Desarrollo de PDX (patient-derived xenografts) ortotópicos de tumores sólidos pediátricos extracraneales

Abstract

La supervivència dels pacients amb tumors sòlids pediàtrics se situa al voltant del 80% als països desenvolupats, percentatge que malgrat les millores terapèutiques no ha augmentat en els darrers 20 anys, principalment per la baixa supervivència associada a alguns tipus tumorals d’alt risc i pels tumors en recaiguda (al voltant del 30%, fins i tot menor per a alguns subtipus). El fet de disposar de bons models preclínics que reflecteixin adequadament les particularitats i l’heterogeneïtat dels tumors pediàtrics al diagnòstic i, sobretot, a la recaiguda, es considera un fet determinant per aconseguir accelerar el desenvolupament de nous tractaments efectius. Els models PDX (Patient-Derived Xenografts) generats en ratolins immunosuprimits a partir de mostres tumorals del pacient, són actualment els models preclínics més propers a la malaltia original. A diferència del que passa en el càncer de l’adult, on cada vegada són més ubics, hi ha pocs models pediàtrics. En els darrers anys alguns grups (principalment, consorcis internacionals) han generat models PDX pediàtrics. Majoritàriament, es tracta de models heterotòpics – implantació del tumor en teixit subcutani – a partir de línies cel·lulars o bé, en menor mesura, mitjançant injecció ortotòpica (a l’òrgan d’origen) després de la disgregació de les mostres tumorals, requerint aquests últims importants inversions econòmiques. Aquests models ortotòpics reflecteixen amb més fidelitat la malaltia original, en reproduir el microambient tumoral i permeten reproduir amb més exactitud les condicions de farmacocinètica i farmacodinàmica que es donen al pacient. Aquesta tesi reflecteix l’esforç i experiència adquirits generant models PDX de tumors sòlids pediàtrics extracranials, procedents de pacients tractats a l’Hospital Universitari Vall d’Hebron. Els models s’han generat majoritàriament mitjançant la implantació ortotòpica (anomenats PDOX) quirúrgica de fragments tumorals sòlids no disgregats, en el marc d’un programa de Medicina Personalitzada en un centre sanitari públic. A partir de 135 mostres tumorals procedents de 112 pacients, s’han establert un total de 46 PDX i corresponen a 14 tipus de càncer. S’han generat models a partir de tumors tractats i no tractats, majoritàriament d’alt risc, refractaris o en recaiguda (local o metastàtica). S’han analitzat diversos factors clínics dels pacients, així com factors relatius a la mostra tumoral i al mètode d’implantació, que podrien influir en l’èxit de la generació de models PDOX pediàtrics i s’ha estudiat la correlació entre l’establiment dels models amb l’evolució clínica dels pacients. Els models s’han validat mitjançant examen histològic morfològic i immunohistoquímic, i s’ha trobat un 97,6% de correlació amb els tumors originals. S’han recopilat les dades genòmiques procedents dels tumors dels pacients com a guia orientativa per a la futura aplicació dels models establerts. Alguns dels PDX establerts s’han emprat per fer experiments de medicina personalitzada en temps real i per estudiar noves molècules amb possibilitats terapèutiques.

La supervivencia de los pacientes con tumores sólidos pediátricos se sitúa en torno al 80% en los países desarrollados, porcentaje que a pesar de las mejoras terapéuticas no ha aumentado en los últimos 20 años, principalmente por la baja supervivencia asociada a algunos tipos tumorales de alto riesgo y para los tumores en recaída (en torno al 30%, incluso menor para algunos subtipos). El disponer de buenos modelos preclínicos que reflejen adecuadamente las particularidades y la heterogeneidad de los tumores pediátricos al diagnóstico y, sobre todo, a la recaída, se considera un hecho determinante para conseguir acelerar el desarrollo de nuevos tratamientos efectivos. Los modelos PDX (Patient-Derived Xenografts) generados en ratones inmunosuprimidos a partir de muestras tumorales del paciente, son actualmente los modelos preclínicos más cercanos a la enfermedad original. A diferencia de lo que sucede en el cáncer del adulto, donde son cada vez más ubicuos, existen pocos modelos pediátricos. En los últimos años algunos grupos (principalmente, consorcios internacionales) han generado modelos PDX pediátricos. Mayoritariamente, se trata de modelos heterotópicos – implantación del tumor en tejido subcutáneo - a partir de líneas celulares o bien, en menor medida, mediante inyección ortotópica (en el órgano de origen) tras la disgregación de las muestras tumorales, requiriendo estos últimos importantes inversiones económicas. Estos modelos ortotópicos reflejan con mayor fidelidad la enfermedad original, al reproducir el microambiente tumoral y permiten reproducir con más exactitud las condiciones de farmacocinética y farmacodinámica que se dan en el paciente. Esta tesis refleja el esfuerzo y la experiencia adquiridos generando modelos PDX de tumores sólidos pediátricos extracraneales, procedentes de pacientes tratados en el Hospital Universitario Vall d´Hebron. Los modelos se han generado mayoritariamente mediante implantación ortotópica (denominados PDOX) quirúrgica de fragmentos tumorales sólidos no disgregados, en el marco de un programa de Medicina Personalizada en un centro sanitario público. A partir de 135 muestras tumorales procedentes de 112 pacientes, se han establecido un total de 46 PDX, correspondiendo a 14 tipos de cáncer. Se han generado modelos a partir de tumores tratados y no tratados, en su mayoría de alto riesgo, refractarios o en recaída (local o metastásica). Se han analizado diversos factores clínicos de los pacientes, así como factores relativos a la muestra tumoral y al método de implantación, que podrían influenciar en el éxito de la generación de modelos PDOX pediátricos y se ha estudiado la correlación entre el establecimiento de los modelos con la evolución clínica de los pacientes. Los modelos se han validado mediante examen histológico morfológico e inmunohistoquímico, hallando un 97,6% de correlación con los tumores originales. Se han recopilado los datos genómicos procedentes de los tumores de los pacientes como guía orientativa para la futura aplicación de los modelos establecidos. Varios de los PDX establecidos se han empleado para realizar experimentos de medicina personalizada en tiempo real y para estudiar nuevas moléculas con posibilidades terapéuticas.

The survival of paediatric solid tumours remains around 80% in developed countries, a percentage that despite therapeutic improvements has not increased in the last 20 years, mainly due to the low survival associated with some high-risk tumour types and with relapsed tumours (around 30%, even lower for some subtypes). Having good preclinical models that adequately reflect the particularities and heterogeneity of paediatric tumours at diagnosis and, above all, at relapse, is considered a determining factor in accelerating the development of new effective treatments. PDX (Patient-Derived Xenografts) models, generated in immunosuppressed mice from patient tumour samples, are considered the closest preclinical models to the original disease. Unlike what happens in adult cancer, where they are increasingly ubiquitous, there are few paediatric PDX models. In recent years, some groups (mainly international consortia) have generated paediatric PDX models in mice. These are mostly heterotopic models (implantation of the tumour in the subcutaneous tissue) from cell lines or, to a lesser extent, by orthotopic injection (in the organ of origin) after processing patient derived tumour samples, the latter requiring significant financial investment. These orthotopic models more faithfully reflect the original disease, by reproducing the tumour microenvironment and making it possible to reproduce more accurately the pharmacokinetic and pharmacodynamic conditions that occur in the patient. This thesis reflects the effort and experience acquired generating PDX models of extracranial paediatric solid tumours from patients treated at the Vall d'Hebron University Hospital. The models have been generated mainly through surgical orthotopic implantation (named PDOX) of undisintegrated solid tumour fragments, within the framework of a Personalized Medicine program in a public health centre. From 135 tumour samples originating from 112 patients, a total of 46 PDX in mice have been established, corresponding to 14 types of paediatric cancer. Models have been generated from tumours at diagnosis (treatment-naive) and treated tumours, most of them high risk, refractory or relapsed (local or metastatic). Several clinical factors of the patients have been analysed, as well as factors related to the tumour sample and the implantation method, which could influence the success of the generation of paediatric PDOX models, and the correlation between the establishment of the models with the clinical evolution of the patients was studied. The models have been validated by histological examination (morphology and immunohistochemistry), finding a 97,6% correlation. Genomic data from the patients' tumours have been compiled as a guideline for the future application of the established models. Some of the established PDX have even been used to carry out personalized medicine in real time and to study new molecules with therapeutic possibilities.