Alai

Huvud- och halscancer är den sjunde vanligaste cancertypen i fråga om incidens och dödlighet med 890 000 nya fall och 450 000 dödsfall i världen under 2018 . Behandlingen är fortfarande en utmaning med nuvarande terapier som resulterar i en femårsöverlevnad på under 50 % för patienter med lokalt avancerad sjukdom . Läkemedelsresistens och toxicitet begränsar effekten av kemoterapier som cis- eller karboplatin, 5-fluorouracil och taxaner. Införandet av målinriktade medel som cetuximab, nivolumab eller pembrolizumab förbättrade resultatet men löste inte problemet med primär eller förvärvad behandlingsresistens hos majoriteten av patienterna . Endast ett fåtal biomarkörer används för närvarande i klinisk praxis eller har faktiskt gått vidare mot validering för rutinanvändning . Tillförlitliga prekliniska modeller är därför avgörande för att bättre förstå de molekylära mekanismer som är inblandade i HNSCC-behandlingsresistens och progression och för att utveckla effektivare terapeutiska strategier.

Immortaliserade cellinjer som härstammar från HNSCC-tumörer utgör ett värdefullt verktyg för funktionell analys av behandlingsresistens. Läkemedelsscreening i monolagercellkulturer förblir det vanliga tillvägagångssättet för att identifiera nya terapeutiska medel. Tredimensionella (3D) kulturer som närmare representerar tumörvävnadsarkitekturen och den cellulära miljön kan dock vara överlägsna för att förutsäga läkemedelseffekten hos patienter. Stora variationer i strålnings- och läkemedelskänslighet har faktiskt visats i studier med 3D-cellkulturer, som liknar dem som finns i tumörer in vivo. Även om 3D-kulturer är användbara för att studera interaktionerna mellan olika cellpopulationer kan de inte fullt ut återge komplexiteten hos HNSCC. Utvecklingen av nya terapier kan därför i slutändan kräva kliniskt relevanta djurmodeller av HNSCC som exakt representerar de cellulära och molekylära förändringar som är förknippade med initiering och utveckling av mänsklig cancer. I detta avseende har cancerinducerade HNSCC-modeller, transgena djur och transplanterbara xenograftmodeller kommit in på området för HNSCC-forskning. I denna översikt beskrivs de mest använda prekliniska modellerna för HNSCC (schematiskt avbildade i figur 1) och ger en översikt över deras styrkor och begränsningar. Vi diskuterar också nya tillvägagångssätt för personligt behandlingsval baserat på dessa modeller.

Ex vivo-modeller

Immortaliserade HNSCC-cellinjer

För fyra decennier sedan rapporterades de första protokollen för ex vivo-odlingar av HNSCC-celler . Efter att ha löst tidigare hinder som fibroblastöverväxt och beroende av matarlager med dessa protokoll har HNSCC-cellinjer framgångsrikt etablerats. Odlingstekniken har förbättrats ytterligare sedan dess, och olika HNSCC-cellinjer som växer stabilt under många passager har genererats. En detaljerad beskrivning av alla tillgängliga HNSCC-cellinjer skulle inte rymmas inom ramen för denna översikt. Vi vill därför hänvisa läsaren till två tidigare översiktsartiklar . Eftersom immortaliserade HNSCC-cellinjer lätt kan underhållas och expanderas har de i stor utsträckning använts för att studera genetiska förändringar och biologiska reaktioner på kemiska och genetiska störningar, för att identifiera potentiella molekylära mål och för att utveckla nya småmolekylära och biologiska terapier . På senare tid har det framkommit bevis för att dessa cellinjer också kan användas för att studera intratumoral heterogenitet och klonutveckling som sker under behandlingstryck . Data från sådana omfattande molekylära och funktionella studier i dessa modeller har samlats i bibliotek som Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE), som utgör en värdefull samling av mänsklig cancerdiversitet .

Och även om HNSCC-cellinjer som odlas i tvådimensionella (2D) monolagskulturer fortsätter att vara viktiga modeller i sökandet efter nya terapeutiska metoder för denna sjukdom, lider de generellt sett av sin oförmåga att återspegla den histologiska karaktären, den tredimensionella (3D) arkitekturen och strukturella och funktionella skillnaderna hos tumören in vivo. Dessa begränsningar påverkar avsevärt det informativa värdet av in vitro-studier som utvärderar effekten av etablerade och nya behandlingsmetoder för HNSCC i monolagskulturer. Det har faktiskt rapporterats anmärkningsvärda skillnader i känslighet mellan 2D- och 3D-kulturer från HNSCC-cellinjer för strålning och läkemedelsbehandling, t.ex. med cisplatin, cetuximab och mTOR-hämmaren AZD8055 . Jämförande molekylär analys av celler som växer i 2D- jämfört med 3D-odlingar gav möjliga förklaringar till lägre känslighet hos celler i 3D-odlingar, som uttryck och aktivering av gener som är förknippade med DNA-reparation , och ökade uttrycksnivåer av gener som är förknippade med epitel-mesenkymal övergång och stamning under 3D-förhållanden.

Genisk instabilitet och förekomsten av klonalt urval under in vitro-odling är ytterligare potentiella begränsningar av cancercellinjer, och kan förklara varför fynd som involverar cellinjer ofta är svåra att reproducera. En omfattande analys av stammar från de vanligaste cellinjerna MCF7 bröstcancer och A549 lungcancer avslöjade en omfattande genomisk variation mellan stammarna som var förknippad med variation i biologiskt betydelsefulla cellulära egenskaper. När stammarna testades mot 321 cancermotverkande substanser observerades avsevärt olika reaktioner på läkemedel, med minst 75 % av substanserna som starkt hämmade vissa stammar men som var helt inaktiva i andra. Denna studie understryker tydligt det brådskande behovet av förbättrade ex vivo-modeller för att stödja maximalt reproducerbar cancerforskning.

Avancerade ex vivo-modeller av HNSCC

Köpf-Maier och kollegor var de första som etablerade en metod som gjorde det möjligt för humana karcinomceller från olika histologiska enheter, inklusive skivepitelcancer (SCC) i svalget, att in vitro omorganisera sig till ”organoidstrukturer” . De visade att dessa organoidkulturer bibehöll de kritiska egenskaperna hos in vivotillståndet, t.ex. 3D-arkitektur, tillväxt av heterogena celltyper från ett enskilt karcinom och morfologisk differentiering under relativt enkla experimentella förhållanden . I en senare studie visade samma grupp att dessa organoidkulturer kan användas för läkemedelstestning och att de svarsdata som erhållits från dem stämde överens med patienternas svar på behandlingen . Författarna var de första som föreslog organoidkulturer som en personlig plattform för in vitro-läkemedelstestning, vilket gör det möjligt att förutsäga individuell kemokänslighet hos karcinom inom några få dagar .

Sedan dess har tekniker för att odla vävnader in vitro i 3D i form av organotypiska strukturer förfinats. Protokoll har utvecklats för att etablera organoider från vuxna och embryonala stamceller som kan självorganisera sig till 3D-strukturer som återspeglar ursprungsvävnaden (för en översikt se Clevers, 2016 ). De första organoidkulturerna som härstammar från vuxna stamceller etablerades från tarmstamceller från mus som placerades i förhållanden som efterliknar tarmstamcellsnischen . Villkorlig omprogrammering inducerad genom att tillsätta R-spondin-1, epidermal tillväxtfaktor (EGF) och Noggin till kulturmediet, och inbäddning av cellerna i ett extracellulärt matris-tillhandahållande basalmembranextrakt, har visat sig stimulera vuxna stamceller till självförnyelse, proliferation och bildning av differentierade avkommor, som liknar tarmepitelet . Denna teknik, som ursprungligen utvecklades för att studera infekterad, inflammatorisk och neoplastisk vävnad från den mänskliga mag-tarmkanalen, har inte bara använts för att etablera organoidkulturer från en mängd olika normala mänskliga vävnader utan även från patientavledd tumörvävnad. Dessa studier har avsevärt ökat och förbättrat antalet tillgängliga cancermodeller.

På senare tid bekräftades Köpf-Maier och kollegors tidiga upptäckter av att HNSCC-organoidkulturer är en lämplig in vitro-plattform för läkemedelstestning av flera oberoende studier. Även om det rapporterades om betydande skillnader i framgångsfrekvensen när det gäller att etablera primära långtidsväxande organoidkulturer från HNSCC-patienter (30 % jämfört med 65 %) har alla studier hittills enhälligt beskrivit att organoidkulturer behåller många egenskaper hos den ursprungliga tumören, inklusive intratumoral heterogenitet, mutationsprofil och proteinexpressionsmönster . Dessutom har det visats att organoider behåller sin tumörgena potential vid xenotransplantation . Svaren på läkemedelsbehandling in vivo visade sig likna de IC50-värden som beräknats från organoider med hjälp av läkemedelskänslighetsanalyser in vitro. Dessutom korrelerade strålningskänslighetsdata från organoidtestning med det kliniska svaret hos patienter . Det är viktigt att inte bara behandlingsrelaterade effekter i tumörer utan även oönskade behandlingsbiverkningar i normal vävnad kan studeras i organoidmodeller. Till exempel har organoider av spottkörtlar från patienter använts för att kartlägga den molekylära grunden för hyposalivation, en ofta förekommande allvarlig biverkning av strålning .

En annan studie identifierade primära 2D-cellkulturer från HNSCC-patienters tumörer som en ytterligare värdefull ex vivo HNSCC-modell . Här har individualiserad storskalig screening av terapeutiska läkemedel mot cancer reproducerbart identifierat läkemedel som uppvisar anti-tumöraktivitet i matchade patientavledda xenograftmodeller (PDX), vilket ger ytterligare bevis för att primära HNSCC-kulturer kan användas som stöd för terapeutiskt beslutsfattande i en rutinmässig klinisk miljö .

Organoidkulturer av mänsklig normal, dysplastisk och elakartad tunga vävnader har också använts för att återge de viktigaste stegen i tumörutvecklingen i tungan . Histomorfometri, immunohistokemi och elektronmikroskopiska analyser i 3D-samodlingar av primära keratinocyter och fibroblaster från tungan i kollagenmatris visade att den stratifierade tillväxten, cellproliferationen och differentieringen var jämförbara mellan samodlingar och deras respektive ursprungliga vävnader, men de skilde sig dock i hög grad från varandra i odlingar som odlades utan fibroblaster . Dessa resultat stöder tidigare studier som visar en viktig roll för cancerassocierade fibroblaster i patogenesen av HNSCC . Dessa uppgifter tillsammans med de omfattande bevisen från litteraturen om tumörfrämjande effekter av tumörmikromiljön (TME) talar starkt för framtida användning av mer avancerade prekliniska modeller som omfattar alla viktiga TME-komponenter. Nya protokoll finns numera tillgängliga för framställning av organoider som förutom stromaceller även innehåller patientens immunceller . Även om organoidkulturer har begränsningar, t.ex. att de tar mycket tid och resurser i anspråk och att de innehåller odefinierade yttre faktorer som kan påverka resultatet av experimenten (tabell 1), kan dessa kulturer utgöra lämpliga modeller för att utveckla och optimera framtida behandlingsstrategier, inklusive immunonkologiska läkemedel.

Djurmodeller

Karcinogeninducerade djurmodeller av oral cancer

De flesta humana SCC är kända för att induceras av kronisk exponering för carcinogener. Initialt misslyckades alltid experimentella metoder för att framkalla maligna tumörer i munnen kemiskt, eftersom munslemhinnan var mer motståndskraftig mot kemikalier än huden. Slutligen kunde man med hjälp av 9, 10 dimetyl-1, 2, bensanthracen (DMBA) framgångsrikt framkalla HNSCC i hamsterns kindpåsar som en djurmodell. I likhet med vad som händer hos patienterna skedde karcinogenesen i slemhinnan i fyra på varandra följande stadier: hyperplasi, atypisk hyperplasi, carcinoma in situ och skivepitelcancer . Det var dock svårt att skilja mellan förändringar av epitelet som orsakades av direkt kontakt med karcinogenen och verklig premalign omvandling eftersom förändringarna var övergående och reversibla i de DMBA-inducerade kindtumörerna. Dessutom hade de DMBA-inducerade tumörerna inte många av de histologiska egenskaperna hos differentierad HNSCC och liknade inte heller i hög grad tidiga mänskliga lesioner. Ännu viktigare är att tumören uppstod i hamsterns kindpung som representerar ett immunbristande område som saknas hos människor, så denna modell efterliknade inte humant HNSCC särskilt väl. Även om DMBA senare användes i stor utsträckning i modeller för cancer i munnen hos hamster och råtta, visade det sig vara svårt att framkalla cancer i munnen med DMBA hos möss . 4-Nitrokinolin 1-oxid (4-NQO), ett vattenlösligt kinolonderivat, introducerades sedan som en potent inducerare av orala tumörer. Administrering av 4-NQO med dricksvatten eller topisk applicering resulterade i flera dysplastiska, preeneoplastiska och neoplastiska lesioner efter långtidsbehandling i både rått- och musmodeller, och dessa lesioner liknade i hög grad människans neoplastiska omvandling i munhålan. Efter flera modifieringar standardiserades modellen av Tang et al. som visade att tillförsel av 4-NQO i dricksvattnet till C57BL/6-möss i 16 veckor främjar cancerogenes i munhålan med hög incidens.

Genom att återge händelseförloppet och typen av lesioner som ses under mänsklig cancerogenes utgör de ovan beskrivna cancerinducerade djurmodellerna ett utmärkt in vivo-system för att studera viktiga drivkrafter i munhålans karcinogenes. Dessa modeller har också använts i stor utsträckning för att utveckla strategier för kemoprevention av cancer, medan färre studier har utnyttjat dessa djurmodeller för att utvärdera effekten av läkemedel för behandling av etablerade tumörer. En stor begränsning som plattform för läkemedelsscreening är den långa tid som krävs för att slutföra utvärderingen av effekterna av en testsubstans (tabell 1). De flesta karcinogeninducerade djurmodeller av HNSCC behöver upp till 40 veckor för att utveckla fullfjädrade karcinom, och ännu längre om metastasering är studiens slutpunkt. I detta sammanhang erbjuder en färsk rapport från Wang och medarbetare en potentiell genväg genom att använda 4NQO-avledda cellinjeinducerade xenografts av tungtumörer som en alternativ, mer ändamålsenlig, syngeneisk musmodell .

Den stora fördelen med den 4NQO-inducerade djurmodellen är att den är lämplig för att studera effekterna av cancerframkallande och genetiska faktorer vid tumörigenesering, särskilt i en immunokompetent miljö. Den utgör således en lämplig plattform för att påskynda utvecklingen av immunterapeutiska regimer i HNSCC . Modellen har också framgångsrikt använts för att undersöka den roll som förmodade cancerstamceller spelar för behandlingsresistens, återfall och metastasering. Dess potential för att utveckla nya terapeutiska strategier som inte bara är inriktade på den proliferativa tumörmassan utan också på den relativt lugna subpopulationen av cancerstamceller har fastställts.

Genetiskt manipulerade musmodeller

Vidare DNA-skador som orsakas av kemikalier inträffar slumpmässigt, följs enligt teorin om tumörevolutionen slumpmässig anskaffning av mutationer i hela genomet av ett urval av kloner som bär på genetiska förändringar som underlättar cellens överlevnad och proliferation. Studier av molekylära profiler har identifierat flera förmodade drivgener som bidrar till cancerutvecklingen i HNSCC. Dessa molekylära studier har dock inte gett direkta bevis för kausalitet eller detaljerad insikt i de biologiska mekanismer genom vilka dessa gener driver tumörutvecklingen. Även om karcinogeninducerade djurmodeller nära kan återge det heterogena landskapet av genomiska förändringar i mänskliga primärtumörer , driver endast en bråkdel av dessa mutationer tumörigenesen genom att påverka onkogener eller tumörsuppressorgener, men många mutationer är passagerare utan något tydligt bidrag till tumörutvecklingen. Dessa studier avslöjar inte heller om drivkrafterna är viktiga för tumörunderhållet och kan därför vara av begränsad nytta när det gäller att utforma effektiva terapeutiska strategier. Prekliniska modellsystem som genetiskt konstruerade musmodeller (GEMM) utgör däremot en experimentellt möjlig metod där de biologiska effekterna av specifika mutationer kan studeras i detalj i en kontrollerad genetisk bakgrund. I de följande kapitlen beskriver vi viktiga resultat från tidigare studier baserade på GEMMs i HNSCC.

Få GEMMs som är associerade med spontan HNSCC-bildning i avsaknad av kronisk karcinogenexponering har hittills beskrivits (tabell 2). En genetiskt modifierad musmodell för oral cancer introducerades först av Schreiber och medarbetare . Efter att ha korsat möss som är transgena för v-Ha-ras-genen med transgena möss som hade E6/E7 av humant papillomvirus (HPV)-16, observerades utveckling av tumörer i munnen, örat och ögat med början vid cirka 3 månaders ålder . Vid 6 månader hade 100 % av de bi-transgena djuren utvecklat tumörer i munnen, medan prevalensen i någon av de två enkeltransgena grupperna var 0 % . Förutsättningen för en andra genetisk träff för tumörbildning rapporterades också för en transgen modell av K-rasG12D, där ett tamoxifeninducerbart Cre-rekombinas under kontroll av keratin-14-promotorn (K14) användes för att rikta in sig på det endogena K-ras-locuset . I modellen med en enda transgen observerades endast stora papillom i munhålan och hyperplasier i tungan efter en månads tamoxifenbehandling . Men om mössen korsades med floxerade p53-muppar med betingad knockout utvecklade 100 % av de sammansatta mössen tungkarcinom redan 2 veckor efter tamoxifeninduktion . Förutom uttryck av virala onkogener E6/E7 och förlust av TP53 har homozygot deletion av transkriptionsfaktorn krüppel-like-factor 4 (KLF4) och heterozygot deletion av SMAD4 identifierats som andra genetiska träffar som i samverkan med en onkogen drivmutation främjar oral tumörbildning med hög prevalens (tabell 2).

Trots att de ovan beskrivna HNSCC-modellerna återger HNSCC-progressionen är det fortfarande tveksamt om de lämpar sig som plattform för att utforska nya molekylära målinriktade behandlingsmetoder, med tanke på att de genetiska förändringar som driver tumörbildningen hos dessa djur saknas eller endast sällan förekommer hos HNSCC-patienter. Totalt sett upptäcktes mutationer i HRAS och KRAS i endast 6 respektive 0,2 % av HNSCC-patienterna och homozygot bortfall av KLF4 och SMAD4 i 0 respektive 4 % av fallen. Dessutom har fall med en av de sammansatta tumörbenägna genotyperna hos de GEMM som beskrivs ovan inte identifierats i The Cancer Genome Atlas (TCGA) HNSCC-kohorten . En GEMM för spontan HNSCC som mer liknar de molekylära egenskaperna hos den mänskliga sjukdomen kan vara den modell med en enda genknockout av SMAD4 i huvud- och halsepitel (HN-Smad4del/del) som rapporterats av Bornstein och medarbetare . Även om homozygot deletion är sällsynt, upptäcks en heterozygot förlust av SMAD4 i 30-35 % av primära HNSCC i samband med nedreglering av Smad4-uttrycksnivåerna . På senare tid har betydande intratumoral heterogenitet av SMAD4-förlust i primära HNSCC-tumörer rapporterats . Intressant nog, i ex vivo-kulturer som härrör från PDX, konkurrerade cellsubpopulationen med heterozygot SMAD4-förlust genom deletion eller minskat uttryck ut celler med vildtyp SMAD4-genotyp från föräldratumören, vilket tyder på en överlevnadsfördel för Smad4-bristande celler . Som ytterligare stöd för lämpligheten av denna GEMM med enkelknockout uppvisade HNSCC från HN-Smad4del/del-möss ökad genomisk instabilitet, vilket korrelerade med nedreglerat uttryck och funktion av gener som kodar för proteiner i Fanconi-anemi/BRCA-dna-reparationsvägen, som också är kopplad till känslighet för HNSCC hos människor . Dessutom uppvisade både normal huvud- och halsvävnad och HNSCC från HN-Smad4del/del-möss en allvarlig inflammation som också har kopplats till patogenes hos människor där orala bakterier och inflammatoriska mediatorer som är associerade med parodontal sjukdom kan vara medfaktorer i initieringen och främjandet av oral SCC .

Sedan den ursprungliga rapporten 2009 har HN-Smad4del/del-modellen använts för att i detalj analysera de molekylära processerna som är involverade i HNSCC-tumörgenesen. Såvitt vi vet har den ännu inte utnyttjats för utveckling av nya terapeutiska strategier. Denna begränsning kan förklaras av en median starttid på 40 veckor för tumörutveckling i denna modell, en begränsning som liknar karcinogeninducerade djurmodeller för oral cancer (tabell 2). Integrering av cancerbehandling för att påskynda tumörbildningen i GEMM med en enda transgen kan därför vara ett lämpligt sätt att lösa denna begränsning, vilket redan framgångsrikt visats i studier av GEMM som har en deletion i en tumörsuppressorgen (GRHL3 , PTEN ) eller som överuttrycker onkogena mikroRNA (tabell 1).

Patientavledda xenograftmodeller

Utvecklingen och förbättringen av svårt immunbristande musstammar har på ett anmärkningsvärt sätt ökat tillgången på PDX-modeller för cancerforskning. Flera forskargrupper har rapporterat om framgångsrika PDX-modeller för HNSCC. I vår egen serie observerades en total graftningsfrekvens på 48 % , men graftningsfrekvensen tycktes dock i hög grad variera mellan olika patientundergrupper . De begränsande faktorerna för graftning har ännu inte tydligt identifierats. Implantationsstället och musstammarna tycks påverka grafitthastigheten. Dessutom är patologiska riskfaktorer som tumörhistologi och HPV-status viktiga faktorer för bildandet av PDX. I allmänhet är odifferentierade HPV-negativa tumörer som uppvisar en aggressiv tillväxt mer benägna att engrafta. Följaktligen har hastigheten och kinetiken för PDX-graftning förknippats med en ogynnsam prognos för patienterna . I motsats till HPV-negativa tumörer misslyckas HPV-associerade HNSCC-tumörer ofta med att ta in transplantat. Eftersom dessa tumörer växer på immunassocierade platser, t.ex. tonsillerna eller tungbasen, innebär transplantation av dem till immunbristande möss som saknar immunologisk kontroll av virusinfekterade celler en risk för samöverföring av Epstein-Barr-virus (EBV) positiva B-celler. Detta leder ofta till okontrollerad proliferation av B-celler och omvandling till EBV+ lymfom. Eftersom spridningshastigheten för dessa konstgjorda lymfom är mycket högre än tumörcellsspridningen i transplanterade vävnadsfragment av SCC, växer de ursprungliga tumörtransplantaten ofta över. Därför är histopatologisk validering av PDX av en certifierad patolog nödvändig för att bekräfta modellens skivepitelcancerhistologi.

Frågan om hur väl PDX liknar patientens primära tumör har behandlats av många grupper. Som visats för andra tumörentiteter uppvisar etablerade HNSCC-modeller i möss histopatologiska egenskaper som liknar den ursprungliga patienttumören . Omfattande genetisk analys av primära tumörer och framtagna PDX-modeller med hjälp av nästa generations sekvensering avslöjade liknande mönster och alleliska frekvenser av molekylära avvikelser . Korrelationen mellan mutationsprofiler från originaltumörer och härledda modeller var betydligt högre för PDX (R = 0,94) jämfört med cellinjer (R = 0,51) . Metylomanalyser visade också en hög överensstämmelse mellan PDX- och patienttumörer. I genomsnitt genomgick endast 2,7 % av de analyserade CpG-platserna större metyleringsförändringar till följd av transplantation av tumörer till möss . Dessutom visade genuttrycksstudier att föräldrarnas tumörer var allmänt besläktade med deras PDX, vilket bekräftades av att de samlades i kluster i en oövervakad hierarkisk klusteranalys . I motsats till de ökande bevisen för att genom- och transkriptomprofiler stämmer överens mellan PDX och primära HNSCC, finns det endast ett fåtal uppgifter om proteinuttryck. En första preliminär analys av PDX-vävnad med hjälp av reverse-phase protein array (RPPA) avslöjade proteinprofiler som är jämförbara med TCGA HNSCC-proteinuttrycksdata , vilket tyder på likhet mellan ursprunglig vävnad och härledd modell även på denna nivå.

Ett av de viktigaste kännetecknen för PDX är bevarandet av ett stromalt kompartment. Även om mänskligt stroma ersätts av musstroma under de första genomgångarna finns ett integrerat stroma kvar, vilket gör det möjligt att utvärdera substanser som är inriktade på denna del eller på överspridning mellan stromal del och tumörceller. Vidare bygger tumörer som odlas i möss upp sina egna tumörkärl, vilket ger möjlighet att utvärdera det angiogena nätverket och interferens med substanser som är inriktade på angiogenes. När modellen har etablerats kan tumörer som odlats i möss skördas, frysas ner och vid behov tinas upp och återtransplanteras till möss. Sammantaget kan PDX betraktas som en lämplig metod för tumörvävnadsexpansion och ett lovande prekliniskt modellsystem för mekanistiska studier och utveckling av terapeutiska strategier.

Med den senaste tidens tillkomst av immunterapi i behandlingsalgoritmen för många cancertyper, inklusive HNSCC, har avsaknaden av en funktionell immunmiljö i PDX blivit ett stort hinder att övervinna. Olika strategier har föreslagits för att implementera ett immunsystem i immunbristande möss. I Mosier och kollegors banbrytande studie visades att injektion av mänskliga perifera mononukleära celler (PBMC) resulterade i ett stabilt och långsiktigt återskapande av ett funktionellt mänskligt immunsystem hos möss med svår kombinerad immunbrist (SCID). Således kan immunbristfälliga PDX-modeller genereras genom överföring av patientens PBMC:er till de PDX-bärande mössen. Det saknas dock korrekt utveckling av immunceller och priming av T-celler i detta tillvägagångssätt, vilket resulterar i avsaknad av vissa linjer av mänskliga immunceller i möss . Mer sofistikerade protokoll för återställande av immunförsvaret som senare utvecklats bygger på överföring av mänskliga CD34+-stamceller till NSG-möss, samt på implantering av humant fosterthymus och levervävnad under njurkapseln hos dessa möss . Detta tillvägagångssätt resulterade i en långsiktig inympning och systemisk rekonstitution av ett komplett mänskligt immunsystem, inklusive mänskliga immunceller med flera olika könsgrupper bestående av T-, B-, NK-, dendritiska celler och makrofager . Tyvärr är denna metod inte genomförbar för ett stort antal PDX på grund av modellens komplexitet. Ett mer lovande förfarande har föreslagits för melanom där tumörinfiltrerande T-lymfocyter (TILs) som isolerats från den tumörvävnad som använts för PDX-generering expanderades in vitro med humant interleukin 2 (IL2) innan de injicerades i tumörbärande PDX-möss .

Potentialen hos PDX-modeller för att vägleda patienternas behandling

Värdet av PDX för att vägleda enskilda patienters behandlingsbeslut återstår att klargöra. I allmänhet har patient-till-PDX korrelationer i olika tumörentiteter där man har jämfört behandlingssvar mellan möss och patienter gjorts med hjälp av retrospektiva data om kliniska resultat. Såvitt vi vet har inga sådana jämförelser vid tillräckligt stora urvalsstorlekar utförts i HNSCC. Hinder för sådana metoder är bland annat läkemedelsdosering i möss som vanligtvis återspeglar den maximalt tolererade dosen, dosvariabilitet inom olika musstammar och framför allt definitionen av en kliniskt meningsfull slutpunkt. I den kliniska miljön bestäms tumörsvar med hjälp av RECIST. Hos möss har en mycket heterogen uppsättning möjliga slutpunkter använts för att fastställa effekten av behandlingar med enstaka läkemedel, inklusive tumörregression uttryckt som relativ tillväxthämning, tumörvolym i jämförelse med en kontrollgrupp, tumörtillväxthämning och tid till slutpunkt. Ytterligare allmänna begränsningar för modellerna är den höga kostnaden för att etablera PDX-modeller, varierande graftningsfrekvenser och tid från första transplantation till resultat av behandlingsscreening. Hittills har vi i vår stora samling av nästan 80 HNSCC PDX-modeller inte kunnat fastställa ett prediktivt värde för läkemedelsspecifika tumörsvar i xenograftmodellen. Trots detta gör flera företag reklam för PDX som ett verktyg för att förutsäga behandlingssvar. År 2016 inledde Champions Oncology en genomförbarhetsstudie (NCT02752932) för att undersöka det prediktiva värdet av PDX. Tyvärr har inga resultat publicerats hittills.

Den största nackdelen med PDX är den förlängda tid som krävs för att etablera och expandera modellen jämfört med organoider, vilket gör det mindre troligt att de i framtiden kommer att användas som individuell läkemedelsscreeningsplattform i klinisk rutin. Dessutom bör återskapande med patientavledda TME-komponenter som saknas i båda de modeller som genereras med nuvarande protokoll uppnås mycket lättare i organoider än i xenograft-musmodeller. Detta kommer att göra det möjligt att inkludera anti-cancerbehandlingar som påverkar TME (t.ex. everolimus, bevacizumab, anti-PD-1/PD-1 L-antikroppar) i framtida ex vivo screeningmetoder.