PMC

Ha tudni akarjuk, hogy egy beteg daganata reagál-e egy adott terápiás rendszerre, akkor nem egy egértumor, hanem az adott humán daganat terápiára adott válaszát kell vizsgálnunk

A humán rák tanulmányozására számos egérmodellt fejlesztettek ki. Ezeket a modelleket a rosszindulatú átalakulásban, az invázióban és az áttétképződésben szerepet játszó tényezők vizsgálatára, valamint a terápiára adott válasz vizsgálatára használják. Az egyik legszélesebb körben használt modell a humán tumor xenograft. Ebben a modellben emberi tumorsejteket ültetnek át, vagy a bőr alá, vagy abba a szervtípusba, amelyből a tumor származik, olyan immunhiányos egerekbe, amelyek nem utasítják el az emberi sejteket. A xenograftot például könnyen elfogadják athymikus meztelen egerek, súlyosan károsodott immunhiányos (SCID) egerek vagy más immunhiányos egerek (Morton és Houghton, 2007). A befecskendezett sejtek számától vagy a beültetett tumor méretétől függően a tumor 1-8 hét (vagy egyes esetekben 1-4 hónap vagy hosszabb idő) alatt fejlődik ki, és a megfelelő terápiás rendszerekre adott válasz in vivo tanulmányozható. A humán rák tanulmányozására szolgáló állatmodell egy másik típusa a genetikailag módosított egér (GEM) modell. Ezeknek az egereknek a genetikai profilját úgy változtatják meg, hogy egy vagy több, a transzformációban vagy a malignitásban feltételezhetően szerepet játszó gént mutálnak, törölnek vagy túlexpresszálnak; ezt követően e gének megváltoztatásának hatását idővel tanulmányozzák, és a daganatokra adott terápiás válaszok in vivo követhetők. Mind az athymikus meztelen egereket, mind a humán tumorsejtvonalakat használó egér xenograft modelleket évtizedek óta használják a tumor növekedését befolyásoló tényezők jobb megértésére; a tumor mikrokörnyezetének a tumor progressziójára és növekedésére gyakorolt kulcsfontosságú hatásáról szóló legújabb információk azonban ahhoz vezettek, hogy nagyobb mértékben támaszkodnak az immunkompetens egereket használó GEM tumormodellekre, valamint a primer humán tumor xenograftok humanizált egérmodellekben történő felhasználására. Valójában a xenograft modelleket gyakran rosszabbnak tartják a GEM modelleknél. Ebben a cikkben remélem, hogy megmutatom, hogy mindegyik modellnek megvan a maga haszna a rákdiagnosztikában és a preklinikai terápiás módozatokban.

A közelmúltban több kritériumot is javasoltak a humán rákok GEM modelljeihez: (1) az egereknek ugyanazt a mutációt kell hordozniuk, amely az emberi daganatokban is előfordul; (2) a mutációkat az endogén lókuszon belül kell létrehozni, és nem transzgénként kell kifejezni; (3) a mutált géneknek némának kell lenniük az embriogenezis és a korai posztnatális fejlődés során, kivéve az örökletes gyermekkori daganatok modelljeiben; (4) a mutációknak a specifikus célszövetekben, kiválasztott sejttípusokban kell lenniük; és (5) a mutációknak korlátozott számú sejtben kell előfordulniuk. További “kívánt jellemzők”, hogy a tumortípusnak és az anatómiai patológiának a lehető legjobban hasonlítania kell a humán tumorokban megfigyeltekhez, és a tumor fejlődésének ugyanazokon vagy hasonló “preneoplasztikus” szakaszokon kell keresztülhaladnia (M. Barbacid, Keystone Symposium on Inflamation, Microenvironment and Cancer, 2008, és személyes közlés). Egy másik fontos kritérium, amelyet a GEM modellekben nehéz elérni, hogy a gazdaszervezet/tumor környezetének reprodukálhatónak kell lennie a modellben. Továbbá, bár a GEM-et használó egértumormodellek rendkívül hasznosak egy vagy két gén specifikus mutációjának, deléciójának vagy génamplifikációjának hatásainak értékelésére az egértumor progressziója során, általában nem képesek teljes mértékben reprodukálni a humán tumorok genetikai komplexitását. Emberekben például a rosszindulatú melanomák és más, hasonló mértékű genetikai heterogenitással rendelkező daganattípusok nagyfokú aneuploiditást mutatnak, és a gének specifikus növekedése vagy elvesztése nagymértékben eltér az egyes sejtek között ugyanazon a tumoron belül. Így, bár ennek a modellnek jelentős erősségei vannak, vannak veleszületett gyengeségei is, amelyek alapvetően befolyásolhatják ezeknek az egereknek a felhasználását egy beteg terápiára adott válaszának előrejelzésére.

Ha tudni akarjuk, hogy egy beteg daganata reagálni fog-e egy adott terápiás rendszerre, akkor nem egy egértumor, hanem az adott emberi daganat terápiára adott válaszát kell vizsgálnunk. Ebben segíthet a humán tumor xenograftja athymikus meztelen egereken, SCID egereken vagy nem-obezoid diabéteszes (NOD)/SCID humanizált egereken (1. ábra). Bár az immunrendszer egyes komponensei hiányoznak, ha a nude vagy SCID egérmodelleket választjuk, az athymikus nude egerekben a B-sejtek, a dendritikus sejtek és a granulociták mind viszonylag épek, és ezekben az egerekben mind a természetes ölősejtek (NK) aktivitása, mind a tumorpusztító makrofágok kompenzációs növekedése megfigyelhető. Sőt, azzal lehet érvelni, hogy mire ezeket az áttétes elváltozásokat sebészileg eltávolítják vagy biopsziát vesznek belőlük, a daganat már megmenekült az immunfelügyelet és az immunsejtek által végzett sejtpusztítás elől. Ebben a vezércikkben a humán tumor xenograftok előnyeit és hátrányait fogom tárgyalni a GEM-modellekkel összehasonlítva, mint a betegek daganatai terápiára adott lehetséges válaszainak elemzési módszerét (1. ábra).

A humán tumor xenograftok alkalmazásának számos kulcsfontosságú előnye van a gyógyszerekre adott terápiás válaszok vizsgálatára: (1) tényleges humán tumorszövetet lehet használni, amely a humán tumorpopulációban előforduló genetikai és epigenetikai eltérések komplexitását mutatja be; (2) a humán tumor xenotranszplantátumok felhasználhatók az egyénre szabott molekuláris terápiás megközelítések kifejlesztésének segítésére; (3) a humán tumorbiopsziából néhány héten belül eredményeket lehet kapni a terápiára adott válaszról, míg a GEM modelleknek gyakran akár egy év is szükséges a gyógyszeres terápia előtti fejlődéshez; (4) egyetlen tumorbiopsziából többféle terápia is tesztelhető; (5) a szöveti és genetikai mikrotérképről származó adatok könnyen beszerezhetők a humán biopsziából és a xenograft szövetből, a gyógyszeres terápia előtt és után, átfogó elemzés céljából, mielőtt a beteget olyan terápiának vetik alá, amely esetleg nem használ; (6) az ortotópos xenotranszplantátumokat megfelelően lehet elhelyezni, hogy reprodukálják azt a szervi környezetet, amelyben a tumor növekszik, így a tumor mikrokörnyezetre gyakorolt hatása modulálható, bár bizonyos T-sejtpopulációk kivételével; (7) a humán tumor mikrokörnyezetéből származó stroma beilleszthető a xenograftba, hogy teljesebben utánozzák a humán tumor mikrokörnyezetét; és (8) a perifériás vér vagy csontvelő sejtek befecskendezésével “humanizált” NOD/SCID egereket használó xenograftok lehetővé teszik a tumorra adott immunválasz szinte teljes rekonstrukcióját. A gyógyszerválaszok tesztelésére emberi sejtvonalakat használó xenotranszplantációk gyakran nem korrelálnak a betegek klinikai aktivitásával (Kerbel, 2003). Ezzel szemben, amikor primer tumorokat használnak ortotópos xenograftként, erősebb a prediktív válaszérték, különösen, ha klinikailag releváns gyógyszerdózist alkalmaznak (Johnson és mtsai., 2001; Kerbel, 2003; Scholz és mtsai., 1990). A terápiára adott válasznak három különböző típusa értékelhető: a tumor növekedési ütemére gyakorolt hatás, a tumor zsugorodására/regressziójára gyakorolt hatás és a túlélés. Egy gyógyszer hatása a tumor növekedési ütemére vagy a citosztázisra a jelentések szerint gyakran jobban előrejelzi a klinikai választ, mint a tumor zsugorodása/regressziója (Kelland, 2004). Ezenkívül a szubkután tumormodellek, amelyek nem ortotópiásak és nem képviselik a humán tumorok megfelelő helyét, nem előrejelzőek, amikor a rákellenes gyógyszerekre adott válaszok vizsgálatára használják őket (Killion és mtsai., 1998). Az ortotópiás modellekkel szemben a szubkután modellekkel szemben kihívást jelent a tumor növekedésének követése. Az új mágneses rezonancia képalkotó (MRI) és mikro-képalkotó technikák közelmúltbeli fejlődése azonban minimalizálhatja ezt a problémát.

Az egér xenograft modell alkalmazásának számos más hátránya és kihívása is van a rákos daganatok terápiás válaszainak nyomon követésére és/vagy előrejelzésére. Az orthotópos tumormodellek időigényesek, drágák és technikailag kihívást jelentenek. Ezenkívül, ha athymikus nude vagy SCID egereket használnak, a tumorra adott limfocita-mediált válasz elveszik, azaz a nude egerek elveszítenek bizonyos T-sejtes válaszokat, a SCID egerek pedig mind a T-, mind a B-sejtes válaszokat. Ezek az immunológiai hiányosságok azonban elvileg nagyrészt kiküszöbölhetők humán tumorok “humanizált” NOD/SCID egerekre történő átültetésével. Ez nagymértékben csökkenti az ortotópos humán tumor xenograft modellek számos hátrányát a terápiás válasz tanulmányozására. Az immunrendszer teljes helyreállítása a “humanizált egérben” azonban nem lehetséges, mivel a HLA I. és II. osztályú szelektáló elemek helyreállítása a T-sejt-populációkban továbbra is kihívást jelent (Bernard és mtsai., 2008). Ráadásul e kísérletek elvégzéséhez az újszülött egereket be kell sugározni, majd emberi köldökzsinórvérből származó emberi CD34+ vérképző őssejtekkel kell beültetni. A köldökzsinórvér beszerzésének, az újszülött egerek besugárzásának és a beültetés után a NOD/SCID egerek humanizált fenotípusának ellenőrzésének időzítése meglehetősen nehézkessé, de rendkívül értékessé teszi ezt az eljárást.

A xenograft modellnek a terápiára adott klinikai válasz előrejelzésére vonatkozó hátrányai ellenére számos fontos sikere van. Például a myeloma multiplex sejtvonalak xenograftjai szingén egerekben reagálnak a proteaszóma-inhibitorra, a bortezomib/VELCADE®-re, amely jelentős ígéretet mutatott a myeloma multiplex kezelésében (LeBlanc és mtsai., 2002; Moreau és mtsai., 2008; Oyajobi és Mundy, 2003). A bortezomib és a melfalen kombinációját először preklinikai xenograft-kísérletekben bizonyították hatásosnak a myeloma multiplex kezelésében, és ez vezetett a klinikai vizsgálatokban elért sikerhez, majd a 65 év feletti myeloma multiplexes betegek számára ajánlott új klinikai kezelési standardhoz (Mateos és mtsi., 2006; Mitsiades és mtsi., 2003). Kimutatták, hogy a Herceptin fokozza a paclitaxel és a doxorubicin tumorellenes hatását HER2/neu-overexpresszáló humán emlőrák xenotranszplantátumokkal szemben, és ez az ezt követő sikeres klinikai vizsgálatokhoz vezetett (Baselga és mtsi., 1998; Sporn és Bilgrami, 1999). A vaszkuláris endoteliális növekedési faktor 2 receptorát (VEGFR2) célzó semlegesítő antitestek paclitaxellel kombinálva hatásosnak bizonyultak a tumor növekedésének gátlásában és az áttétes terjedés gátlásában egy ortotópos xenograft modellben (Davis és mtsi., 2004). Ezt az alapmunkát követte a bevacizumab, egy humanizált monoklonális antitest kifejlesztése, amely a vaszkuláris endotél növekedési faktor A (VEGF-A) ellen irányul. A bevacizumab a III. fázisú klinikai vizsgálatokban kolorektális és vesekarcinómában hatásosnak bizonyult, és 2004-ben megkapta az FDA engedélyét (Hurwitz és mtsi., 2004; Yang és mtsi., 2003). Ezenkívül az egér xenograft modellek hasznosak a célzott terápiák toxicitásának előrejelzésére, és más esetekben a célpont-módosítás lehetséges prediktív biomarkereinek azonosítására. Bár ez csak néhány példa a xenograft vizsgálatok sikeres felhasználására, nyilvánvaló, hogy számos humán daganattípus esetében az emberi daganatokon végzett egér ortotópos xenograft vizsgálatokból nyert információk olyan információkhoz vezettek, amelyeket sikeres klinikai vizsgálatokba ültettek át.

A GEM előnyei a következők: (1) az egerek immunkompetensek, így a tumor mikrokörnyezete a lehető legjobban tükrözhető egy egértumor modellben; (2) a humán tumorokban előforduló specifikus genetikai rendellenességek indukálható módon reprodukálhatók a származási szöveti típusban meghatározott életkorban; (3) a tumor progressziójának szakaszai idővel tanulmányozhatók; és (4) számos terápiás megközelítés vizsgálható a tumor fejlődésének különböző szakaszaiban. A genetikai modellek hasznosak a humanizált egerekben is, ahol emberi géneket, például a citokróm P450 géneket vagy emberi tumorantigéneket fejeznek ki egerekben, hogy nyomon követhessék a gyógyszer-metabolizmust vagy a tumorra adott immunológiai válaszokat (Talmadge és mtsai., 2007). A GEM hátrányai egyrészt az, hogy az emberi tumor komplexitása nem utánozható megbízhatóan, másrészt az egértumorok nem emberi tumorok, és gyakran nem jósolják meg, hogy mi fog történni az emberi tumorban a terápiás válasz tekintetében. Sok egértumort meg tudunk gyógyítani, de nincs közvetlen összefüggés az egérben adott válasz és a klinikai válasz között.

Összefoglalva, mind az ortotópos humán tumor xenograft, mind a GEM modellek hasznosak a rák kialakulásának és kezelésének jobb megértéséhez. Mindegyiknek megvannak az erősségei és korlátai, az ortotópos humán tumor xenograft kiválóan alkalmas a humán tumorok gyógyszerre adott válaszának előrejelzésére, a GEM modell pedig a legjobb az egyes gének szerepének vizsgálatára a tumor kialakulásában és progressziójában. Bármelyik modellt is használják a betegek klinikai válaszának előrejelzésére, fontos, hogy legalább 50%-os gátlást érjünk el a tumor növekedésében, hogy minősített “választ” kapjunk a terápiára, és hogy klinikailag releváns dózisú terápiás szereket alkalmazzunk, és figyelemmel kísérjük a túlélést. Ezenkívül fontos annak meghatározása, hogy a gyógyszer abbahagyása után visszatér-e a tumor növekedése, és ha igen, akkor a kezelés szüneteltetésekor gyorsabb-e az újbóli növekedés, mint a kezelés megkezdése előtt. Ha ez a helyzet áll fenn, a gyógyszeres kezelésre adott bármilyen válasz ellenére a rebound-hatás az adott gyógyszeres kezelési rendszer alkalmazásától tanácsolja a rebound-hatást mutató daganattípusok esetében. Összefoglalva, nem rendelkezünk ideális egérmodellekkel a humán tumorok számára, de meg kell tanulnunk az adatainkat az alkalmazott vizsgálat korlátain belül értelmezni.