele PDX imunoproficiente ar putea fi generate prin transferul de PBMC ale pacientului în șoarecii purtători de PDX. Cu toate acestea, dezvoltarea adecvată a celulelor imune și amorsarea celulelor T lipsesc în această abordare, ceea ce duce la absența anumitor linii de celule imune umane la șoareci . Protocoale de reconstituire imunitară mai sofisticate dezvoltate ulterior se bazează pe transferul de celule stem CD34+ umane în șoareci NSG, precum și pe implantarea timusului fetal uman și a țesutului hepatic sub capsula renală a acestor șoareci . Această abordare a avut ca rezultat grefarea pe termen lung și reconstituirea sistemică a unui sistem imunitar uman complet, inclusiv a celulelor imunitare umane multilineare constând în celule T-, B-, NK-, celule dendritice și macrofage . Din păcate, această metodă nu este fezabilă pentru un număr mare de PDX din cauza complexității modelului. O procedură mai promițătoare a fost propusă în melanom, în care limfocitele T care infiltrează tumora (TIL) izolate din țesutul tumoral utilizat pentru generarea PDX au fost expandate in vitro cu interleukina 2 umană (IL2) înainte de a fi injectate în șoareci PDX purtători de tumori .

Potențialul modelelor PDX pentru a ghida tratamentul pacienților

Valoarea PDX pentru a ghida decizia de tratament individuală a pacienților rămâne să fie clarificată. În general, corelațiile pacient-PDX în diferite entități tumorale care compară răspunsurile la tratament între șoareci și pacienți au fost realizate utilizând date retrospective privind rezultatele clinice. Din cunoștințele noastre, nu au fost efectuate astfel de comparații la eșantioane de dimensiuni suficient de mari în HNSCC. Obstacolele pentru valabilitatea unor astfel de abordări cuprind doza de medicament la șoareci, care reflectă de obicei doza maximă tolerată, variabilitatea dozelor în cadrul diferitelor tulpini de șoareci și, în special, definirea unui criteriu de evaluare semnificativ din punct de vedere clinic. În mediul clinic, răspunsurile tumorale sunt determinate de RECIST. La șoareci, pentru a determina eficacitatea tratamentelor cu un singur medicament a fost utilizat un set foarte eterogen de puncte finale posibile, inclusiv regresia tumorală exprimată ca inhibiție relativă a creșterii, volumul tumoral în comparație cu un grup de control, inhibiția creșterii tumorale și timpul până la punctul final. Alte limitări generale ale modelului sunt costul ridicat al înființării PDX, ratele variabile de grefare și timpul scurs de la primul transplant până la rezultatele screening-ului tratamentului. Până în prezent, în colecția noastră mare de aproape 80 de modele PDX HNSCC, nu am reușit să stabilim o valoare predictivă a răspunsurilor tumorale specifice medicamentelor în modelul xenograft. Cu toate acestea, mai multe companii fac reclamă la PDX ca fiind un instrument de predicție a răspunsului la tratament. În 2016, Champions Oncology a lansat un studiu de fezabilitate (NCT02752932) pentru a explora valoarea predictivă a PDX. Din păcate, niciun rezultat nu a fost publicat până în prezent.

Principalul dezavantaj al PDX este timpul prelungit necesar pentru stabilirea și extinderea modelului în comparație cu organoizii, ceea ce face mai puțin probabilă utilizarea lor viitoare ca platformă individuală de screening de medicamente în rutina clinică. În plus, reconstituirea cu componentele TME provenite de la pacienți, care lipsesc în ambele modele generate de protocoalele actuale, ar trebui să se realizeze mult mai ușor în organoizi decât în modelele de șoareci xenogrefe. Acest lucru va permite includerea terapiilor anticanceroase care afectează TME (de exemplu, everolimus, bevacizumab, anticorpi anti-PD-1/PD-1 L) în viitoarele abordări de screening ex vivo.

.