Carcinomul esofagian cu celule scuamoase (ESCC) și managementul acestuia

Cancerul este o boală care pune în pericol viața și provoacă aproximativ 8 milioane de decese anual în întreaga lume. Cancerul esofagian ocupă locul al șaselea pe lista celor mai frecvente cauze ale deceselor cauzate de cancer, contribuind la aproximativ o jumătate de milion de decese în fiecare an (GLOBOCAN 2012). Dintre diferitele subtipuri de cancer esofagian, ESCC este tipul histologic predominant și este foarte răspândit în zonele mai puțin dezvoltate, în special în anumite regiuni din Asia și Africa. Pacienților cu ESCC li se oferă tratament multimodal. Pacienții în stadii incipiente cu tumori rezecabile sunt tratați prin rezecție tumorală inițială, în timp ce pacienții în stadii avansate, pe de altă parte, sunt tratați mai întâi cu chimioterapie/chimoradioterapie pentru reducerea stadiului tumoral înainte de rezecția chirurgicală . Deși acest tratament neoadjuvant preoperator poate obține un răspuns excelent în subgrupuri de pacienți care sunt sensibili la chimioterapie/chimoradioterapie, aproximativ o treime dintre pacienți prezintă totuși doar un răspuns parțial și suboptimal. Chiar și în cazul celor care răspund la chimioterapie/chemoradioterapie, unii dintre ei pot dezvolta rezistență în cursul ulterior al perioadei de tratament. Pentru acei pacienți ale căror tumori sunt nerezecabile și atunci când tumora este refractară la chimioterapie sau radioterapie, nu este disponibil niciun tratament eficient . Pentru a oferi mai multe opțiuni de tratament pentru pacienții care nu pot fi amendați de terapiile actuale, sunt propuse noi abordări terapeutice, care sunt evaluate în cadrul unor studii clinice în curs de desfășurare pentru eficacitatea lor anti-tumorală. Chiar și cu toate aceste modalități de tratament în evoluție și nou apărute, vindecarea completă a bolii este încă dificilă. Având în vedere acest lucru, este nevoie urgentă de noi tratamente.

Utilizarea modelelor animale de xenogrefe tumorale pentru cercetarea preclinică

Scopul principal al dezvoltării modelelor animale de xenogrefe tumorale pentru cercetare este de a face legătura între cercetarea fundamentală și cea clinică și de a completa utilizarea sistemelor de modele in vitro . Modelele animale cu xenogrefe tumorale oferă o platformă mai sofisticată pentru a studia procesul de tumorigeneză într-un cadru in vivo. Această platformă ne permite să avem o mai bună înțelegere a implicării anumitor oncogene sau supresori tumorali în dezvoltarea tumorilor prin descoperirea căilor de semnalizare și a mecanismelor de boală aferente. În plus, utilizarea acestor modele ne poate oferi un instrument de cercetare pentru evaluarea preclinică a răspunsului la medicamente prin determinarea eficacității antitumorale, precum și a toxicității, farmacocineticii și farmacodinamicii medicamentelor. În afară de evaluarea răspunsului la medicamente, aceste modele pot facilita, de asemenea, cercetarea în domeniul imagisticii biomedicale prin furnizarea unui sistem model pentru testarea utilității și a caracterului practic al noilor metode sau reactivi de detectare a tumorilor.

Soarecii sunt cele mai frecvent utilizate animale pentru modelele de xenogrefe tumorale datorită mai multor caracteristici avantajoase cheie, cum ar fi prezența unei dimensiuni a genomului comparabile cu cea a oamenilor, ciclul de reproducere scurt, dimensiunea mare a puilor, costul redus de întreținere și ușurința de manipulare . În cercetarea în domeniul cancerului se utilizează diferite tulpini de șoareci în medii de imunodeficiență unice, printre care se numără șoarecii athimici nude, șoarecii SCID și șoarecii NOD/SCID (șoareci SCID cu un nivel suplimentar de imunodeficiență). Dintre aceste tulpini, șoarecii NOD/SCID demonstrează cea mai bună imunodeficiență datorită absenței sau defectului în aproape toate tipurile de celule imunitare (celule B, celule T, celule dendritice, macrofage și celule naturale ucigașe), urmați de șoarecii SCID lipsiți de celule B și celule T și apoi de șoarecii atîmici nude fără celule T . Datorită nivelurilor lor diferite de imunodeficiență, se consideră că diferite tulpini sunt utilizate în diferite scopuri de cercetare. Ținând cont de costul și caracteristicile diferitelor tulpini, șoarecii athymic nude și SCID sunt utilizați de preferință pentru implantarea liniilor de celule tumorale umane, în timp ce șoarecii SCID și NOD/SCID sunt mai degrabă utilizați pentru transplantul de tumori umane.

Modeluri animale de xenogrefe tumorale utilizate în mod obișnuit pentru cercetarea ESCC

Trei tipuri de modele animale de xenogrefe tumorale pentru cercetarea ESCC sunt dezvoltate prin implantarea de celule/xenogrefe ESCC sau de tumori de pacienți în animale imunodeficiente, și anume modelul de xenogrefe tumorale subcutanat, ortotopic și cel derivat de la pacient (Fig. 1). Fiecare dintre acestea are propriile puncte forte și puncte slabe în ceea ce privește caracteristicile modelului (tabelul 1), metodele de stabilire (tabelul 2) și utilitățile preclinice (tabelul 3), care le plasează într-o poziție unică pentru cercetarea în stadii incipiente, medii sau târzii .

.

Modelul de xenogrefă tumorală subcutanată

Modelul de xenogrefă tumorală subcutanată este un model animal clasic pentru cercetarea ESCC. Acest model se stabilește prin implantarea de celule/xenogrefe ESCC sub pielea animalelor imunodeficiente pentru a dezvolta tumori subcutanate. Procedura de stabilire a tumorii subcutanate este simplă din punct de vedere tehnic, deoarece implică doar injectarea cu acul a celulelor ESCC sau implantarea directă a xenogrefele ESCC sub pielea animalelor. Creșterea tumorilor subcutanate poate fi realizată în mod non-invaziv prin utilizarea unui calibru electronic pentru a măsura tumorile palpabile. Aceste proceduri tehnice de stabilire și monitorizare a tumorilor pot menține reproductibilitatea și eficiența (atât în ceea ce privește timpul, cât și costurile) acestui model. În ciuda acestor avantaje, acest model suferă de anumite limitări, deoarece nu reprezintă pe deplin situația clinică. De exemplu, acest model asociază o eterogenitate tumorală redusă, deoarece în majoritatea scenariilor sunt utilizate ca material sursă linii celulare omogene de ESCC. În plus, tumorile subcutanate nu cresc în micro-mediul lor tumoral nativ, ceea ce le face să nu fie potrivite pentru studiul interacțiunilor tumorale-stromale. Cu astfel de puncte forte și puncte slabe , acest model este utilizat în principal în cercetarea în stadii incipiente pentru a studia biologia și mecanismul de tumorigeneză a ESCC.

Raporturile care se acumulează au dezvăluit kilometrajul aplicării modelului de xenogrefă tumorală subcutanată pentru cercetarea în stadii incipiente prin utilizarea acestuia pentru a studia proprietățile tumorale ale moleculelor legate de ESCC și mecanismele de boală asociate acestora. Supraexprimarea microARN-340, un microARN redus în tumorile ESCC, în celulele ESCC EC9706 a inhibat proprietățile de creștere ale acestor celule într-un model de xenogrefă tumorală subcutanată. Efectul acestui microARN asupra ESCC a fost mediat în parte prin intermediul efectului său asupra unei proteine transferază PSAT1, care a fost identificată în același studiu ca o țintă directă a microARN-340 . Un alt studiu a demonstrat o creștere mai rapidă a tumorilor subcutanate derivate din celulele ESCC KYSE-30 cu supraexpresie a unei metaloproteinaze matriciale MMP1 în comparație cu celulele de control. În plus, aceste celule ESCC care supraexprimă MMP1 au prezentat, de asemenea, potențial metastatic. Capacitatea MMP1 de a promova progresia tumorală și metastazarea a fost revelată în mod concordant ca fiind datorată efectului său de stimulare asupra unei căi tumorigene care implică PI3K și AKT . Un raport separat a utilizat, de asemenea, modelul de xenogrefă tumorală subcutanată pentru a dezvălui că proteina 2 de legare a acidului retinoic celular (CRABP2) este un supresor de tumori, demonstrând o rată de creștere mai lentă a tumorilor subcutanate derivate din celulele EC109 ESCC care supraexprimă CRABP2 în comparație cu grupul experimental de control . Aceste studii semnifică în mod colectiv utilitatea acestui model pentru studierea moleculelor legate de ESCC și a mecanismelor aferente acestora în ESCC.

Pe lângă utilizarea modelului de xenogrefă tumorală subcutanată pentru studiul biologiei tumorale, s-au făcut încercări de utilizare a acestui model pentru investigarea eficacității antitumorale a noilor metode de tratament sau compuși/medicamente pentru tratarea ESCC. Șoarecii purtători de tumori subcutanate au fost supuși unui tratament pentru a induce expresia unui marker de prognostic al ESCC, microARN-375, iar la sfârșitul experimentului s-a obținut o dimensiune mai mică a tumorii în comparație cu experimentul de control . În afară de utilizarea de rutină pentru a examina noi metode de tratament, acest model a fost aplicat, de asemenea, pentru a investiga eficacitatea antitumorală a noilor compuși/medicamente pentru contracararea ESCC, cum ar fi temsirolimus utilizat în prezent pentru pacienții cu carcinom cu celule renale . Pe lângă utilitatea sa în testarea anti-tumorigenității, acest model poate fi aplicat pentru a examina efectele de chimiosensibilizare ale compușilor de testare. Tratamentul animalelor purtătoare de tumori subcutanate cu Ginsenoside Rg3, un ingredient extras din ginseng, a furnizat dovezi care demonstrează efectele de sensibilizare ale acestui compus la două medicamente chimioterapeutice paclitaxel și cisplatin utilizate în mod obișnuit pentru pacienții cu ESCC . Mai recent, s-a demonstrat că un nou purtător de oxigen YQ23 exercită efecte chimiosensibilizatoare în mod selectiv asupra xenogrefelor de ESCC SLMT-1 subcutanate rezistente la chimioterapie, dar nu și asupra xenogrefelor de ESCC HKESC-2 rezistente la chimioterapie, în planurile de tratament care utilizează cisplatin sau 5-fluorouracil, care sunt, de asemenea, medicamente chimioterapeutice tradiționale utilizate pentru pacienții cu ESCC . Studiile de mai sus care examinează eficacitatea anti-tumorală a compușilor/medicamentelor de testare singuri sau în combinație cu medicamente chimioterapeutice obișnuite utilizate pentru ESCC au evidențiat utilitatea preclinică a modelului de xenogrefă tumorală subcutanată pentru testarea compușilor/medicamentelor.

În ansamblu, modelele de xenogrefe tumorale subcutanate, în special cele bine caracterizate pentru sensibilitatea lor față de chimioterapicele utilizate în prezent pentru ESCC, sunt instrumente de cercetare valoroase pentru studierea biologiei tumorale și a mecanismelor de boală ale ESCC într-un cadru in vivo și pentru realizarea de studii preclinice de eficacitate antitumorală (tabelul 3).

Modelul de xenogrefă tumorală ortotopică

Modelul de xenogrefă tumorală ortotopică este un model alternativ de cancer pe animale utilizat pentru cercetarea ESCC. Acest model se stabilește prin implantarea de celule/xenogrefe ESCC în esofagul animalelor imunodeficiente pentru a dezvolta tumori ortotopice. Procedura de stabilire a tumorilor ortotopice este mai solicitantă din punct de vedere tehnic în comparație cu cele necesare pentru stabilirea tumorilor subcutanate, deoarece necesită intervenții chirurgicale pe animale mici și/sau anestezie. Două abordări principale sunt utilizate pentru a implanta celule/xenogrefe ESCC în esofagul animalelor, pentru care acestea diferă în ceea ce privește locul de implantare a tumorii. Una dintre metode implantează celule/xenogrefe ESCC în regiunea superioară a esofagului , în timp ce cealaltă implantează celule/xenogrefe ESCC în capătul inferior al esofagului, în regiunea abdominală, lângă joncțiunea gastroesofagiană . Recent, am raportat, de asemenea, comparația de supraviețuire între animalele cu tumori ortotopice dezvoltate în regiunea superioară a esofagului și în regiunea inferioară și am constatat că cele cu tumori în regiunea abdominală au o supraviețuire mai bună . Deși stabilirea tumorilor ortotopice necesită mai mult timp și forță de muncă, acest model poate găzdui studiul creșterii tumorale într-un micro-mediu tumoral corect ca în situația clinică și permite studierea interacțiunilor tumorale-stromale . Cu toate acestea, acesta suferă, de asemenea, de aceeași limitare ca și modelul subcutanat prin utilizarea liniilor celulare ESCC ca material sursă pentru stabilirea tumorii. Un alt dezavantaj major al acestui model este necesitatea de a utiliza metode de imagistică specializate, de exemplu, sistemul de imagistică in vivo cuplat cu utilizarea tehnologiei bioluminescente , pentru a monitoriza creșterea tumorii. În ciuda acestor limitări, punctele forte ale acestui model fac din el un model animal valoros pentru a fi utilizat în cercetarea în stadii medii și târzii.

Deși modelul de xenogrefă tumorală ortotopică oferă avantaje superioare în comparație cu modelul subcutanat, utilizarea sa rămâne restricționată din cauza limitărilor menționate mai sus. În ciuda acestor neajunsuri, un număr din ce în ce mai mare de rapoarte au exemplificat aplicarea acestui model pentru studierea tumorigenezei ESCC și pentru efectuarea de teste preclinice de antitumorigenitate. Atunci când acest model a fost utilizat pentru a evidenția efectul de suprimare tumorală al proteazei transmembranare DESC1, s-a observat o rată de creștere tumorală mai mică în cazul utilizării celulelor ESCC KYSE-150 care exprimă DESC1, în comparație cu cele care utilizează celule de control. Într-un studiu independent care a utilizat acest model pentru a examina fenotipul tumoral al unei proteine kinaze AKT legate de tumori, s-a constatat un efect evident de suprimare a tumorii asociat cu eliminarea AKT, astfel încât s-a detectat cu ușurință o rată de creștere redusă a tumorilor ortopice . Pe lângă utilizarea sa pentru a studia creșterea tumorilor, acest model poate fi aplicat pentru a investiga mecanismul de invazie tumorală. Un studiu cuprinzător a evidențiat implicarea unei molecule de suprafață celulară CD44H în invazia tumorală pe baza modelelor de invazie observate între tumorile ortotopice derivate din celulele ESCC T.T și omologul invaziv T.T-1 ESCC. Linia celulară T.T-1 ESCC a exprimat un nivel ridicat de CD44H și a fost derivată din celule tumorale izolate din ganglionul limfatic cervical într-un model de xenogrefă tumorală ortotopică derivată din celule T.T ESCC. Pe lângă utilizarea sa pentru a studia creșterea și invazia tumorală, acest model este capabil să evalueze efectele compușilor testați asupra supraviețuirii după tratament. O supraviețuire prelungită a fost observată la animalele purtătoare de tumori ESCC ortotopice după tratamentul cu un inhibitor mTOR temsirolimus, pentru care acest inhibitor este utilizat în prezent pentru carcinomul cu celule renale .

În general, modelul xenogrefei tumorale ortotopice completează utilizarea obișnuită a modelului subcutanat pentru studiul ESCC prin furnizarea unui micro-mediu tumoral corect. În plus, acest model funcționează ca un instrument indispensabil în cercetarea preclinică pentru examinarea efectelor antitumorale ale compușilor/medicamentelor testate (tabelul 3).

Modelul de xenogrefă tumorală derivată de la pacient

Modelul de xenogrefă tumorală derivată de la pacient este un model de cancer animal mai avansat decât modelele menționate mai sus pentru cercetarea ESCC. Acest model este stabilit prin utilizarea tumorilor ESCC rezecate de la pacienți pentru a dezvolta xenogrefe tumorale pe animale imunodeficiente. Tumorile pacienților pot fi implantate subcutanat sau ortotopic. În funcție de locul de implantare a tumorii, acest model păstrează, de asemenea, anumite caracteristici ca și modelele de xenogrefe tumorale subcutanate și ortotopice. În mod remarcabil, xenogrefele tumorale derivate din tumorile pacienților au păstrat proprietățile genetice, histologice și fenotipice ca și tumorile donatorilor. Deoarece componentele stromale și celulare ale xenogrefele tumorale derivate de la pacienți sunt păstrate ca în tumorile donatoare, utilizarea acestui model poate exclude dezavantajele asociate cu utilizarea liniilor celulare tumorale omogene. În ciuda acestor avantaje, acest model suferă în mod inevitabil de mai multe limitări . Stabilirea modelului necesită utilizarea tumorilor rezecate ale pacienților, pentru care este posibil ca unele laboratoare de cercetare fundamentală să nu aibă acces la această sursă de specimene. În plus, ratele de grefare a tumorilor pacienților pentru a forma xenogrefe tumorale sunt suboptime și variază în funcție de o serie de factori, cum ar fi tipurile de tumori, locurile de implantare a tumorilor, tulpinile de șoareci, caracteristicile tumorale și caracteristicile pacienților . Chiar și în cazul unei tumori de pacient care poate fi grefată cu succes, este nevoie de o perioadă lungă de latență pentru a se dezvolta într-o xenogrefă tumorală și, uneori, acest proces poate dura până la 6 luni. Prin urmare, limitările de mai sus au făcut ca procesul de înființare a tumorii să fie o procedură cu costuri ridicate și care necesită multă muncă. În ciuda acestor dezavantaje, acest model înlocuiește treptat alte modele de cancer pe animale pentru a fi utilizat în cercetarea în stadii medii și avansate și este deosebit de benefic pentru evaluarea preclinică a eficacității antitumorale a noilor compuși/medicamente. Într-adevăr, acest model este uneori denumit “studii clinice într-un șoarece” datorită puterii sale superioare de a prezice răspunsul clinic al compușilor/medicamentelor testate, datorită asemănării ridicate dintre xenogrefele tumorale și tumorile donatorului.

Considerând toate avantajele și dezavantajele, modelul de xenogrefă tumorală derivată de la pacient ne poate oferi o platformă de cercetare nu numai pentru a studia mecanismele bolii ESCC, ci poate facilita, de asemenea, depistarea preclinică a medicamentelor. Pentru această din urmă aplicație, acest model este utilizat mai degrabă decât modelele subcutanate și ortotopice datorită relevanței sale clinice ridicate, ceea ce susține utilizarea sa pentru evaluarea eficacității anti-tumorale a noilor compuși/medicamente. În acest domeniu, echipe individuale de cercetare și-au creat propriile colecții de modele de xenogrefe tumorale derivate de la pacienți, cu eterogenitate tumorală păstrată, pentru depistarea medicamentelor sau a combinațiilor de medicamente pentru ESCC (tabelul 4).

Modelurile de xenogrefe tumorale derivate din pacienți cu dereglementări moleculare bine caracterizate, întâlnite în mod obișnuit în ESCC, pot fi utilizate ca instrument de testare a medicamentelor utilizate în prezent pentru noi utilizări ale acestora în ESCC. Acest proces este important deoarece poate cerceta noi medicamente pentru pacienții care sunt rezistenți la tratamentele medicamentoase actuale. Cisplatinul și 5-fluorouracilul sunt două medicamente chimioterapeutice utilizate pentru ESCC, însă nu toți pacienții au răspunsuri bune la medicamente. Pentru a înțelege mai bine mecanismul medicamentului, Zhang et al. au stabilit un panel de modele de xenogrefe tumorale derivate de la pacienți și le-au caracterizat bine în ceea ce privește aberațiile genetice comune detectate frecvent în ESCC, cum ar fi expresia HER2 și mutațiile EGFR (receptorul factorului de creștere epidermică), K-ras, B-raf și PIK3CA (subunitatea catalitică alfa a fosfatidilinositol-4,5-bisfosfat-3-kinazei). Utilizând un panel de xenogrefe cu statut HER2 și PIK3CA bine caracterizat pentru a examina efectul tratamentului cu cisplatin și 5-fluorouracil, xenogrefele tumorale negative pentru HER2 și purtătoare de PIK3CA de tip sălbatic au fost mai sensibile la un astfel de tratament în comparație cu xenogrefele HER2-pozitive, indiferent de statutul de mutație al PIK3CA . Rezultatele derivate din acest studiu au evidențiat legătura dintre compozițiile genetice tumorale și răspunsurile la medicamentele chimioterapeutice.

Pe lângă utilizarea modelelor de xenogrefe tumorale derivate de la pacienți cu compoziții genetice definite pentru testarea medicamentelor chimioterapeutice convenționale, aceste modele au fost utilizate pentru a examina eficacitatea antitumorală a medicamentelor care nu sunt utilizate clinic pentru ESCC, cum ar fi trastuzumab și lapatinib. Testarea efectului trastuzumabului pe xenogrefele tumorale derivate de la pacienți a arătat că ESCC HER2-pozitiv a răspuns la un astfel de tratament, dar nu și în cazul celor care purtau concomitent mutația PIK3CA. Un tratament suplimentar al acestor xenogrefe tumorale HER2-pozitive și cu mutație PIK3CA cu inhibitorul AKT AZD5363 a făcut ulterior ca xenogrefele să răspundă din nou la tratamentul cu trastuzumab . Un alt studiu a examinat efectul sensibilizator al lapatinibului asupra medicamentelor chimioterapeutice oxaliplatin sau 5-fluorouracil folosind un model de xenogrefă tumorală derivată de la pacienți. Tratamentul combinat al lapatinibului cu 5-fluorouracil a condus la un efect de inhibare a creșterii mai puternic decât lapatinibul singur sau tratamentul combinat al acestuia cu oxaliplatin . Aceste studii au prezentat în mod clar utilitatea acestor modele pentru testarea preclinică a medicamentelor. În mod important, astfel de teste pe xenogrefe tumorale cu un fond genetic definit pot facilita dezvoltarea medicinei de precizie prin selectarea tratamentului medicamentos pe baza dereglementărilor genetice ale tumorilor.

Modelurile de xenogrefe tumorale derivate de la pacienți pot imita diversitatea și compoziția genetică a mediilor clinice datorită relevanței histologice și patologice ridicate între tumorile donatorilor și xenogrefele tumorale stabilite. Aceste studii anterioare au pus în evidență aplicarea preclinică a acestor modele pentru evaluarea eficacității antitumorale a diferitelor medicamente/compuși (tabelul 3). Rezultatele obținute pot oferi, de asemenea, dovezi solide care să susțină utilizarea de noi medicamente/compuși pentru tratamentul ESCC. Astfel de teste preclinice formează, prin urmare, o platformă vitală înainte de studiile clinice.

.