一、 癌症背景
根据2019年WHO的数据,全球癌症发生率和死亡率都在升高,2020年,全球癌症死亡人数为1000万。下表为36个癌种的新发和死亡率情况。
下图显示了按世界区域男女混合和男女单独的全癌症发病率和死亡率的分布。就男女合计而言,2020年估计一半的癌症病例和58.3%的癌症死亡发生在亚洲。
就我国的的癌症数据看,2019年恶性肿瘤死亡占我国居民死亡原因的近四分之一,平均每天被确诊为癌症的人数超10000人。癌症的增长近10年来都保持在3.9%,死亡率的增幅保持在2.5%。
虽然肿瘤的治疗的研究进展取得了很大的进步,不管是手术还是用药,都趋向更加精准。尤其是随着几年分子技术发展,分子诊断辅助临床治疗也越来越受到重视。但是由于肿瘤患者的个体差异和组织的高度异质性,导致同样的治疗方式可能会产生完全不同的结局。
数据显示,实体瘤一线治疗有效率只有50%,二线、三线治疗有效率只有25%和10%。因此,如何针对每一位患者制定个体化治疗方案,进而实现精准治疗,是临床上迫切需要解决的问题。
二、 应运而生:CDX模型
CDX为cell-line derived xenograft,是细胞系来源的异种移植。将人体肿瘤细胞经过晒外筛选和传代培养后建立稳定细胞系,再注射到免疫缺陷的小鼠体内建立模型。免疫缺陷小鼠的获得是在NOD-SCID的小鼠进行基因敲除,分别敲除掉Rag2基因第3号外显子上101个碱基和Il2rg基因第1号外显子上5个碱基,致使集体B、T、NK缺失,从而形成免疫功能障碍。
CDX模型的细胞获取容易,有非常多的相关文献和数据,整体的成本低,一度成为各大实验室的主流方法。但在2016年,美国NCI(National Cancer Institute)宣布NCI60细胞系退役,NCI60细胞退出药物筛选系统时已使用了25年。意味着CDX模型时代已经过去,原因在于CDX模型缺乏肿瘤特异性和肿瘤的生长环境并且与临床病人缺乏相关性。研究表明,CDX模型筛选的药物在二期临床试验中的有效率仅为30%左右。
三、 更新换代:PDX模型
PDX为Patient-Derived Tumor Xenograft,人源性组织异种移植。将肿瘤患者的新鲜组织经过裁剪(去除肿瘤表面连带的组织、肿瘤外膜及肿瘤内钙化坏死部分)后放置于培养液中,处理成大小均匀的小块后接种到免疫缺陷的小鼠上。
PDX模型传到第2或第3代才能够稳定生长,一般不会超过10代,这样可以尽最大可能保留肿瘤生长的微环境和肿瘤异质性,保证与原发肿瘤具有一致性。
目前PDX模型是临床试验的有利辅助工具,它的优势有:
1、 保留原代肿瘤异质性和肿瘤微环境;
2、 PDX模型的肿瘤与患者的肿瘤相似性高,达到90%以上;
3、 原代肿瘤可保存,为后续应用研究提供便利;
4、 能够反映不同肿瘤来源的样本差异;
四、PDX模型应用
1、 临床试验
PDX临床试验(PCTs)是在人类临床试验和抗癌药物开发之前进行临床决策的重要依据。PCT被称为“II期临床试验样模型”。
PDX模型已成为评估药物疗效和药物敏感性的有力工具,也称为PDX临床试验。一些研究已经在PDX模型中测试了不同药物对不同癌症的反应率。研究表明,PDX模型对药物的反应率与临床结果相关。
事实上,在进行人体临床试验之前,PDX临床试验对于评估抗癌治疗非常重要。因此,这些癌症模型特征致使研究中心和制药公司开始开发PDX存储库。
2、肿瘤生物学
临床上很难反映患者的肿瘤异质性,PDX模型可以反映这种肿瘤间或肿瘤内的异质性。在一项针对乳腺癌的研究表明,PDX模型不仅可以保留肿瘤的异质性,还能保留原代肿瘤的组织形态学特征、基因表达特征、转移能力、标志物、激素反应能力和药物敏感性等多种特性。其他癌种中也有相似的结果,如卵巢癌、宫颈癌、非小细胞肺癌、胰腺癌、黑色素瘤、结直肠癌等。
PDX模型还是研究肿瘤起始细胞(tumor initiating cells,TIC)以及肿瘤干细胞的非常重要的工具。有了PDX模型的辅助,可以从原发肿瘤中获取足够的TIC进行研究。
3、 生物标志物和耐药机制研究
在临床上,PDX模型同样可以用来进行生物标志物的筛选,进而研究是否耐药。在结直肠癌中利用PDX模型,结果显示KRAS突变的肿瘤患者对西妥昔单抗(EGFR抗体)不敏感。在黑色素瘤中利用PDX模型开展了BRAF抑制剂的耐药机制研究,为新的联合治疗方案奠定了基础。
4、免疫治疗研究
近年来,免疫疗法在各种恶性肿瘤的治疗中取得了广泛的成功。在用于免疫治疗的异种移植模型中,适用免疫缺陷小鼠的类型如下表所示
Zhao等人在NOD-SCID Il2rg中,通过I型人类白细胞抗原匹配的人类免疫系统开发了人源化PDX模型−/− (NSG)小鼠作为一种免疫肿瘤学模型,研究pembrolizumab和ipilimumab在该模型中的治疗和副作用的免疫治疗方法。胃癌人源化PDX模型植入人肿瘤和PBMC注射的免疫检查点研究显示,抗检查点单克隆抗体可延缓肿瘤生长。
虽然人源化免疫PDX模型仍需进一步验证。尽管如此,它们最终还是可以成为个性化医疗和临床决策的合适方法,特别是对于新型癌症免疫疗法。
以上便是关于PDX模型及应用的介绍,相信很多小伙伴已经发现了,PDX模型在辅助临床的作用上有着先天优势,其保留原有肿瘤组织的方式让它的试验结果更接近于人体试验。
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