PMC

Dacă se dorește să se știe dacă tumora unui pacient va răspunde la un regim terapeutic specific, trebuie să se examineze răspunsul tumorii umane respective, nu al unei tumori de șoarece, la terapie

Au fost dezvoltate numeroase modele murine pentru a studia cancerul uman. Aceste modele sunt utilizate pentru a investiga factorii implicați în transformarea malignă, invazia și metastazarea, precum și pentru a examina răspunsul la terapie. Unul dintre cele mai utilizate modele este xenogrefa tumorală umană. În acest model, celulele tumorale umane sunt transplantate, fie sub piele, fie în tipul de organ în care și-a avut originea tumora, în șoareci imunocompromiși care nu resping celulele umane. De exemplu, xenogrefa va fi acceptată cu ușurință de șoarecii nude athimici, de șoarecii cu imunodeficiență severă compromisă (SCID) sau de alți șoareci imunocompromiși (Morton și Houghton, 2007). În funcție de numărul de celule injectate sau de dimensiunea tumorii transplantate, tumora se va dezvolta pe parcursul a 1-8 săptămâni (sau, în unele cazuri, 1-4 luni sau mai mult), iar răspunsul la regimurile terapeutice adecvate poate fi studiat in vivo. Un alt tip de model animal pentru studierea cancerului uman este modelul de șoarece modificat genetic (GEM). Profilul genetic al acestor șoareci este modificat astfel încât una sau mai multe gene despre care se crede că sunt implicate în transformare sau malignizare sunt mutate, eliminate sau supraexprimate; ulterior, efectul modificării acestor gene este studiat în timp, iar răspunsurile terapeutice la aceste tumori pot fi urmărite in vivo. Atât șoarecii nude athimici, cât și modelele de xenogrefe de șoarece care utilizează linii de celule tumorale umane au fost utilizate timp de zeci de ani pentru a spori înțelegerea factorilor care afectează creșterea tumorală; cu toate acestea, informațiile recente privind influența cheie a micro-mediului tumoral asupra progresiei și creșterii tumorale au condus la o mai mare încredere în modelele tumorale GEM care utilizează șoareci imunocompetenți, precum și la utilizarea xenogrefele tumorale umane primare în modele de șoareci umanizați. De fapt, modelele de xenogrefe sunt adesea considerate ca fiind inferioare modelelor GEM. În acest articol, sper să arăt că fiecare model are utilitatea sa în diagnosticarea cancerului și în modalitățile terapeutice preclinice.

Au fost sugerate recent mai multe criterii pentru modelele GEM de cancere umane: (1) șoarecii trebuie să fie purtători ai aceleiași mutații care apare în tumorile umane; (2) mutațiile trebuie să fie proiectate în cadrul locusului endogen, și nu exprimate ca transgene; (3) genele mutante trebuie să fie silențioase în timpul embriogenezei și al dezvoltării postnatale timpurii, cu excepția modelelor de tumori pediatrice moștenite; (4) mutațiile trebuie să fie în cadrul țesuturilor țintă specifice în tipuri de celule selectate; și (5) mutațiile trebuie să apară într-un număr limitat de celule. Alte „caracteristici dorite” sunt că tipul de tumoare și anatomopatologia ar trebui să fie cât mai asemănătoare cu cele observate în tumorile umane și că dezvoltarea tumorii ar trebui să treacă prin aceleași etape „preneoplastice” sau prin etape similare (M. Barbacid, Keystone Symposium on Inflamation, Microenvironment and Cancer, 2008, și comunicare personală). Un alt criteriu important, care este dificil de realizat în modelele GEM, este acela că mediul gazdă/tumoral ar trebui să fie reproductibil în model. Mai mult, deși modelele tumorale de șoareci care utilizează GEM sunt extrem de utile pentru evaluarea efectelor unei mutații specifice, ale deleției sau ale amplificării genetice a uneia sau a două gene în timpul progresiei tumorale murine, acestea nu pot, de obicei, să reproducă pe deplin complexitatea genetică a tumorilor umane. De exemplu, la om, melanoamele maligne și alte tipuri de tumori cu grade similare de eterogenitate genetică prezintă un grad extins de aneuploidie, iar câștigul sau pierderea specifică de gene variază enorm de la o celulă la alta în cadrul aceleiași tumori. Astfel, deși există puncte forte semnificative ale acestui model, există slăbiciuni înnăscute care pot afecta profund utilizarea acestor șoareci pentru a prezice răspunsul unui pacient la o terapie.

Dacă se dorește să se știe dacă tumora unui pacient va răspunde la un regim terapeutic specific, trebuie să se examineze răspunsul acelei tumori umane, nu al unei tumori de șoarece, la terapie. Aici poate fi utilă xenogrefa tumorală umană pe șoareci nude athimici, pe șoareci SCID sau pe șoareci umanizați cu diabet zaharat non obez (NOD)/SCID (Fig. 1). Deși unele componente ale sistemului imunitar lipsesc atunci când se aleg modelele de șoareci nude sau SCID, la șoarecii nude athimici, celulele B, celulele dendritice și granulocitele sunt toate relativ intacte, iar la acești șoareci există o creștere compensatorie atât a activității celulelor natural killer (NK), cât și a macrofagelor tumoricide. Mai mult, se poate argumenta că, până în momentul în care aceste leziuni metastatice sunt îndepărtate chirurgical sau biopsiate, tumora a scăpat deja de supravegherea imunitară și de uciderea celulelor de către celulele imunitare. În acest editorial voi discuta avantajele și dezavantajele xenogrefele tumorale umane, în comparație cu modelele GEM, ca metodă de analiză a răspunsurilor potențiale ale tumorilor pacienților la terapie (Fig. 1).

Există mai multe avantaje cheie ale utilizării xenogrefele tumorale umane pentru a examina răspunsurile terapeutice la medicamente: (1) se poate utiliza țesutul tumoral uman real, care prezintă complexitatea anomaliilor genetice și epigenetice care există în populația tumorală umană; (2) xenogrefele tumorale umane pot fi utilizate pentru a ajuta la dezvoltarea abordărilor terapeutice moleculare individualizate; (3) se pot obține rezultate în câteva săptămâni de la o biopsie tumorală umană în ceea ce privește răspunsul la terapie, în timp ce modelele GEM necesită adesea până la un an pentru a se dezvolta înainte de terapia medicamentoasă; (4) mai multe terapii pot fi testate pornind de la o singură biopsie tumorală; (5) se pot obține cu ușurință date de la biopsie umană și de la țesutul de xenogrefă, înainte și după terapia medicamentoasă, pentru o analiză amănunțită înainte ca pacientul să fie supus unei terapii care s-ar putea să nu funcționeze; (6) xenogrefele ortotopice pot fi plasate în mod corespunzător pentru a reproduce mediul organului în care crește tumora, astfel încât efectul tumorii asupra micro-mediului său să poată fi modulat, deși cu excepția anumitor populații de celule T; (7) stroma din micro-mediul tumoral uman poate fi inclusă în xenogrefă pentru a imita mai complet micro-mediul tumoral uman; și (8) xenogrefele care utilizează șoareci NOD/SCID care au fost „umanizați” prin injectarea de sânge periferic sau de celule din măduva osoasă, permit o reconstituire aproape completă a răspunsului imunitar la tumoră. Xenogrefele care utilizează linii celulare umane pentru a testa răspunsurile la medicamente nu se corelează adesea cu activitatea clinică la pacienți (Kerbel, 2003). În schimb, atunci când tumorile primare sunt utilizate ca xenogrefă ortotopică, există o valoare predictivă mai puternică a răspunsului, în special atunci când se utilizează o doză de medicament relevantă din punct de vedere clinic (Johnson et al., 2001; Kerbel, 2003; Scholz et al., 1990). Există trei tipuri diferite de răspuns la terapie care pot fi evaluate: efectul asupra ratei de creștere a tumorii, efectul asupra micșorării/regresiei tumorii și supraviețuirea. S-a raportat că efectul unui medicament asupra ratei de creștere a tumorii sau a citostaziei este adesea mai predictiv pentru un răspuns clinic decât micșorarea/regresia tumorii (Kelland, 2004). În plus, modelele tumorale subcutanate care nu sunt ortotopice și nu reprezintă situsuri adecvate pentru tumorile umane nu sunt predictive atunci când sunt utilizate pentru a testa răspunsurile la medicamentele anticanceroase (Killion et al., 1998). O provocare pe care o prezintă modelele ortotopice, în comparație cu modelele subcutanate, este dificultatea de a urmări creșterea tumorii. Cu toate acestea, dezvoltarea recentă a unor noi tehnici de imagistică prin rezonanță magnetică (IRM) și de micro-imagistică poate minimiza această problemă.

Există alte câteva dezavantaje și provocări ale utilizării modelului de xenogrefă de șoarece pentru monitorizarea și/sau predicția răspunsurilor terapeutice în cancer. Modelele tumorale ortotopice necesită timp, sunt costisitoare și reprezintă o provocare din punct de vedere tehnic. În plus, în cazul în care se utilizează șoareci athimici nude sau SCID, se pierde răspunsul mediat de limfocite la tumoră, adică șoarecii nude pierd anumite răspunsuri la celulele T, iar șoarecii SCID pierd atât răspunsurile la celulele T, cât și la celulele B. Cu toate acestea, aceste deficite imunologice pot fi, în principiu, depășite în mare măsură prin grefarea tumorilor umane pe șoareci NOD/SCID „umanizați”. Acest lucru reduce în mare măsură multe dintre dezavantajele modelelor de xenogrefe tumorale umane ortotopice pentru studierea răspunsului terapeutic. Cu toate acestea, refacerea completă a sistemului imunitar la „șoarecele umanizat” nu este posibilă, deoarece restabilirea elementelor de selecție HLA clasa I și clasa II în populațiile de celule T rămâne o provocare (Bernard et al., 2008). În plus, pentru a realiza aceste experimente, șoarecii nou-născuți trebuie iradiați și apoi grefați cu celule stem hematopoietice CD34+ umane din sângele cordonului ombilical uman. Calendarul de obținere a sângelui din cordonul ombilical, de iradiere a șoarecilor nou-născuți și de verificare a fenotipului umanizat al șoarecilor NOD/SCID după grefare, face ca această procedură să fie destul de greoaie, dar foarte valoroasă.

În ciuda dezavantajelor modelului de xenogrefă pentru prezicerea răspunsului clinic la terapie, există o serie de succese importante. De exemplu, xenogrefele de linii celulare de mielom multiplu în șoareci singeneici răspund la inhibitorul proteazomului, bortezomib/VELCADE®, care s-a dovedit a fi foarte promițător pentru tratamentul mielomului multiplu (LeBlanc și colab., 2002; Moreau și colab., 2008; Oyajobi și Mundy, 2003). Combinația de bortezomib și melfalen a fost demonstrată pentru prima dată ca fiind eficientă pentru tratamentul mielomului multiplu în studiile preclinice pe xenogrefe, iar acest lucru a dus la succesul în studiile clinice, urmat de un nou standard recomandat de îngrijire clinică pentru pacienții cu mielom multiplu cu vârsta de peste 65 de ani (Mateos et al., 2006; Mitsiades et al., 2003). S-a demonstrat că Herceptin sporește activitatea antitumorală a paclitaxelului și a doxorubicinei împotriva xenogrefele de cancer de sân uman care supraexprimă HER2/neu, iar acest lucru a condus la studii clinice ulterioare de succes (Baselga et al., 1998; Sporn și Bilgrami, 1999). Anticorpii neutralizanți care țintesc receptorul 2 al factorului de creștere endotelială vasculară (VEGFR2) în combinație cu paclitaxel s-au dovedit a fi eficienți în inhibarea creșterii tumorale și în inhibarea răspândirii metastatice într-un model xenograft ortotopic (Davis et al., 2004). Aceste lucrări de bază au fost urmate de dezvoltarea bevacizumabului, un anticorp monoclonal umanizat care vizează factorul de creștere endotelială vasculară A (VEGF-A). Bevacizumab a fost eficient în studiile clinice de fază III pentru carcinomul colorectal și renal și a primit aprobarea FDA în 2004 (Hurwitz et al., 2004; Yang et al., 2003). În plus, modelele de xenogrefe de șoarece sunt utile pentru a anticipa toxicitatea terapiilor țintite și, în alte cazuri, pentru a identifica posibilii biomarkeri predictivi ai modulării țintelor. Deși acestea sunt doar câteva exemple de utilizare cu succes a studiilor pe xenogrefe, în mod clar, pentru multe tipuri de tumori umane, informațiile învățate din studiile pe xenogrefe ortopice de șoarece care utilizează tumori umane au condus la informații care au fost transpuse în studii clinice de succes.

Avantajele GEM sunt următoarele: (1) șoarecii sunt imunocompetenți, astfel încât micro-mediul tumoral poate fi oglindit cât mai mult posibil într-un model tumoral murin; (2) anomalii genetice specifice care sunt prezente în tumorile umane pot fi reproduse, într-o manieră inductibilă, la vârste specifice în țesutul-tip de origine; (3) etapele de progresie a tumorii pot fi studiate în timp; și (4) pot fi explorate mai multe abordări terapeutice în diferite stadii de dezvoltare a tumorii. Modelele genetice sunt, de asemenea, utile în cazul șoarecilor umanizați, unde genele umane, cum ar fi genele citocromului P450 sau antigenii tumorali umani, sunt exprimate la șoareci pentru a urmări metabolismul medicamentelor sau răspunsurile imunologice la tumoră (Talmadge et al., 2007). Dezavantajele GEM sunt, în primul rând, faptul că complexitatea tumorii umane nu poate fi imitată în mod fiabil și, în al doilea rând, tumorile de șoarece nu sunt tumori umane și nu prezic adesea ceea ce se va întâmpla în tumora umană în ceea ce privește răspunsul terapeutic. Putem vindeca multe tumori de șoarece, dar nu există o corelație directă între răspunsul la șoarece și răspunsul în clinică.

În concluzie, atât xenogrefele tumorale umane ortotopice, cât și modelele GEM sunt utile pentru a ne îmbunătăți înțelegerea dezvoltării și tratamentului cancerului. Fiecare are punctele sale forte și limitările sale, xenogrefa tumorală umană ortotopică fiind excelentă pentru prezicerea răspunsului la medicamente în tumorile umane, iar modelul GEM este cel mai bun pentru examinarea rolului unor gene specifice în dezvoltarea și progresia tumorilor. Indiferent de modelul utilizat pentru a prezice răspunsul clinic la pacienți, este important să se obțină o inhibiție de cel puțin 50 % a creșterii tumorale pentru a obține un „răspuns” calificat la terapie, precum și să se utilizeze doze de agenți terapeutici relevante din punct de vedere clinic și să se monitorizeze supraviețuirea. În plus, este important să se determine dacă creșterea tumorii revine atunci când medicamentul este întrerupt și, în caz afirmativ, dacă reluarea creșterii este mai rapidă atunci când tratamentul este întrerupt în comparație cu perioada anterioară începerii tratamentului. Dacă acesta este cazul, în ciuda oricărui răspuns la terapia medicamentoasă, efectul de ricoșeu sfătuiește împotriva utilizării acelui regim de tratament medicamentos pentru tipurile de tumori care prezintă un efect de ricoșeu. În concluzie, nu dispunem de modele murine ideale ale tumorilor umane, dar trebuie să învățăm să ne interpretăm datele în cadrul limitărilor testului utilizat.

.