3D органоиды помогут найти персонализированное лечение опухоли

Ученые создали особые трехмерные культуры (или «органоиды») из опухолевых клеток человека, которые точно воспроизводят основные характеристики исходных опухолей и могут использоваться во время крупномасштабного скрининга лекарственных препаратов, проводимого с целью обнаружения персонализированного подхода к лечению пациента на основе его генетического профиля, что позволит улучшить клинический исход. Результаты исследования были опубликованы в журнале Cell.

«Впервые из опухолей человека была создана коллекция раковых органоидов, или так называемый живой биобанк. По нашему мнению, органоиды представляют собой новый важный инструмент в арсенале специалистов в области биологии рака, и они могут помочь разработать более эффективные методы лечения новообразований», – говорит один из авторов исследования Мэтью Гарнетт (Mathew Garnett), генетик из Wellcome Trust Sanger Institute (Великобритания).

Чтобы изучить причины развития рака и разработать новые методы лечения новообразований, многие лаборатории используют экспериментальные модельные системы, например, клетки, полученные из опухолей пациентов. Однако, доступные в настоящее время клеточные линии были получены в неоптимальных условиях и, следовательно, не воспроизводят важные особенности опухолевых клеток. В результате ученым зачастую трудно спрогнозировать чувствительность отдельных пациентов к лекарственным препаратам на основании анализа их уникального спектра генетических мутаций.

За последние годы ученые разработали альтернативный подход к культивированию нормальной и злокачественной ткани в чашке Петри – органоидные культуральные системы. В отличие от клеточных линий, органоиды проявляют основные характеристики исходной ткани с точки зрения ее трехмерной архитектуры, представленных типов клеток и их способности к самообновлению. Приняв во внимание преимущества использования органоидов, Гарнетт и Ханс Клеверс (Hans Clevers) из Hubrecht Institute (Нидерланды) решили проверить, могут ли эти культуры помочь заполнить «пробел», существующий между генетикой рака и результатами лечения пациентов.

Ученые вырастили 22 органоида, созданные из опухолевой ткани 20 пациентов с раком ободочной и прямой кишки, а затем секвенировали геномную ДНК, выделенную из этих культур. Генетические мутации в органоидах практически полностью совпали с мутациями, обнаруженными в соответствующих биопсиях опухолевой ткани. Полученные данные также совпали с результатами предыдущих крупномасштабных исследований мутаций, ассоциированных с развитием рака ободочной и прямой кишки. Результаты нового исследования показали, что культуры точно воспроизводили геномные особенности опухолевой ткани, из которой они были получены, а также большую часть геномного разнообразия, ассоциированного с раком ободочной и прямой кишки.

Чтобы продемонстрировать ассоциативную взаимосвязь между лекарственной чувствительностью и генетическими особенностями опухолей, ученые исследовали ответы органоидов на применение 83 экспериментальных и одобренных к применению противораковых препаратов. Учитывая разнообразные генетические профили, органоиды проявили разную чувствительность к лекарственным препаратам. При валидации подхода, исследователи выявили ранее установленную ассоциативную взаимосвязь между специфическими мутациями и устойчивостью к определенным лекарственным препаратам. Органоиды также помогли обнаружить новую корреляцию между геном и лекарственным препаратом, что позволило выявить подгруппу онкологических пациентов с мутациями гена RNF43, которых можно вылечить с помощью препаратов, ингибирующих белок поркупин. «В будущем этот подход можно использовать для моделирования индивидуального ответа пациента на терапию рака, чтобы информировать о его клиническом лечении», – говорит Гарнетт.

В будущем исследователи планируют расширить панель существующих органоидов рака ободочной и прямой кишки, а также разработать органоидный биобанк для других типов опухолей. «Рак является разнообразным и сложным заболеванием, и нужно иметь большую коллекцию органоидов, чтобы охватить это разнообразие и позволить ученым и врачам разработать новые методы лечения», – комментирует Гарнетт.

Трехмерные культуры-органоиды, созданные из здоровой и опухолевой ткани пациентов с раком ободочной и прямой кишки, используются для высокопроизводительного скрининга лекарственных препаратов с целью обнаружения персонализированного подхода к лечению пациента на основе его генетического профиля. (фото: van de Wetering et al./Cell 2015)