Transformarea cercetării în cancerul colorectal cu modele de xenogrefă derivate de la pacienți

Cancerul colorectal reprezintă una dintre cele mai răspândite forme de cancer la nivel global, fiind responsabil de un număr semnificativ de decese. În contextul creșterii incidenței, inclusiv la persoane tinere, este necesară dezvoltarea unor modele experimentale cât mai fidele tumorilor umane. Modelele xenogrefă derivată de la pacient (PDX) au devenit o resursă esențială în studiul biologiei tumorale și în testarea terapiilor, datorită capacității lor de a reproduce structura și funcțiile tumorilor primare.
Cancerul colorectal se dezvoltă printr-o combinație de instabilitate genomică, modificări epigenetice și interacțiuni complexe cu microambientul tumoral. Factori precum predispozițiile genetice, inflamația intestinală, dieta, sedentarismul și consumul de alcool contribuie la apariția bolii. Deși clasificarea tumorilor în subtipuri moleculare a îmbunătățit înțelegerea heterogenității cancerului colorectal, răspunsurile terapeutice continuă să varieze semnificativ. Din acest motiv, modelele preclinice capabile să reproducă diversitatea tumorală sunt indispensabile.

Despre modelul PDX în cancerul colorectal

Procedura de obținere a modelelor PDX

Modelele PDX se bazează pe transplantarea directă a țesutului tumoral proaspăt în șoareci imunodeficienți. Probele sunt colectate în timpul intervențiilor chirurgicale, conservate în condiții controlate de temperatură și implantate în decurs de 24 de ore. Implantarea se poate face:

• Subcutanat – oferă monitorizare ușoară și permite generarea rapidă de modele multiple.
• Ortoptic – implică implantarea în cecum sau în ficat pentru a reproduce fidel localizarea și microambientul tumoral.

Pe lângă tumorile solide, pot fi folosite suspensii celulare obținute din lichide seroase sau celule tumorale circulante.

Dezvoltarea șoarecilor imunodeficienți utilizați în PDX

Eficiența modelelor PDX depinde major de gradul de imunodeficiență al gazdei. De-a lungul timpului au fost dezvoltate mai multe tipuri de șoareci:

• BALB/c nude – fără timus, cu imunitate mediată de limfocite T deficitară, dar cu resturi de activitate imună.
• NOD/SCID – lipsiți de limfocite T și B, cu funcție redusă a macrofagelor și celulelor NK.
• NSG/NOJ – șoareci lipsiți de T, B și NK, având cea mai mare rată de acceptare a grefelor tumorale.
• Șoareci umanizați – reconstituire parțială a unui sistem imun uman, necesari în studiile de imunoterapie.

Caracteristicile modelelor PDX

1. Proprietăți biologice

Ratele de engrafare sunt influențate de stadiul malignității, gradul de diferențiere și prezența instabilității microsatelitare. Tumorile metastatice prezintă de regulă o capacitate mai mare de a forma modele PDX. De asemenea, subtipurile moleculare au ritmuri diferite de creștere, tumorile MSI-H având tendința de a se dezvolta mai rapid.

2. Caracteristici histopatologice

Modelele PDX păstrează cu fidelitate arhitectura tumorilor primare, incluzând structura glandulară, nivelul de necroză și expresia markerilor precum carcinoembrionarul sau E-caderina. Transformările în limfom sunt rare, dar posibile, în special în contextul activării virusului Epstein–Barr.

3. Profil genetic și epigenetic

Modelele PDX conservă mutațiile esențiale (KRAS, APC, TP53), heterogenitatea clonală și instabilitatea cromozomială. Totuși, epigenomul poate suferi modificări după pasaje seriale, iar unele caracteristici – precum hipermetilarea promotorului MLH1 – pot dispărea.

4. Profil metabolomic

Analizele metabolice arată că, în ciuda înlocuirii treptate a stromelor umane cu cele murine, profilele metabolice rămân apropiate de cele ale tumorilor pacienților. Aceasta include păstrarea modelelor metabolice bazate pe nucleotide, carbohidrați, lipide sau acizi grași.

5. Profil fosfoproteomic

Studiile fosfoproteomice au evidențiat diferențe clare între tumori sensibile și rezistente la terapii anti-EGFR. Modelele PDX permit identificarea activității kinazelor care pot servi drept biomarkeri terapeutici.

6. Microambientul tumoral și dinamica clonală

Microambientul tumoral originar este treptat înlocuit de unul murin, ceea ce influențează proliferarea, migrarea și răspunsul la tratament. Din punct de vedere clonal, subclonele minoritare din tumorile pacienților pot deveni dominante în PDX, reflectând presiunile selective ale mediului murin.

Aplicații ale modelelor PDX

Co-clinical trials și selecția terapiilor personalizate

Modelele PDX ating o concordanță de până la 90% cu răspunsurile clinice reale, fiind folosite pentru identificarea tratamentelor eficiente pentru fiecare pacient. Aceste modele permit testarea rapidă a combinațiilor terapeutice și selectarea celor cu toxicitate redusă și eficiență crescută.

Identificarea biomarkerilor de răspuns

Analize genomice și proteomice derivate din PDX au permis:

• identificarea sensibilității la cetuximab pe baza amplificărilor EGFR, HER2;
• corelarea mutațiilor KRAS/NRAS/BRAF cu rezistența la terapii anti-EGFR;
• definirea semnăturilor moleculare predictive pentru terapii țintite.

Studiul mecanismelor de rezistență

Modelele PDX au demonstrat că rezistența la chimioterapie și terapii țintite este legată de:

• activarea căilor MET, AKT și HER3;
• modificări epigenetice precum lactilarea histonelor;
• reprogramarea metabolismului și inhibarea proceselor de moarte celulară.

Studiul evoluției tumorale

Analiza serială a modelelor PDX arată cum clone tumorale distincte sunt selectate sub presiunea microambientului, reflectând evoluția tumorilor metastatice și influențând răspunsul la tratament.

Dezvoltarea medicamentelor

Din 2016, institute majore au adoptat modelele PDX pentru testarea preclinică a medicamentelor, reușind să valideze terapii pentru alte cancere pe baza datelor obținute din PDX. Deși pentru cancerul colorectal nu există încă terapii aprobate pe baza acestui model, platformele PDX contribuie semnificativ la descoperirea și optimizarea terapiilor.

Limitări ale modelelor PDX

• Eficiență limitată a implantării – depinde de tipul tumorii, condițiile de transport și manipulare.
• Durată lungă și costuri ridicate – fiecare generație necesită luni de creștere, iar modelele complexe implică costuri mari.
• Risc de transformări limfomatoase – în special prin activarea EBV.
• Modificări clonal-genetice – presiunile selective pot altera fidelitatea modelului după pasaje repetate.

Perspective viitoare

Direcțiile actuale de cercetare includ integrarea modelelor PDX cu organoide, culturi 3D și modele umanizate, pentru a reproduce cât mai fidel interacțiunile tumoră–microambient și pentru a accelera descoperirea de terapii noi. Folosirea modelelor PDX cu pasaje reduse, optimizarea implantării ortotopice și dezvoltarea biobăncilor extinse pot îmbunătăți capacitatea de predicție și utilitatea clinică.

Concluzie

Modelele PDX oferă o platformă extrem de fidelă pentru studiul cancerului colorectal, permițând investigarea diversității tumorale, identificarea biomarkerilor și testarea terapiilor personalizate. Deși nu sunt lipsite de limitări, ele rămân printre cele mai valoroase instrumente pentru cercetarea preclinică, contribuind la dezvoltarea unor abordări terapeutice mai eficiente și la îmbunătățirea prognosticului pacienților.