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Se se quiser saber se o tumor de um paciente irá responder a um regime terapêutico específico, deve-se examinar a resposta desse tumor humano, não um tumor de rato, à terapia

Numeros modelos de murino foram desenvolvidos para estudar o cancro humano. Estes modelos são utilizados para investigar os fatores envolvidos na transformação maligna, invasão e metástase, assim como para examinar a resposta à terapia. Um dos modelos mais utilizados é o xenograft tumoral humano. Neste modelo, células tumorais humanas são transplantadas, seja sob a pele ou no tipo de órgão de origem do tumor, em ratos imunocomprometidos que não rejeitam células humanas. Por exemplo, o xenoenxerto será prontamente aceito por camundongos nus atípicos, camundongos imunodeficientes gravemente comprometidos (SCID) ou outros camundongos imunocomprometidos (Morton e Houghton, 2007). Dependendo do número de células injetadas, ou do tamanho do tumor transplantado, o tumor se desenvolverá durante 1-8 semanas (ou em alguns casos 1-4 meses, ou mais), e a resposta a regimes terapêuticos apropriados pode ser estudada in vivo. Outro tipo de modelo animal para estudar o câncer humano é o modelo de camundongo geneticamente modificado (GEM). O perfil genético destes ratos é alterado de tal forma que um ou vários genes que se pensa estarem envolvidos na transformação ou malignidade são mutados, apagados ou sobreexpressos; subsequentemente, o efeito da alteração destes genes é estudado ao longo do tempo e as respostas terapêuticas a estes tumores podem ser seguidas in vivo. Tanto os modelos de camundongos nus atípicos quanto os modelos de xenoenxertos de camundongos que usam linhas de células tumorais humanas têm sido usados há décadas para aumentar nossa compreensão dos fatores que afetam o crescimento tumoral; entretanto, informações recentes sobre a influência chave do microambiente tumoral na progressão e crescimento tumoral tem levado a uma maior dependência de modelos tumorais GEM usando camundongos imunocompetentes, assim como o uso de xenoenxertos tumorais humanos primários em modelos humanizados de camundongos. Na verdade, os modelos de xenoenxertos são frequentemente considerados inferiores aos modelos GEM. Neste artigo, espero mostrar que cada modelo tem seu uso no diagnóstico do câncer e em modalidades terapêuticas pré-clínicas.

Critérios universais têm sido sugeridos recentemente para modelos de cânceres humanos GEM: (1) ratos devem carregar a mesma mutação que ocorre em tumores humanos; (2) mutações devem ser projetadas dentro do locus endógeno, e não expressas como um transgene; (3) genes mutantes devem ser silenciosos durante a embriogênese e desenvolvimento pós-natal precoce, exceto em modelos de tumores pediátricos hereditários; (4) mutações devem estar dentro dos tecidos-alvo específicos em tipos celulares selecionados; e (5) mutações devem ocorrer em um número limitado de células. Outras “características desejadas” são que o tipo de tumor e a anatomopatologia devem ser o mais semelhante possível ao observado em tumores humanos, e que o desenvolvimento tumoral deve prosseguir através dos mesmos estágios, ou similares, ‘pré-neoplásicos’ (M. Barbacid, Keystone Symposium on Inflamation, Microenvironment and Cancer, 2008, e comunicação pessoal). Outro critério importante, que é difícil de alcançar nos modelos GEM, é que o ambiente hospedeiro/tumor deve ser reproduzível no modelo. Além disso, embora os modelos tumorais de camundongos usando GEM sejam altamente úteis para avaliar os efeitos da mutação específica, deleção ou amplificação gênica de um ou dois genes durante a progressão do tumor murino, eles geralmente não podem reproduzir completamente a complexidade genética dos tumores humanos. Por exemplo, em humanos, melanomas malignos e outros tipos de tumores com graus similares de heterogeneidade genética apresentam um grau extenso de aneuploidia, e o ganho ou perda específica dos genes varia enormemente de uma célula para outra dentro do mesmo tumor. Assim, embora existam pontos fortes significativos neste modelo, existem fraquezas inatas que podem afetar profundamente o uso destes ratos para prever a resposta de um paciente a uma terapia.

Se se quiser saber se o tumor de um paciente responderá a um regime terapêutico específico, deve-se examinar a resposta daquele tumor humano, e não de um tumor de rato, à terapia. Aqui é onde o xenoenxerto do tumor humano em camundongos nus atípicos, camundongos SCID, ou camundongos nãoobesos diabéticos (NOD)/SCID humanizados podem ser úteis (Fig. 1). Embora alguns componentes do sistema imunológico estejam faltando quando se escolhe modelos de camundongos nus ou SCID, em camundongos nus atípicos, as células B, células dendríticas e granulócitos estão todos relativamente intactos, e há um aumento compensatório tanto na atividade das células assassinas naturais (NK)-células quanto nos macrófagos tumoricidas nesses camundongos. Além disso, pode-se argumentar que, no momento em que estas lesões metastáticas são removidas cirurgicamente ou biopsiadas, o tumor já escapou da vigilância imunológica e da morte celular pelas células imunes. Neste editorial vou discutir as vantagens e desvantagens do xenoenxerto tumoral humano, em comparação com os modelos GEM, como um método de análise das potenciais respostas dos tumores dos pacientes à terapia (Fig. 1).

Existem várias vantagens chave no uso de xenoenxertos tumorais humanos para examinar as respostas terapêuticas às drogas: (1) pode-se usar o tecido tumoral humano real, apresentando a complexidade das anormalidades genéticas e epigenéticas que existem na população tumoral humana; (2) o xenoenxerto tumoral humano pode ser usado para auxiliar no desenvolvimento de abordagens terapêuticas moleculares individualizadas; (3) os resultados podem ser obtidos em questão de poucas semanas a partir de uma biópsia tumoral humana em relação à resposta à terapia, enquanto que os modelos GEM muitas vezes requerem até um ano para se desenvolverem antes da terapia medicamentosa; (4) múltiplas terapias podem ser testadas a partir de uma única biópsia tumoral; (5) dados de microarrays de tecidos e microarrays genéticos podem ser prontamente obtidos a partir da biópsia humana e do tecido do xenoenxerto, antes e depois da terapia medicamentosa, para análise extensiva antes de o paciente ser submetido a uma terapia que pode não funcionar; (6) os xenoenxertos ortotópicos podem ser colocados adequadamente para reproduzir o ambiente do órgão no qual o tumor cresce, de modo que o efeito do tumor sobre o seu microambiente possa ser modulado, embora com exceção de certas populações de células T; (7) o estroma do microambiente do tumor humano pode ser incluído no xenoenxerto para imitar mais completamente o microambiente do tumor humano; e (8) o xenoenxerto usando camundongos NOD/SCID que foram “humanizados” por injeção de sangue periférico ou células da medula óssea, permite uma reconstituição quase completa da resposta imunológica ao tumor. Os xenoenografts que utilizam linhas de células humanas para testar as respostas medicamentosas não se correlacionam frequentemente com a atividade clínica em pacientes (Kerbel, 2003). Em contraste, quando os tumores primários são usados como um xenoenxerto ortotópico, há um valor de resposta preditiva mais forte, especialmente quando é usada uma dosagem de fármacos clinicamente relevante (Johnson et al., 2001; Kerbel, 2003; Scholz et al., 1990). Há três tipos diferentes de resposta à terapia que podem ser avaliados: efeito sobre a taxa de crescimento do tumor, efeito sobre a retração/regressão tumoral e sobrevida. O efeito de uma droga sobre a taxa de crescimento do tumor ou citoestase tem sido relatado como sendo frequentemente mais preditivo de uma resposta clínica do que a retração/regressão do tumor (Kelland, 2004). Além disso, modelos tumorais subcutâneos que não são ortotópicos e não representam locais apropriados para tumores humanos não são preditivos quando usados para testar respostas a drogas anticancerígenas (Killion et al., 1998). Um desafio apresentado pelos modelos ortotópicos, em comparação com os modelos subcutâneos, é a dificuldade de acompanhar o crescimento tumoral. Entretanto, o recente desenvolvimento de novas técnicas de ressonância magnética (RM) e microimagem pode minimizar este problema.

Existem várias outras desvantagens e desafios do uso do modelo de xenoenxerto de camundongo para monitorar e/ou prever respostas terapêuticas no câncer. Os modelos de tumores ortotópicos são demorados, caros e tecnicamente desafiadores. Além disso, se forem usados ratos nus atípicos ou ratos SCID, a resposta mediada por linfócitos ao tumor é perdida, ou seja, os ratos nus perdem certas respostas das células T e os ratos SCID perdem ambas as suas respostas das células T e B. Contudo, estes déficits imunológicos podem, em princípio, ser largamente superados através do enxerto de tumores humanos em camundongos NOD/SCID ‘humanizados’. Isto reduz muito os inconvenientes dos modelos ortotópicos de xenoenxertos tumorais humanos para o estudo da resposta terapêutica. No entanto, a restauração completa do sistema imunológico no “rato humanizado” não é possível, uma vez que a restauração de elementos de selecção HLA classe I e classe II nas populações de células T continua a ser um desafio (Bernard et al., 2008). Além disso, para realizar estas experiências os ratos recém-nascidos devem ser irradiados e depois enxertados com células estaminais hematopoiéticas CD34+ humanas a partir do sangue do cordão umbilical humano. O tempo de obtenção do sangue do cordão umbilical, irradiando ratos recém-nascidos e verificando o fenótipo humanizado dos ratos NOD/SCID após o enxerto, torna este procedimento bastante complicado, mas altamente valioso.

Apesar das desvantagens do modelo de xenoenxerto para prever a resposta clínica à terapia, há uma série de sucessos importantes. Por exemplo, os xenoenxertos das linhas celulares do mieloma múltiplo em ratos sinergénicos respondem ao inibidor do proteasoma, bortezomib/VELCADE®, que mostrou uma promessa significativa para o tratamento do mieloma múltiplo (LeBlanc et al., 2002; Moreau et al., 2008; Oyajobi e Mundy, 2003). A combinação de bortezomib e melphalen foi demonstrada pela primeira vez como eficaz no tratamento do mieloma múltiplo em ensaios pré-clínicos de xenoenxerto, o que levou ao sucesso em ensaios clínicos seguidos de um novo padrão recomendado de cuidados clínicos para doentes com mieloma múltiplo com mais de 65 anos de idade (Mateos et al., 2006; Mitsiades et al., 2003). Foi demonstrado que a herceptina aumenta a actividade antitumoral do paclitaxel e da doxorubicina contra o HER2/neu-sobre-expressor do xenoenxerto humano do cancro da mama, o que levou ao sucesso dos ensaios clínicos subsequentes (Baselga et al., 1998; Sporn e Bilgrami, 1999). Os anticorpos neutralizantes que visam o receptor 2 do fator de crescimento endotelial vascular (VEGFR2) em combinação com o paclitaxel mostraram ser eficazes na inibição do crescimento tumoral e na inibição da propagação metastática em um modelo de xenoenxerto ortotópico (Davis et al., 2004). Este trabalho de base foi seguido pelo desenvolvimento do bevacizumab, um anticorpo monoclonal humanizado que visa o fator de crescimento endotelial vascular A (VEGF-A). O bevacizumab foi eficaz em ensaios clínicos de Fase III para carcinoma colorretal e renal e recebeu aprovação da FDA em 2004 (Hurwitz et al., 2004; Yang et al., 2003). Além disso, os modelos de xenoenxerto de camundongo são úteis para antecipar a toxicidade das terapias direcionadas e, em outros casos, para identificar possíveis biomarcadores preditivos da modulação alvo. Embora estes sejam apenas alguns exemplos do uso bem sucedido dos estudos de xenoenxerto, claramente, para muitos tipos de tumores humanos, as informações aprendidas com os estudos de xenoenxerto ortotópico em camundongos usando tumores humanos tem levado a informações que têm sido traduzidas em estudos clínicos bem sucedidos.

As vantagens do GEM são que: (1) os ratos são imunocompetentes, de forma que o microambiente do tumor pode ser espelhado o máximo possível em um modelo de tumor murino; (2) anormalidades genéticas específicas que estão presentes em tumores humanos podem ser reproduzidas, de forma induzível, em idades específicas no tipo de origem do tecido; (3) os estágios de progressão tumoral podem ser estudados ao longo do tempo; e (4) várias abordagens terapêuticas podem ser exploradas em vários estágios de desenvolvimento tumoral. Modelos genéticos também são úteis em camundongos humanizados, onde genes humanos, como os genes do citocromo P450 ou antígenos tumorais humanos, são expressos em camundongos para acompanhar o metabolismo de drogas ou respostas imunológicas ao tumor (Talmadge et al., 2007). As desvantagens do GEM são, em primeiro lugar, que a complexidade do tumor humano não pode ser imitada de forma confiável e, em segundo lugar, os tumores de camundongos não são tumores humanos e não costumam prever o que acontecerá no tumor humano no que diz respeito à resposta terapêutica. Podemos curar muitos tumores de camundongos, mas não há uma correlação direta entre resposta no camundongo e resposta na clínica.

Em resumo, tanto o xenoenxerto tumoral humano ortotópico quanto os modelos GEM são úteis para melhorar nossa compreensão do desenvolvimento e tratamento do câncer. Cada um tem suas forças e limitações, sendo o xenoenxerto tumoral humano ortotópico excelente para prever a resposta de drogas em tumores humanos, sendo o modelo GEM o melhor para examinar o papel de genes específicos no desenvolvimento e progressão tumoral. Qualquer que seja o modelo utilizado para prever a resposta clínica em pacientes, é importante obter pelo menos 50% de inibição no crescimento tumoral para alcançar uma “resposta” qualificada à terapia, e utilizar dosagens clinicamente relevantes de agentes terapêuticos e monitorar a sobrevida. Além disso, é importante determinar se o crescimento tumoral volta quando o medicamento é interrompido e, em caso afirmativo, se o crescimento é mais rápido quando o tratamento é interrompido, em comparação com antes do início do tratamento. Se este for o caso, apesar de qualquer resposta à terapia medicamentosa, o efeito rebote aconselha contra o uso desse regime de tratamento medicamentoso para tipos tumorais que apresentem um efeito rebote. Em conclusão, não temos modelos murinos ideais de tumores humanos, mas devemos aprender a interpretar nossos dados dentro das limitações do ensaio utilizado.