Carcinoma de células escamosas del esófago (CCE) y su tratamiento

El cáncer es una enfermedad potencialmente mortal que causa unos 8 millones de muertes anuales en todo el mundo. El cáncer de esófago ocupa el sexto lugar en la lista de las causas más comunes de muertes relacionadas con el cáncer, contribuyendo aproximadamente a medio millón de muertes cada año (GLOBOCAN 2012). Entre los diferentes subtipos de cáncer de esófago, el CCE es el tipo histológico predominante y tiene una alta prevalencia en las zonas menos desarrolladas, especialmente en ciertas regiones de Asia y África. Se ofrece un tratamiento multimodal a los pacientes con CCE. Los pacientes en estadios tempranos con tumores resecables son tratados con resección tumoral por adelantado, mientras que los pacientes avanzados, por el contrario, son tratados primero con quimioterapia/quimiorradiación para reducir el estadio del tumor antes de la resección quirúrgica. Aunque este tratamiento neoadyuvante previo a la cirugía puede lograr una respuesta excelente en subgrupos de pacientes sensibles a la quimioterapia/quimiorradiación, alrededor de un tercio de los pacientes siguen presentando sólo una respuesta parcial y subóptima. Incluso en el caso de las pacientes que responden a la quimioterapia/quimiorradiación, algunas de ellas pueden desarrollar resistencia en el curso posterior del periodo de tratamiento. Para aquellos pacientes cuyos tumores son irresecables, y cuando el tumor es refractario a la quimioterapia o a la radioterapia, no existe ningún tratamiento eficaz. Para ofrecer más opciones de tratamiento a los pacientes no modificables por las terapias actuales, se proponen nuevos enfoques terapéuticos que se evalúan en ensayos clínicos en curso para comprobar su eficacia antitumoral. Incluso con todas estas modalidades de tratamiento en evolución y de reciente aparición, la curación completa de la enfermedad sigue siendo difícil. En vista de ello, se necesitan urgentemente nuevos tratamientos.

El uso de modelos animales de xenoinjertos tumorales para la investigación preclínica

El objetivo principal del desarrollo de modelos animales de xenoinjertos tumorales para la investigación es tender un puente entre la investigación básica y la clínica y complementar el uso de sistemas de modelos in vitro . Los modelos animales de xenoinjertos tumorales proporcionan una plataforma más sofisticada para estudiar el proceso de tumorigénesis en un entorno in vivo. Esta plataforma nos permite comprender mejor la implicación de ciertos oncogenes o supresores tumorales en el desarrollo de los tumores, descubriendo sus vías de señalización y los mecanismos de la enfermedad. Además, el uso de estos modelos puede proporcionarnos una herramienta de investigación para la evaluación preclínica de la respuesta a los fármacos mediante la determinación de la eficacia antitumoral, además de la toxicidad del fármaco, la farmacocinética y la farmacodinámica. Aparte de la evaluación de la respuesta a los fármacos, estos modelos también pueden facilitar la investigación de imágenes biomédicas al proporcionar un sistema modelo para probar la utilidad y la practicidad de los nuevos métodos o reactivos de detección de tumores.

Los ratones son los animales más utilizados para los modelos de xenoinjertos de tumores debido a varias características ventajosas clave, como la presencia de un tamaño del genoma comparable al de los seres humanos, un ciclo reproductivo corto, un tamaño de camada grande, un bajo coste de mantenimiento y la facilidad de manipulación. En la investigación del cáncer se utilizan diferentes cepas de ratones con antecedentes de inmunodeficiencia únicos, entre los que se encuentran los ratones atímicos desnudos, los ratones SCID y los ratones NOD/SCID (ratones SCID con un nivel adicional de inmunodeficiencia). Entre estas cepas, los ratones NOD/SCID demuestran la mejor inmunodeficiencia debido a la ausencia o defecto en casi todos los tipos de células inmunitarias (células B, células T, células dendríticas, macrófagos y células asesinas naturales), seguidos por los ratones SCID que carecen de células B y células T y, por último, los ratones desnudos atímicos sin células T . Debido a sus distintos niveles de inmunodeficiencia, se considera la posibilidad de utilizar diferentes cepas para distintos fines de investigación. Teniendo en cuenta el coste y las características de las diferentes cepas, los ratones nude atímicos y SCID se utilizan preferentemente para implantar líneas celulares tumorales humanas, mientras que los ratones SCID y NOD/SCID se utilizan más bien para el trasplante de tumores humanos.

Modelos animales de xenoinjerto tumoral comúnmente utilizados para la investigación de CCE

Tres tipos de modelos animales de xenoinjerto tumoral para la investigación de CCE se desarrollan implantando células/xenoinjertos de CCE o tumores de pacientes en animales inmunodeficientes, a saber, modelo de xenoinjerto tumoral subcutáneo, ortotópico y derivado de paciente (Fig. 1). Cada uno de ellos tiene sus propios puntos fuertes y débiles en cuanto a las características del modelo (Tabla 1), los métodos de establecimiento (Tabla 2) y las utilidades preclínicas (Tabla 3), que los sitúan en una posición única para la investigación en la fase inicial, en la fase media o en la fase avanzada .

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Modelo de xenoinjerto tumoral subcutáneo

El modelo de xenoinjerto tumoral subcutáneo es un modelo animal clásico para la investigación del CCEE. Este modelo se establece implantando células/xenoinjertos de CCE bajo la piel de los animales inmunodeficientes para desarrollar tumores subcutáneos. El procedimiento para establecer un tumor subcutáneo es técnicamente sencillo, ya que sólo implica la inyección con aguja de células de CCE o la implantación directa de xenoinjertos de CCE bajo la piel de los animales. El crecimiento de los tumores subcutáneos puede realizarse de forma no invasiva utilizando un calibrador electrónico para medir los tumores palpables. Estos procedimientos técnicos de establecimiento y seguimiento del tumor pueden mantener la reproducibilidad y la eficacia (tanto en tiempo como en coste) de este modelo. A pesar de estas ventajas, este modelo sufre ciertas limitaciones, ya que no representa totalmente la situación clínica. Por ejemplo, este modelo asocia una heterogeneidad tumoral reducida, ya que en la mayoría de los escenarios se utilizan líneas celulares de CCE homogéneas como material de partida. Además, los tumores subcutáneos no crecen en su microambiente tumoral nativo y esto hace que no sean adecuados para el estudio de las interacciones tumor-estómago. Con estos puntos fuertes y débiles, este modelo se utiliza principalmente en las primeras etapas de la investigación para estudiar la biología y el mecanismo de la tumorigénesis del CCE.

Los informes acumulados han revelado lo ventajoso de aplicar el modelo de xenoinjerto tumoral subcutáneo para la investigación en las primeras etapas, utilizándolo para estudiar las propiedades tumorales de las moléculas relacionadas con el CCE y sus mecanismos de enfermedad asociados. La sobreexpresión del microARN-340, un microARN desregulado en los tumores de CCE, en las células de CCE EC9706 inhibió las propiedades de crecimiento de estas células en un modelo de xenoinjerto tumoral subcutáneo. El efecto de este microARN en el CCEE estaba mediado en parte por su efecto sobre una proteína transferasa PSAT1, que fue identificada en el mismo estudio como una diana directa del microARN-340. Otro estudio demostró un crecimiento más rápido de los tumores subcutáneos derivados de células de CCE KYSE-30 con sobreexpresión de una metaloproteinasa de matriz MMP1 en comparación con las células de control. Además, estas células de CCE con sobreexpresión de MMP1 también presentaban un potencial metastásico. La capacidad de la MMP1 para promover la progresión tumoral y la metástasis se reveló concordantemente como debida a su efecto estimulante sobre una vía tumorigénica que implica a PI3K y AKT . En otro informe también se utilizó un modelo de xenoinjerto tumoral subcutáneo para revelar que la proteína celular de unión al ácido retinoico 2 (CRABP2) es un supresor tumoral al mostrar una tasa de crecimiento más lenta de los tumores subcutáneos derivados de las células EC109 ESCC que sobreexpresan CRABP2 en comparación con el grupo experimental de control. Estos estudios significan colectivamente la utilidad de este modelo en el estudio de las moléculas relacionadas con el CCE y sus mecanismos relacionados en el CCE.

Además del uso del modelo de xenoinjerto tumoral subcutáneo para el estudio de la biología tumoral, se ha intentado utilizar este modelo para investigar la eficacia antitumoral de nuevos métodos de tratamiento o compuestos/fármacos para tratar el CCE. Los ratones portadores de tumores subcutáneos fueron sometidos a un tratamiento para inducir la expresión de un marcador pronóstico del CCEE, el microARN-375, y al final del experimento se obtuvo un menor tamaño del tumor en comparación con el experimento de control. Además del uso rutinario para examinar nuevos métodos de tratamiento, este modelo también se aplicó para investigar la eficacia antitumoral de nuevos compuestos/fármacos para contrarrestar el CCEE, como el temsirolimus utilizado actualmente para los pacientes con carcinoma de células renales. Además de su utilidad en las pruebas de antitumorigeneidad, este modelo puede aplicarse para examinar los efectos quimiosensibilizadores de los compuestos de prueba. El tratamiento de animales portadores de tumores subcutáneos con Ginsenoside Rg3, un ingrediente extraído del ginseng, proporcionó pruebas que demostraron los efectos de sensibilización de este compuesto a dos fármacos quimioterapéuticos, el paclitaxel y el cisplatino, comúnmente utilizados para los pacientes de CCE. Más recientemente, se demostró que un nuevo portador de oxígeno, el YQ23, ejerce efectos quimiosensibilizadores de forma selectiva en xenoinjertos subcutáneos de CCE SLMT-1 quimiorresistentes, pero no en xenoinjertos de CCE HKESC-2 quimiosensibles, en planes de tratamiento con cisplatino o 5-fluorouracilo, que también son fármacos quimioterapéuticos tradicionales utilizados en pacientes de CCE. Los estudios anteriores que examinan las eficacias antitumorales de los compuestos/fármacos de prueba solos o en combinación con fármacos quimioterapéuticos comunes utilizados para el CCEE han puesto de manifiesto la utilidad preclínica del modelo de xenoinjerto tumoral subcutáneo para el ensayo de compuestos/fármacos.

En conjunto, los modelos de xenoinjertos tumorales subcutáneos, en particular los bien caracterizados por su sensibilidad a los quimioterapéuticos utilizados actualmente para el CCE, son valiosas herramientas de investigación para estudiar la biología del tumor y los mecanismos de la enfermedad del CCE en un entorno in vivo y para realizar estudios preclínicos de eficacia antitumoral (Tabla 3).

Modelo de xenoinjerto tumoral ortotópico

El modelo de xenoinjerto tumoral ortotópico es un modelo alternativo de cáncer animal utilizado para la investigación del CCE. Este modelo se establece implantando células/xenoinjertos de CCE en el esófago de los animales inmunodeficientes para desarrollar tumores ortotópicos. El procedimiento para establecer tumores ortotópicos es más exigente desde el punto de vista técnico que el necesario para establecer tumores subcutáneos, ya que requiere cirugía en animales pequeños y/o anestesia. Se emplean dos enfoques principales para implantar células/xenoinjertos de ESCC en el esófago de los animales, que difieren en el lugar de implantación del tumor. Un método implanta células/xenoinjertos de CCE en la región superior del esófago , mientras que el otro implanta células/xenoinjertos de CCE en el extremo inferior del esófago en la región abdominal cerca de la unión gastroesofágica . Recientemente, también hemos informado de la comparación de la supervivencia entre los animales con tumor ortotópico desarrollado en la región superior del esófago y la región inferior, y encontramos que aquellos con tumor en la región abdominal tienen una mejor supervivencia . Aunque el establecimiento de tumores ortotópicos requiere más tiempo y trabajo, este modelo puede permitir el estudio del crecimiento del tumor en un microambiente tumoral correcto, como en la situación clínica, y permite el estudio de las interacciones tumor-estómago . Sin embargo, también adolece de la misma limitación que el modelo subcutáneo al utilizar líneas celulares de CCE como material de partida para el establecimiento del tumor. Otra desventaja importante de este modelo es la necesidad de utilizar métodos de imagen especializados, por ejemplo, el sistema de imagen in vivo junto con el uso de la tecnología bioluminiscente , para supervisar el crecimiento del tumor. A pesar de estas limitaciones, los puntos fuertes de este modelo lo convierten en un valioso modelo animal para su uso en la investigación de fase media y tardía.

Aunque el modelo de xenoinjerto tumoral ortotópico ofrece ventajas superiores en comparación con el modelo subcutáneo, su uso sigue siendo restringido debido a las limitaciones mencionadas anteriormente. A pesar de estas deficiencias, un número creciente de informes ha ejemplificado la aplicación de este modelo para estudiar la tumorigénesis del CCE y para realizar pruebas preclínicas de antitumorigeneidad. Cuando se utilizó este modelo para revelar el efecto supresor de tumores de una proteasa transmembrana DESC1, se observó una tasa de crecimiento tumoral más lenta con el uso de células de CCEE KYSE-150 que expresaban DESC1 en comparación con las que utilizaban células de control. En un estudio independiente en el que se utilizó este modelo para examinar el fenotipo tumoral de una proteína quinasa relacionada con los tumores, AKT, se encontró un efecto supresor de tumores obvio asociado a la supresión de AKT, de manera que se detectó fácilmente una tasa de crecimiento reducida de los tumores ortotópicos . Además de su uso para estudiar el crecimiento tumoral, este modelo puede aplicarse para investigar el mecanismo de invasión tumoral. Un estudio exhaustivo señaló la implicación de una molécula de la superficie celular, CD44H, en la invasión tumoral, basándose en los patrones de invasión observados entre los tumores ortotópicos derivados de las células T.T ESCC y la contraparte invasiva T.T-1 ESCC. La línea celular T.T-1 ESCC expresaba un alto nivel de CD44H y se derivaba de células tumorales aisladas de un ganglio linfático cervical en un modelo de xenoinjerto tumoral ortotópico derivado de células T.T ESCC. Además de su uso para estudiar el crecimiento y la invasión del tumor, este modelo es capaz de evaluar los efectos de los compuestos de prueba en la supervivencia después del tratamiento. Se observó una supervivencia prolongada en animales portadores de tumores ortotópicos de CCE tras el tratamiento con un inhibidor de mTOR, temsirolimus, para lo cual este inhibidor se utiliza actualmente para el carcinoma de células renales.

En general, el modelo de xenoinjerto tumoral ortotópico complementa el uso habitual del modelo subcutáneo para el estudio del CCE al proporcionar un microambiente tumoral correcto. Además, este modelo funciona como una herramienta indispensable en la investigación preclínica para examinar los efectos antitumorales de los compuestos/fármacos de prueba (Tabla 3).

Modelo de xenoinjerto tumoral derivado del paciente

El modelo de xenoinjerto tumoral derivado del paciente es un modelo de cáncer animal más avanzado que los modelos mencionados anteriormente para la investigación del CCEE. Este modelo se establece con el uso de tumores de CCE resecados de pacientes para desarrollar xenoinjertos tumorales en animales inmunodeficientes. Los tumores de los pacientes pueden implantarse por vía subcutánea u ortotópica. Dependiendo del lugar de implantación del tumor, este modelo también conserva ciertas características como los modelos de xenoinjertos tumorales subcutáneos y ortotópicos. Cabe destacar que los xenoinjertos tumorales derivados de tumores de pacientes conservan las propiedades genéticas, histológicas y fenotípicas de los tumores donantes. Dado que los componentes estromales y celulares de los xenoinjertos tumorales derivados de pacientes se mantienen como en los tumores donantes, el uso de este modelo puede excluir las desventajas asociadas al uso de líneas celulares tumorales homogéneas. A pesar de estas ventajas, este modelo adolece inevitablemente de varias limitaciones . El establecimiento del modelo requiere el uso de tumores resecados de pacientes, por lo que algunos laboratorios de investigación básica pueden no tener acceso a esta fuente de muestras. Además, las tasas de injerto de los tumores de pacientes para formar xenoinjertos tumorales no son óptimas y varían en función de una serie de factores, como los tipos de tumores, los lugares de implantación de los tumores, las cepas de ratones, las características de los tumores y las características de los pacientes . Incluso en el caso de un tumor de paciente que pueda injertarse con éxito, requiere un largo periodo de latencia para crecer hasta convertirse en un xenoinjerto tumoral y, en ocasiones, este proceso puede durar hasta 6 meses. Por lo tanto, las limitaciones anteriores han hecho que el proceso de establecimiento del tumor sea un procedimiento de alto coste y que requiera mucha mano de obra. A pesar de estas desventajas, este modelo está sustituyendo gradualmente a otros modelos animales de cáncer para ser utilizado en la investigación de fase media y tardía y es especialmente beneficioso para la evaluación preclínica de la eficacia antitumoral de nuevos compuestos/fármacos. De hecho, este modelo se denomina a veces “ensayos clínicos en un ratón” debido a su poder superior para predecir la respuesta clínica de los compuestos/fármacos de prueba debido al gran parecido entre los xenoinjertos tumorales y los tumores de los donantes.

Considerando todos los pros y los contras, el modelo de xenoinjerto tumoral derivado del paciente puede proporcionarnos una plataforma de investigación no sólo para estudiar los mecanismos de la enfermedad del CCE, sino que también puede facilitar el cribado preclínico de fármacos. Para esta última aplicación, este modelo se utiliza preferentemente que los modelos subcutáneo y ortotópico debido a su gran relevancia clínica, que apoya su uso en la evaluación de la eficacia antitumoral de nuevos compuestos/fármacos. En este ámbito, los equipos de investigación individuales han establecido sus propias colecciones de modelos de xenoinjertos tumorales derivados de pacientes con heterogeneidad tumoral preservada para el cribado de fármacos o combinaciones de fármacos para el CCE (Tabla 4).

Los modelos de xenoinjertos tumorales derivados de pacientes con desregulaciones moleculares bien caracterizadas que se encuentran comúnmente en el CCE pueden utilizarse como herramienta para probar los fármacos actualmente utilizados para sus nuevos usos en el CCE. Este proceso es importante ya que puede investigar nuevos fármacos para los pacientes que son resistentes a los tratamientos farmacológicos actuales. El cisplatino y el 5-fluorouracilo son dos fármacos quimioterapéuticos utilizados para el CCE, pero no todos los pacientes responden bien al fármaco. Para comprender mejor el mecanismo de los fármacos, Zhang et al. establecieron un panel de modelos de xenoinjertos tumorales derivados de pacientes y los caracterizaron bien en busca de las aberraciones genéticas comunes que se detectan con frecuencia en el CCE, como la expresión de HER2 y las mutaciones de EGFR (receptor del factor de crecimiento epidérmico), K-ras, B-raf y PIK3CA (subunidad catalítica alfa de la fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato 3-cinasa). Utilizando un panel de xenoinjertos con el estado de HER2 y PIK3CA bien caracterizado para examinar el efecto del tratamiento con cisplatino y 5-fluorouracilo, los xenoinjertos tumorales negativos para HER2 y portadores de PIK3CA de tipo salvaje fueron más sensibles a dicho tratamiento en comparación con los xenoinjertos positivos para HER2, independientemente del estado de mutación de PIK3CA . Los resultados derivados de este estudio han revelado la relación entre las composiciones genéticas de los tumores y las respuestas a los fármacos quimioterapéuticos.

Además del uso de modelos de xenoinjertos tumorales derivados de pacientes con composiciones genéticas definidas para probar los fármacos quimioterapéuticos convencionales, estos modelos se han utilizado para examinar la eficacia antitumoral de fármacos que no se utilizan clínicamente para el CCE, como el trastuzumab y el lapatinib. Las pruebas del efecto del trastuzumab en xenoinjertos tumorales derivados de pacientes revelaron que el CCE HER2-positivo respondía a dicho tratamiento, pero no en el caso de los que portaban la mutación PIK3CA concurrente. El tratamiento posterior de estos xenoinjertos tumorales HER2-positivos y con la mutación PIK3CA con el inhibidor de AKT AZD5363 hizo que los xenoinjertos volvieran a responder al tratamiento con trastuzumab. Otro estudio examinó el efecto sensibilizador de lapatinib sobre los fármacos quimioterapéuticos oxaliplatino o 5-fluorouracilo utilizando un modelo de xenoinjerto tumoral derivado de pacientes. El tratamiento combinado de lapatinib con 5-fluorouracilo produjo un efecto inhibidor del crecimiento más potente que el lapatinib solo o su tratamiento combinado con oxaliplatino . Estos estudios han presentado claramente la utilidad de estos modelos para el ensayo preclínico de fármacos. Es importante destacar que estos ensayos en xenoinjertos tumorales con antecedentes genéticos definidos pueden facilitar el desarrollo de la medicina de precisión mediante la selección de tratamientos farmacológicos basados en las desregulaciones genéticas de los tumores.

Los modelos de xenoinjertos tumorales derivados de pacientes pueden imitar la diversidad genética y la composición de los entornos clínicos debido a la gran relevancia histológica y patológica entre los tumores de los donantes y los xenoinjertos tumorales establecidos. Estos estudios anteriores han puesto de manifiesto la aplicación preclínica de estos modelos para evaluar la eficacia antitumoral de diferentes fármacos/compuestos (Tabla 3). Los resultados obtenidos también pueden proporcionar pruebas sólidas que apoyen el uso de nuevos fármacos/compuestos para el tratamiento del CCE. Por lo tanto, estas pruebas preclínicas constituyen una plataforma vital antes de los ensayos clínicos.