Рак поджелудочной железы имеет самый высокий уровень смертности среди всех основных видов рака, и, по прогнозам, к 2030 году он станет второй по значимости причиной смертности от рака в Соединенных Штатах. Его особенно трудно лечить, поскольку опухоли поджелудочной железы растут очень быстро и постоянно развиваются. делая их склонными к развитию лекарственной устойчивости.
Органоиды, полученные от пациентов, могут все это изменить. В этой новой биотехнологии исследователи получают небольшие образцы тканей из биопсии пациентов и используют их для выращивания трехмерных клеточных культур в лаборатории. Эти органоиды действуют как миниатюрные модели опухоли поджелудочной железы пациента и могут использоваться для тестирования различных лекарств и оценки того, какое лечение рака может работать лучше всего.
Ажиотаж по поводу клинического потенциала этого инструмента привел в последние годы к взрыву инноваций. В настоящее время проводится более десятка клинических испытаний органоидов, полученных от пациентов. Однако спешка с их проведением в клинических испытаниях привела к тому, что многие экспериментальные параметры еще не полностью проверены.
Недавнее исследование в Институте Солка дает критическое представление о надежности и устойчивости органоидов, полученных от пациентов, в качестве клинической модели рака поджелудочной железы . Результаты, опубликованные в журнале JCI Insight , показывают, что экспрессия генов органоидов и реакция на лекарства не зависят от марки внеклеточного матрикса , используемого в клеточной культуре. Тем не менее, один коммерческий продукт действительно увеличил скорость роста органоидов опухоли поджелудочной железы, что делает его особенно подходящим для быстрых протоколов лечения рака поджелудочной железы.
«Опухоль у всех разная, поэтому нам нужна персонализированная медицина, чтобы подобрать конкретное лечение к конкретной опухоли», — говорит старший автор Данниэль Энгл, доцент кафедры развития Хелен МакЛорейн в Солке. «Вместо того, чтобы играть в эту игру в угадайку, органоиды, полученные от пациентов, предлагают врачам прогностическую модель, которая помогает им с самого начала выбрать правильное лечение».
По мере развития органоидной биотехнологии доступность коммерческих продуктов для поддержки этих исследований увеличивается. Большинство органоидов выращивают в культуральной среде — жидкости, которая снабжает клетки различными питательными веществами, необходимыми им для выживания. Чтобы расти, клеткам также нужно что-то, к чему можно прикрепиться.
В человеческом организме они окружены внеклеточным матриксом, состоящим из белков и других молекул, которые обеспечивают основу для роста клеток. В лаборатории ученые получают этот матричный материал из различных коммерческих источников. В зависимости от продолжительности исследования или статуса коммерческой цепочки поставок лабораториям, возможно, придется использовать матрицы из нескольких коммерческих партий или даже нескольких брендов для завершения своих экспериментов.
Несколько исследований недавно показали, что тип жидкой питательной среды, в которой выращиваются органоиды, может влиять на их фенотип, транскриптом и реакцию на лекарства, а это означает, что в зависимости от типа культуральной среды, в которой выращивался органоид, могут быть рекомендованы различные методы лечения рака. Энгл и ее команда намеревалась оценить, могут ли различия во внеклеточных матриксах иметь аналогичный эффект.
«Каждый раз, когда вы разрабатываете новый клинический анализ, вам необходимо знать, насколько он надежен», — говорит Энгл. «Он должен давать одинаковый результат независимо от того, проводите ли вы тест в лаборатории в Калифорнии, Канаде или Нью-Йорке».
Первый автор Ян К. Лумибао, научный сотрудник лаборатории Энгла на момент исследования, протестировал три наиболее распространенные марки внеклеточного матрикса: Matrigel, Cultrex и UltiMatrix. Используя различные методы исследования, он оценил, влияют ли эти различные продукты на скорость роста органоидов, экспрессию генов и реакцию на лекарства.
Результаты показали, что использование различных коммерческих матриц не привело к значительным изменениям в характере экспрессии генов органоидов или реакции на лекарства, но оказало некоторое влияние на скорость роста тканей.
«Эти матрицы биологически активны, то есть в них есть настоящие белки и сигнальные молекулы, которые могут взаимодействовать с органоидом, поэтому тот факт, что мы не увидели существенных различий в экспрессии генов или реакции на лекарства при использовании матриксов разных марок, был приятным. удивительно и принесло большое облегчение», — говорит Лумибао.
Исследователи протестировали шесть различных лекарств от рака поджелудочной железы — гемцитабин, абраксан, оксалиплатин, иринотекан, фторурацил и траметиниб — и подтвердили, что использование любой из трех коммерческих матриц не изменило бы клиническую необходимость ни для одного пациента.
Однако на одну особенность органоидов повлияла марка матрицы. Органоиды опухоли поджелудочной железы в Матригеле росли намного быстрее по сравнению с двумя другими типами, и это хорошо. Чем быстрее растет органоид, тем быстрее клиницисты получат результаты эксперимента и тем раньше пациент сможет начать лечение.
«При раке поджелудочной железы время решает все», — говорит Энгл. «К тому времени, когда вы поймете, что препарат не действует на пациента, зачастую уже слишком поздно менять план лечения. Мы хотим разобраться в этом как можно скорее, еще до того, как лечение начнется».
Энгл говорит, что Cultrex и UltiMatrix можно использовать для моделей органоидов, и они вряд ли изменят результаты экспериментов, но эксперименты, вероятно, займут на 20–40% больше времени.
Так почему же разные питательные среды оказали такое влияние на органоиды, а разные виды внеклеточного матрикса — нет? Исследователи отмечают, что питательные среды каждой лаборатории могут включать свой собственный рецепт факторов роста, тогда как внеклеточные матрицы, как правило, содержат один и тот же набор факторов роста, но в разных концентрациях. Эти изменения могут быть достаточно тонкими, чтобы не оказывать существенного воздействия на органоиды.
«Наши результаты дают дополнительную уверенность в том, что органоиды, полученные от пациентов, являются точной и надежной платформой для оценки реакции пациента на лекарства и принятия клинических решений», — говорит Энгл. «Наши команды в Солке продолжают оптимизировать органоидную технологию и подтверждать ее полезность в клинических условиях, и мы рады видеть, что это повлияет на результаты лечения пациентов в будущем».
Среди других авторов — Шира Р. Оховат, Кристина Л. Пек, Сяосюэ Линь, Кэтрин Ланде и Шира Йомтубян из Солка, а также Изабелла Нг, Эрве Тириак, Эндрю М. Лоуи и Цзинцзин Цзоу из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
