Si se quiere saber si el tumor de un paciente responderá a un régimen terapéutico específico, hay que examinar la respuesta de ese tumor humano, no de un tumor de ratón, a la terapia
Se han desarrollado numerosos modelos murinos para estudiar el cáncer humano. Estos modelos se utilizan para investigar los factores implicados en la transformación maligna, la invasión y la metástasis, así como para examinar la respuesta a la terapia. Uno de los modelos más utilizados es el xenoinjerto tumoral humano. En este modelo, las células tumorales humanas se trasplantan, ya sea bajo la piel o en el tipo de órgano en el que se originó el tumor, a ratones inmunocomprometidos que no rechazan las células humanas. Por ejemplo, el xenoinjerto será aceptado fácilmente por ratones atímicos desnudos, ratones con inmunodeficiencia severa (SCID) u otros ratones inmunocomprometidos (Morton y Houghton, 2007). Dependiendo del número de células inyectadas, o del tamaño del tumor trasplantado, el tumor se desarrollará a lo largo de 1 a 8 semanas (o en algunos casos de 1 a 4 meses, o más), y la respuesta a los regímenes terapéuticos apropiados puede estudiarse in vivo. Otro tipo de modelo animal para estudiar el cáncer humano es el modelo de ratón modificado genéticamente (GEM). El perfil genético de estos ratones se altera de forma que uno o varios genes que se cree que están implicados en la transformación o la malignidad se mutan, se eliminan o se sobreexpresan; posteriormente, se estudia el efecto de la alteración de estos genes a lo largo del tiempo y se pueden seguir in vivo las respuestas terapéuticas a estos tumores. Tanto los ratones atímicos desnudos como los modelos de xenoinjertos de ratón que utilizan líneas celulares tumorales humanas se han utilizado durante décadas para aumentar nuestra comprensión de los factores que afectan al crecimiento de los tumores; sin embargo, la información reciente relativa a la influencia clave del microambiente tumoral en la progresión y el crecimiento de los tumores ha llevado a una mayor dependencia de los modelos tumorales GEM que utilizan ratones inmunocompetentes, así como al uso de xenoinjertos de tumores humanos primarios en modelos de ratón humanizados. De hecho, los modelos de xenoinjertos suelen considerarse inferiores a los modelos GEM. En este artículo, espero demostrar que cada modelo tiene su utilidad en el diagnóstico del cáncer y en las modalidades terapéuticas preclínicas.
Recientemente se han sugerido varios criterios para los modelos GEM de cánceres humanos: (1) los ratones deben ser portadores de la misma mutación que se produce en los tumores humanos; (2) las mutaciones deben diseñarse dentro del locus endógeno, y no expresarse como un transgén; (3) los genes mutados deben ser silenciosos durante la embriogénesis y el desarrollo postnatal temprano, excepto en los modelos de tumores pediátricos heredados; (4) las mutaciones deben estar dentro de los tejidos diana específicos en tipos celulares seleccionados; y (5) las mutaciones deben ocurrir en un número limitado de células. Otras «características deseadas» son que el tipo de tumor y la anatomopatología sean lo más parecidos posible a los observados en los tumores humanos, y que el desarrollo del tumor pase por las mismas etapas «preneoplásicas», o por etapas similares (M. Barbacid, Keystone Symposium on Inflamation, Microenvironment and Cancer, 2008, y comunicación personal). Otro criterio importante, difícil de conseguir en los modelos GEM, es que el entorno huésped/tumor sea reproducible en el modelo. Además, aunque los modelos tumorales de ratón que utilizan GEM son muy útiles para evaluar los efectos de la mutación específica, la deleción o la amplificación de uno o dos genes durante la progresión del tumor murino, normalmente no pueden reproducir completamente la complejidad genética de los tumores humanos. Por ejemplo, en humanos, los melanomas malignos y otros tipos de tumores con grados similares de heterogeneidad genética presentan un amplio grado de aneuploidía, y la ganancia o pérdida específica de genes varía enormemente de una célula a otra dentro del mismo tumor. Por lo tanto, aunque este modelo tiene puntos fuertes significativos, hay debilidades innatas que pueden afectar profundamente al uso de estos ratones para predecir la respuesta de un paciente a una terapia.
Si uno quiere saber si el tumor de un paciente responderá a un régimen terapéutico específico, debe examinar la respuesta de ese tumor humano, no de un tumor de ratón, a la terapia. Aquí es donde puede ser útil el xenoinjerto de tumor humano en ratones atímicos nude, ratones SCID o ratones humanizados no diabéticos (NOD)/SCID (Fig. 1). Aunque faltan algunos componentes del sistema inmunitario cuando se eligen modelos de ratones desnudos o SCID, en los ratones desnudos atímicos, las células B, las células dendríticas y los granulocitos están todos relativamente intactos, y hay un aumento compensatorio tanto de la actividad de las células asesinas naturales (NK) como de los macrófagos tumoricidas en estos ratones. Además, se puede argumentar que, en el momento en que estas lesiones metastásicas se extirpan quirúrgicamente o se les hace una biopsia, el tumor ya ha escapado a la vigilancia inmunitaria y a la eliminación de las células inmunitarias. En este editorial discutiré las ventajas y desventajas de los xenoinjertos tumorales humanos, en comparación con los modelos GEM, como método para analizar las posibles respuestas de los tumores de los pacientes a la terapia (Fig. 1).
Tipos de modelos murinos para el estudio de los cánceres humanos.
Hay varias ventajas clave en el uso de xenoinjertos tumorales humanos para examinar las respuestas terapéuticas a los fármacos: (1) se puede utilizar el tejido tumoral humano real, presentando la complejidad de las anomalías genéticas y epigenéticas que existen en la población tumoral humana; (2) los xenoinjertos tumorales humanos pueden utilizarse para ayudar al desarrollo de enfoques terapéuticos moleculares individualizados; (3) se pueden obtener resultados en cuestión de unas pocas semanas a partir de una biopsia tumoral humana en relación con la respuesta a la terapia, mientras que los modelos GEM a menudo requieren hasta un año para desarrollarse antes de la terapia farmacológica; (4) se pueden probar múltiples terapias a partir de una sola biopsia tumoral; (5) se pueden obtener fácilmente datos de microarrays tisulares y genéticos a partir de la biopsia humana y del tejido del xenoinjerto, antes y después de la terapia farmacológica, para realizar un análisis exhaustivo antes de someter al paciente a una terapia que puede no funcionar; (6) los xenoinjertos ortotópicos pueden colocarse adecuadamente para reproducir el entorno del órgano en el que crece el tumor, de modo que se puede modular el efecto del tumor en su microentorno, aunque con la excepción de ciertas poblaciones de células T; (7) el estroma del microambiente tumoral humano puede incluirse en el xenoinjerto para imitar más completamente el microambiente tumoral humano; y (8) los xenoinjertos que utilizan ratones NOD/SCID que han sido «humanizados» mediante la inyección de sangre periférica o células de médula ósea, permiten una reconstitución casi completa de la respuesta inmunitaria al tumor. Los xenoinjertos que utilizan líneas celulares humanas para probar las respuestas a los fármacos no suelen correlacionarse con la actividad clínica en los pacientes (Kerbel, 2003). Por el contrario, cuando se utilizan tumores primarios como xenoinjerto ortotópico, existe un mayor valor predictivo de la respuesta, especialmente cuando se utiliza una dosis de fármaco clínicamente relevante (Johnson et al., 2001; Kerbel, 2003; Scholz et al., 1990). Hay tres tipos diferentes de respuesta al tratamiento que pueden evaluarse: el efecto sobre la tasa de crecimiento del tumor, el efecto sobre la reducción/regresión del tumor y la supervivencia. Se ha informado de que el efecto de un fármaco sobre la tasa de crecimiento del tumor o la citostasis suele ser más predictivo de una respuesta clínica que la reducción/regresión del tumor (Kelland, 2004). Además, los modelos de tumores subcutáneos que no son ortotópicos y no representan lugares adecuados para los tumores humanos no son predictivos cuando se utilizan para probar las respuestas a los fármacos contra el cáncer (Killion et al., 1998). Un reto que presentan los modelos ortotópicos, en comparación con los modelos subcutáneos, es la dificultad de seguir el crecimiento del tumor. Sin embargo, el reciente desarrollo de nuevas técnicas de imagen por resonancia magnética (IRM) y de microimagen puede minimizar este problema.
Existen otras desventajas y retos en el uso del modelo de xenoinjerto de ratón para monitorizar y/o predecir las respuestas terapéuticas en el cáncer. Los modelos tumorales ortotópicos requieren mucho tiempo, son caros y suponen un reto técnico. Además, si se utilizan ratones atímicos nude o SCID, se pierde la respuesta mediada por los linfocitos al tumor, es decir, los ratones nude pierden ciertas respuestas de células T y los ratones SCID pierden tanto sus respuestas de células T como de células B. Sin embargo, estos déficits inmunológicos pueden, en principio, superarse en gran medida injertando tumores humanos en ratones NOD/SCID «humanizados». Esto reduce en gran medida muchos de los inconvenientes de los modelos de xenoinjertos tumorales humanos ortotópicos para estudiar la respuesta terapéutica. Sin embargo, la restauración completa del sistema inmunitario en el ‘ratón humanizado’ no es posible, ya que restablecer los elementos de selección de clase I y clase II de HLA en las poblaciones de células T sigue siendo un reto (Bernard et al., 2008). Además, para llevar a cabo estos experimentos, los ratones recién nacidos deben ser irradiados y luego injertados con células madre hematopoyéticas CD34+ humanas procedentes de la sangre del cordón umbilical. El tiempo de obtención de la sangre del cordón umbilical, la irradiación de los ratones recién nacidos y la verificación del fenotipo humanizado de los ratones NOD/SCID después del injerto, hace que este procedimiento sea bastante engorroso, pero muy valioso.
A pesar de las desventajas del modelo de xenoinjerto para predecir la respuesta clínica a la terapia, hay una serie de éxitos importantes. Por ejemplo, los xenoinjertos de líneas celulares de mieloma múltiple en ratones singénicos responden al inhibidor del proteasoma, bortezomib/VELCADE®, que ha demostrado ser muy prometedor para el tratamiento del mieloma múltiple (LeBlanc et al., 2002; Moreau et al., 2008; Oyajobi y Mundy, 2003). La combinación de bortezomib y melfaleno se demostró por primera vez como eficaz para el tratamiento del mieloma múltiple en ensayos preclínicos de xenoinjertos, y esto condujo al éxito en los ensayos clínicos, seguido de una nueva norma de atención clínica recomendada para los pacientes con mieloma múltiple mayores de 65 años (Mateos et al., 2006; Mitsiades et al., 2003). Se demostró que Herceptin potenciaba la actividad antitumoral del paclitaxel y la doxorrubicina contra xenoinjertos de cáncer de mama humano con sobreexpresión de HER2/neu, lo que condujo a posteriores ensayos clínicos con éxito (Baselga et al., 1998; Sporn y Bilgrami, 1999). Los anticuerpos neutralizantes dirigidos al receptor 2 del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGFR2) en combinación con paclitaxel demostraron ser eficaces para inhibir el crecimiento del tumor e inhibir la propagación metastásica en un modelo de xenoinjerto ortotópico (Davis et al., 2004). Este trabajo de base fue seguido por el desarrollo de bevacizumab, un anticuerpo monoclonal humanizado que se dirige al factor de crecimiento endotelial vascular A (VEGF-A). El bevacizumab fue eficaz en ensayos clínicos de fase III para el carcinoma colorrectal y renal y recibió la aprobación de la FDA en 2004 (Hurwitz et al., 2004; Yang et al., 2003). Además, los modelos de xenoinjerto de ratón son útiles para anticipar la toxicidad de las terapias dirigidas y, en otros casos, para identificar posibles biomarcadores predictivos de la modulación de la diana. Aunque estos son sólo algunos ejemplos del uso exitoso de los estudios de xenoinjertos, claramente, para muchos tipos de tumores humanos, la información aprendida de los estudios de xenoinjertos ortotópicos en ratones utilizando tumores humanos ha llevado a información que se ha traducido en ensayos clínicos exitosos.
Las ventajas del GEM son que: (1) los ratones son inmunocompetentes, de modo que el microambiente tumoral puede reflejarse en la medida de lo posible en un modelo tumoral murino; (2) las anomalías genéticas específicas que están presentes en los tumores humanos pueden reproducirse, de manera inducible, a edades específicas en el tejido-tipo de origen; (3) las etapas de la progresión tumoral pueden estudiarse a lo largo del tiempo; y (4) pueden explorarse varios enfoques terapéuticos en diversas etapas del desarrollo tumoral. Los modelos genéticos también son útiles en los ratones humanizados, donde los genes humanos, como los genes del citocromo P450 o los antígenos tumorales humanos, se expresan en ratones para seguir el metabolismo de los fármacos o las respuestas inmunológicas al tumor (Talmadge et al., 2007). Las desventajas del GEM son, en primer lugar, que la complejidad del tumor humano no puede imitarse de forma fiable y, en segundo lugar, que los tumores de ratón no son tumores humanos y no suelen predecir lo que ocurrirá en el tumor humano con respecto a la respuesta terapéutica. Podemos curar muchos tumores de ratón, pero no hay una correlación directa entre la respuesta en el ratón y la respuesta en la clínica.
En resumen, tanto el xenoinjerto de tumor humano ortotópico como los modelos GEM son útiles para mejorar nuestra comprensión del desarrollo y el tratamiento del cáncer. Cada uno tiene sus puntos fuertes y sus limitaciones, siendo el xenoinjerto tumoral humano ortotópico excelente para predecir la respuesta a los fármacos en los tumores humanos, y el modelo GEM el mejor para examinar el papel de genes específicos en el desarrollo y la progresión del tumor. Sea cual sea el modelo utilizado para predecir la respuesta clínica en los pacientes, es importante conseguir al menos una inhibición del 50% en el crecimiento del tumor para lograr una «respuesta» cualificada a la terapia, y utilizar dosis clínicamente relevantes de agentes terapéuticos y controlar la supervivencia. Además, es importante determinar si el crecimiento del tumor vuelve a producirse cuando se interrumpe el fármaco y, si es así, si el nuevo crecimiento es más rápido cuando se interrumpe el tratamiento en comparación con antes de iniciarlo. Si este es el caso, a pesar de cualquier respuesta al tratamiento farmacológico, el efecto rebote desaconseja el uso de ese régimen de tratamiento farmacológico para los tipos de tumores que presentan un efecto rebote. En conclusión, no disponemos de modelos murinos ideales de tumores humanos, pero debemos aprender a interpretar nuestros datos en el marco de las limitaciones del ensayo utilizado.
