NCI erweitert Repository für Krebsforschungsmodelle: Ein Gespräch mit Drs. Doroshow und Evrard


Ein organoides Modell aus menschlichem Brustgewebe.

Bildnachweis: National Cancer Institute

Das vom Patienten abgeleitete Modell- Repository (PDMR) von NCI ist eine Initiative zur Generierung und Verbreitung von Krebsforschungsmodellen, die direkt aus Tumorgewebe des Patienten hergestellt werden, um in der Laborforschung eingesetzt zu werden. NCI erweiterte kürzlich die PDMR um weitere Forschungsmodelle, darunter auch einige seltene Krebsarten.

In diesem Interview diskutieren Yvonne A. Evrard, Ph.D., PDMR-Programmleiter am Frederick National Laboratory for Cancer Research , und James H. Doroshow, Direktor der NCI- Abteilung für Krebsbehandlung und Diagnose , warum diese Modelle benötigt werden und die einzigartigen Eigenschaften des Repository.

Was war der Anstoß für die Entwicklung der PDMR?

Dr. Evrard: 2012 führte Dr. Doroshow ein Treffen mit führenden Krebsforschern aus Universitäten und Pharmaunternehmen durch, um herauszufinden, was für die Förderung der präklinischen Krebsforschung erforderlich war.

Die Teilnehmer des Treffens sagte , dass es ein großer Bedarf an Patienten stamm war Modelle Labormodelle , die enger menschlichen Tumoren als herkömmliche Krebs ähneln Zelllinien , die seit vielen Jahren in Plastikschalen gezüchtet wurden. Viele genetische Veränderungen können auftreten, wenn Sie Zellen über einen längeren Zeitraum im Labor züchten. Während traditionelle Zelllinien in der präklinischen Forschung einen enormen Wert haben, brauchen wir Modelle, die dem Patienten einen Schritt näher kommen – Modelle, die die Behandlungsergebnisse besser vorhersagen.

Die PDMR umfasst derzeit Patienten stamm Xenotransplantat (PDX) Modelle, die durch die Entnahme einer Probe eines Tumors des Patienten gemacht werden und Pfropfung in eine Maus. Viele Studien haben gezeigt, dass diese Modelle die therapeutischen Ergebnisse des Patienten besser nachahmen können.

Dr. Doroshow: Das Hauptziel dieses Repositorys ist es, ein öffentlich zugängliches Archiv und Repository von Tumorproben und -modellen bereitzustellen , die aus molekularer und klinischer Sicht vollständig charakterisiert sind und für die extramurale Gemeinschaft zu sehr geringen Kosten leicht zugänglich sind.

Alle Modelle in der PDMR sind klinisch kommentiert. Was bedeutet das und warum ist es für Krebsforscher wichtig?

Dr. Evrard: Klinisch annotiert bedeutet, dass wir relevante Informationen über den Patienten gesammelt haben, dessen Tumorprobe zur Erstellung des Modells verwendet wurde. Dazu gehören die Krebsbehandlung und die Verlaufsgeschichte, die selbst gemeldete Rasse und ethnische Zugehörigkeit, die Rauchergeschichte und der Beruf. Zu wissen, dass ein Modell von einem Patienten entwickelt wurde, der keine Behandlung erhalten hat, im Vergleich zu einem Patienten, der Forschern beispielsweise bei der Auswahl von Modellen hilft, die möglicherweise empfindlich oder resistent gegen ein bestimmtes Medikament sind, oder nach Biomarkern, die mit diesen Eigenschaften verknüpft sind.

Wir sammeln nicht nur Informationen über Rasse und ethnische Herkunft, sondern auch genetische Abstammungstests an allen Tumorproben. Es gibt eine Vielzahl von Fällen, in denen bestimmte Krebserkrankungen bei Patienten mit unterschiedlichen ethnischen und ethnischen Hintergründen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, und in einigen Fällen wurde dies an die genetischen Komponenten ihrer Abstammung gebunden. Wir sammeln auch Patientenberufsgeschichte, weil bestimmte Berufe stärker mit schädlichen Chemikalien in Berührung kommen als andere.

Welche neuen Modelle wurden dem Repository hinzugefügt ?

Dr. Evrard: Wir haben kürzlich Modelle für verschiedene Tumortypen veröffentlicht , darunter auch einige seltene Krebsarten. Wir fügten gynäkologische Krebsarten, Osteosarkome und kleinzellige Lungenkrebsarten hinzu. Die klinischen Daten stehen derzeit zum Download zur Verfügung und die Modelle sind auf Anfrage erhältlich.

Wie unterscheidet sich das NCI-PDMR von anderen Krebsmodellsammlungen?

Dr. Doroshow: Ein entscheidender Unterschied besteht darin, dass der PDMR letztendlich unterschiedliche Typen von Modellen haben wird. Wir arbeiten daran, solide Tumorproben für PDX-Modelle zur Verfügung zu stellen und, soweit möglich, an Patientengeweben konditionell umprogrammierte Zelllinien (CRC-Linien) und organoide Modelle zu entwickeln.

CRCs sind Patiententumorzellen, die so modifiziert wurden, dass sie in Laborschalen gezüchtet werden können. In der Vergangenheit war es schwierig, Patientenzellen in Zellkultur zu züchten. In den letzten Jahren haben wir jedoch gelernt, wie man Krebszelllinien aus Patienten-Tumorproben mit diesem Ansatz der bedingten Neuprogrammierung erfolgreich etabliert. Diese Zelllinien erweisen sich als sehr wertvolle Forschungsinstrumente, unter anderem für das Testen potenzieller neuer Krebsmedikamente.

Organoide sind eine andere Art von Labormodell. Es sind dreidimensionale Strukturen, die die Organe oder Gewebe nachahmen, aus denen sie hervorgegangen sind – in diesem Fall Tumore.

Beide Modelle repräsentieren die Struktur und Komplexität menschlicher Tumore besser als traditionelle Zelllinien. Ziel ist es, Zellkulturen für Forscher bereitzustellen, die ein erstes biologisches oder Wirkstoff-Screening durchführen – was weniger teuer ist als das Testen an Mäusen – und wenn sie interessante Ergebnisse erzielen, könnten sie die Ergebnisse in PDX-Mausmodellen der gleichen Tumoren bestätigen.

Wir haben auch fast 100 Zelllinien, die aus tumorassoziierten Fibroblasten bestehen – verbundene Gewebezellen, die einen wichtigen Bestandteil der Tumormikroumgebung darstellen . Sie werden bald in die PDMR aufgenommen, sodass die Forschungsgemeinschaft die Wechselwirkungen zwischen Tumorzellen und krebsassoziierten Fibroblasten untersuchen kann. In einigen Fällen haben wir eine Tumorzelllinie und eine Fibroblastenzelllinie von demselben Patienten, so dass die Forscher die Wechselwirkungen zwischen Tumorzellen und Fibroblasten eines bestimmten Patienten untersuchen können.

Mit diesen tumorassoziierten Fibroblasten-Zelllinien können Forscher ein besseres Bild davon erhalten, wie sich Tumorzellen in tatsächlichen Tumoren verhalten.

Wenn Tumorgewebe verfügbar ist, entwickeln wir viele dieser Modelltypen sowohl aus dem primären Tumor als auch aus mehreren metastatischen Tumoren desselben Patienten, sodass die Forscher den Metastasierungsprozess untersuchen können.

Dr. Evrard: Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen der PDMR und anderen Repositorien von Krebsmodellen ist, dass wir alle unsere Modelle genetisch und RNA- sequenzieren. Wir machen sie jedoch nicht nur auf einer einzigen PDX, sondern sequenzieren mehrere Tumore von jedem PDX-Modell und machen alle Daten öffentlich. Ziel ist es, den Forschern ein Bild der Heterogenität zu vermitteln, die in diesen Tumoren vorkommt.

Eine Analyse von PDX-Modellen im NCI-Repository zeigte, dass die Modelle wichtige Mutationen behalten, die in den Patiententumoren gefunden werden, von denen sie abgeleitet wurden. Wir wissen also, dass die Modelle den ursprünglichen Tumoren sehr ähnlich sind.

Ihr Ziel mit dem PDMR ist es, Modelle mit biologischer und klinischer Vielfalt zu erstellen. Was bedeutet das?

Dr. Evrard: Einige Krebsarten, wie zum Beispiel Brustkrebs, haben mehrere Untertypen der Krankheit. Und zwischen den Subtypen gibt es eine große Variation in der genetischen Ausstattung und wie das Gewebe unter dem Mikroskop erscheint oder in der Histologie.

Diversität gilt auch für die Patienten, die Gewebe zur PDMR beitragen. Präklinische Modelle rassischer und ethnischer Minderheiten sind in anderen Sammlungen unterrepräsentiert. Daher versuchen wir, diese Vielfalt so weit wie möglich in diese Sammlung zu integrieren.

So finanzierte das NCI zum Beispiel sechs von Minderheiten unterversorgte Standorte des NCI Community Oncology Research Program , um Gewebe zu sammeln, die zur Erzeugung von PDMR-Modellen verwendet werden sollen. Diese Standorte wurden speziell aufgrund der Vielfalt ihrer Patientengruppen ausgewählt. Wir teilen den Forschern im Allgemeinen mit, dass dies etwas ist, das wir erweitern und priorisieren wollen, in der Hoffnung, dass sie Modelle einreichen, die aus dem Gewebe von Minderheitspatienten entwickelt wurden.

Die andere Lücke, die wir derzeit haben, sind Kinderkrebsmodelle. Daher arbeiten wir mit der pädiatrischen Onkologie-Abteilung von NCI zusammen , um die Gewebeproben zu sammeln, die zur Entwicklung weiterer Modelle für Krebs im Kindesalter erforderlich sind. Krebserkrankungen bei Kindern und Erwachsenen sind auf molekularer Ebene sehr unterschiedlich und sie reagieren unterschiedlich auf die Therapie. Mit besseren Modellen können Forscher diese Unterschiede besser verstehen und hoffentlich bessere und sicherere Therapien entwickeln.

Unser Ziel ist es, 1.000 PDX-Modelle zu generieren. Wir sind uns bewusst, dass selbst 1.000 Modelle nicht ausreichen, um all diese Vielfalt zu erfassen, aber es ist ein guter Ausgangspunkt.

Welche Verwendungszwecke sind für diese Modelle vorgesehen?

Dr. Evrard: Im September 2017 startete NCI das PDX-Netzwerk für Entwicklungs- und Testzentren (PDXNet), ein Konsortium aus vier Zentren und einem Datenkoordinierungszentrum, um vorklinische Drogentests in PDX-Modellen auszubauen.

Jedes der Zentren hat eine große Anzahl von PDX-Modellen entwickelt. Über dieses Netzwerk können wir ein Medikament oder eine Medikamentenkombination nehmen und in PDX-Modellen verschiedener Krebsarten testen.

Mit einer großen Modellsammlung können die Forscher des Netzwerks bestimmte Tumorgruppen für Experimente auswählen. Zum Beispiel möchten sie vielleicht ein Medikament in Tumoren mit einer bestimmten genetischen Mutation testen, und es ist ihnen egal, um welche Krebsart es sich handelt. Wir stellen die Daten aus diesen Experimenten zur Verfügung, damit die Forscher wissen, welche Modelle auf welche Medikamente reagieren .

Dr. Doroshow: Das PDXNet-Konsortium wird eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Kombinationen von Prüfpräparaten spielen , die dann im klinischen Phase-1-Studienprogramm von NCI untersucht werden. Wir hoffen auf einen nahtlosen Prozess zur Identifizierung von Wirkstoffkombinationen, die wir in diesen Studien testen möchten.

Ziel ist es, Agenten von unseren pharmazeutischen Partnern zu gewinnen, diese in den PDMR-Modellen zu untersuchen und dann klinische Studien direkt aus den beobachteten Ergebnissen zu entwickeln. Ich glaube nicht, dass es ein anderes nicht-kommerzielles Unternehmen dieses Umfangs gibt. Und diese Ergebnisse werden alle veröffentlicht.

Yvonne A. Evrard, Ph.D., PDMR Operations Manager, Frederick National Laboratory for Cancer Research, und James H. Doroshow, Direktor der NCI-Abteilung für Krebsbehandlung und -diagnose

Dr. Evrard: Und wenn wir eine große Anzahl von Modellen haben, können wir auch die Genetik analysieren, um herauszufinden, ob wir einzigartige oder neue DNA- oder Protein-Biomarker finden können – ähnlich wie die Forscher die Genomdaten aus dem Krebsgenom-Atlas analysiert haben. Für diese Arten von Data-Mining-Studien benötigen Sie eine große Anzahl genetischer Sequenzen von einer großen Anzahl von Tumoren. Wir haben Ermittler, die Daten aus der PDMR auf diese Weise verwenden – sie laden die genetischen Sequenzierungs- und Histologiedaten für bioinformatische Analysen herunter, verwenden sie jedoch nicht im Labor.

Hat die Forschungsgemeinschaft die PDMR verwendet?

Dr. Evrard: Seit Mai 2017 verteilen wir Modelle an Forscher, und wir hatten Gruppen, die für zusätzliche Modelle zurückkamen. Es gibt ein großes Interesse an CRC und organoiden Modellen, die bald herauskommen werden. Ich habe viel positives Feedback von der Community erhalten.

Dr. Doroshow: Wir haben mehr als 150 PDX-Modelle ab April 2018. Wir haben viele Modelle an wissenschaftliche Ermittler verschickt. Wir haben auch Modelle an Pharma- und Biotech-Unternehmen gesendet. Und wir haben Forscher, die gerade die molekularen und klinischen Eigenschaften für die Data-Mining-Forschung herunterladen.

Mini-Symposium über vom Patienten abgeleitete Krebsmodelle, die während der Jahrestagung der American Association for Cancer Research in Chicago abgehalten wurden. Sie diskutierten den Fortschritt verschiedener Krebsmodell-Repositorien, einschließlich der PDMR von NCI und einer ähnlichen Anstrengung in Europa, genannt EurOPDX.

Ein Schwerpunkt der Diskussion lag auf den Bemühungen, neue Krebsmodelle zu generieren, die die Einschränkungen der bestehenden Sammlungen berücksichtigen. Die Teilnehmer berichteten über die Entwicklung neuer Modelle für schwer zu behandelnde Krebsarten, wie z. B. kleinzelligen Lungenkrebs und Krebs, der sich auf das Gehirn ausbreitet, sowie Modelle für normales Brustgewebe von Frauen, die ein hohes Risiko für die Entwicklung einer Brust haben Krebs.

Die an dem Symposium teilnehmenden Wissenschaftler berichteten auch über die Entwicklung von Patienten abgeleiteten Organoiden, in denen sich menschliche Immunzellen befinden, ein wichtiger Bestandteil der Tumor-Mikroumgebung , der in bestehenden Modellen häufig fehlt.

Viele dieser neuen Modelle spiegeln genau die biologischen und molekularen Eigenschaften der ursprünglichen Gewebe wider, von denen sie abgeleitet wurden, erläuterten die Forscher des Symposiums und machten sie damit zu guten Ersatzobjekten für Laboruntersuchungen. Wie viele jedoch festgestellt haben, ist es ein wichtiger Nachteil, dass es unklar ist, wie sich die Merkmale dieser Modelle im Laufe der Zeit ändern können, wenn sie kontinuierlich im Labor wachsen.

Quelle: National Cancer Institute

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