Phóng to

Một mô hình organoid được làm từ mô vú của con người.

Tín dụng: Viện Ung thư Quốc gia

Kho lưu trữ mô hình có nguồn gốc từ bệnh nhân (PDMR) của NCI là một sáng kiến để tạo và phân phối các mô hình nghiên cứu ung thư được tạo trực tiếp từ mô khối u của bệnh nhân để sử dụng trong nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. NCI gần đây đã mở rộng PDMR để bao gồm nhiều mô hình nghiên cứu hơn, bao gồm các mô hình của một số bệnh ung thư hiếm gặp.

Trong cuộc phỏng vấn này, Yvonne A. Evrard, Ph.D., trưởng chương trình PDMR tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Ung thư Quốc gia Frederick, và James H. Doroshow, MD, giám đốc Phòng Chẩn đoán và Điều trị Ung thư của NCI, thảo luận về lý do tại sao cần có những mô hình này và các đặc điểm độc đáo của kho lưu trữ.

Động lực đằng sau sự phát triển của PDMR là gì?

Tiến sĩ Evrard: Vào năm 2012, Tiến sĩ Doroshow đã tổ chức một cuộc họp với các nhà lãnh đạo nghiên cứu ung thư từ các học viện và công ty dược phẩm để tìm ra những gì cần thiết để thúc đẩy nghiên cứu ung thư tiền lâm sàng.

Những người tham gia cuộc họp cho biết có nhu cầu lớn đối với các mô hình có nguồn gốc từ bệnh nhân—các mô hình trong phòng thí nghiệm gần giống với các khối u ở người hơn là các dòng tế bào ung thư truyền thống, đã được nuôi cấy trong các đĩa nhựa trong nhiều năm. Rất nhiều thay đổi di truyền có thể xảy ra khi bạn nuôi tế bào trong phòng thí nghiệm trong một thời gian dài. Mặc dù các dòng tế bào truyền thống có giá trị to lớn trong nghiên cứu tiền lâm sàng, nhưng chúng ta cần các mô hình tiến gần hơn một bước tới bệnh nhân—các mô hình có khả năng dự đoán kết quả điều trị cao hơn.

PDMR hiện bao gồm các mô hình xenograft có nguồn gốc từ bệnh nhân (PDX), được tạo ra bằng cách lấy một mẫu khối u của bệnh nhân và ghép nó vào chuột. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng những mô hình này có khả năng bắt chước kết quả điều trị của bệnh nhân tốt hơn.

Tiến sĩ Doroshow: Mục tiêu chính của kho lưu trữ này là tạo ra một kho lưu trữ công khai và kho lưu trữ các mẫu và mô hình khối u được mô tả đầy đủ từ góc độ phân tử và lâm sàng, đồng thời cộng đồng bên ngoài có thể dễ dàng tiếp cận với chi phí rất khiêm tốn.

Tất cả các mô hình trong PDMR đều được chú thích lâm sàng. Điều đó có nghĩa là gì và tại sao nó lại quan trọng đối với các nhà nghiên cứu ung thư?

Tiến sĩ Evrard: Chú thích lâm sàng có nghĩa là chúng tôi đã thu thập thông tin liên quan về bệnh nhân có mẫu khối u được sử dụng để tạo mô hình. Điều đó bao gồm lịch sử điều trị ung thư và kết quả, chủng tộc và dân tộc tự báo cáo, lịch sử hút thuốc và nghề nghiệp. Ví dụ, biết rằng một mô hình được phát triển từ một bệnh nhân chưa được điều trị so với một bệnh nhân đã điều trị, giúp các nhà nghiên cứu chọn các mô hình có thể nhạy cảm hoặc kháng với một loại thuốc cụ thể hoặc tìm kiếm các dấu ấn sinh học liên quan đến các đặc tính đó.

Ngoài việc thu thập thông tin về chủng tộc và dân tộc tự báo cáo, chúng tôi còn thực hiện xét nghiệm tổ tiên di truyền trên tất cả các mẫu khối u. Có rất nhiều trường hợp các bệnh ung thư cụ thể có kết quả khác nhau ở những bệnh nhân thuộc các nguồn gốc chủng tộc và dân tộc khác nhau, và trong một số trường hợp, điều này có liên quan đến các thành phần di truyền của tổ tiên họ. Chúng tôi cũng thu thập lịch sử nghề nghiệp của bệnh nhân vì một số nghề nhất định tiếp xúc với hóa chất độc hại nhiều hơn những nghề khác.

Những mô hình mới nào đã được thêm vào kho lưu trữ ?

Tiến sĩ Evrard: Gần đây chúng tôi đã công bố các mô hình của một số loại khối u, bao gồm các mô hình của một số bệnh ung thư hiếm gặp. Chúng tôi đã thêm các bệnh ung thư phụ khoa, sarcoma xương và ung thư phổi tế bào nhỏ, trong số những bệnh khác. Dữ liệu lâm sàng hiện có sẵn để tải xuống và các mô hình có sẵn theo yêu cầu.

NCI PDMR độc đáo như thế nào so với các bộ sưu tập mô hình ung thư khác?

Tiến sĩ Doroshow: Một điểm khác biệt chính là PDMR cuối cùng sẽ có các loại mô hình khác nhau. Chúng tôi đang làm việc để cung cấp các mẫu khối u rắn cho các mô hình PDX và, bất cứ khi nào có thể, để phát triển các dòng tế bào được lập trình lại có điều kiện (CRC) và các mô hình cơ quan từ các mô của bệnh nhân.

CRC là các tế bào khối u của bệnh nhân đã được sửa đổi để chúng có thể được nuôi cấy trong các đĩa thí nghiệm. Trước đây, rất khó để phát triển tế bào của bệnh nhân trong nuôi cấy tế bào. Tuy nhiên, trong vài năm qua, chúng tôi đã học được cách thiết lập thành công các dòng tế bào ung thư từ các mẫu khối u của bệnh nhân bằng cách sử dụng phương pháp tái lập trình có điều kiện này và những dòng tế bào này đang chứng tỏ là công cụ nghiên cứu rất có giá trị, bao gồm cả việc thử nghiệm các loại thuốc ung thư mới tiềm năng.

Organoids là một loại mô hình phòng thí nghiệm khác. Chúng là những cấu trúc ba chiều bắt chước các cơ quan hoặc mô mà chúng bắt nguồn từ đó—trong trường hợp này là các khối u.

Cả hai loại mô hình này thể hiện tốt hơn cấu trúc và độ phức tạp của các khối u ở người so với các dòng tế bào truyền thống. Mục tiêu là cung cấp nuôi cấy tế bào cho các nhà nghiên cứu để thực hiện sàng lọc sinh học hoặc thuốc ban đầu — ít tốn kém hơn so với thử nghiệm trên chuột — và nếu họ nhận được kết quả thú vị, thì họ có thể xác nhận phát hiện trong các mô hình chuột PDX có cùng khối u.

Chúng tôi cũng có gần 100 dòng tế bào được tạo ra từ các nguyên bào sợi liên quan đến khối u—các tế bào mô liên kết là thành phần quan trọng của vi môi trường khối u. Chúng sẽ sớm được thêm vào PDMR để cộng đồng nghiên cứu có thể nghiên cứu sự tương tác giữa các tế bào khối u và nguyên bào sợi liên quan đến ung thư. Trong một số trường hợp, chúng tôi có dòng tế bào khối u và dòng tế bào nguyên bào sợi từ cùng một bệnh nhân, vì vậy các nhà điều tra sẽ có thể nghiên cứu sự tương tác giữa tế bào khối u và nguyên bào sợi từ một bệnh nhân cụ thể.

Việc có các dòng tế bào nguyên bào sợi liên quan đến khối u này sẽ cho phép các nhà nghiên cứu có được bức tranh rõ hơn về cách các tế bào khối u hoạt động trong các khối u thực tế.

Khi có sẵn mô khối u, chúng tôi cũng đang phát triển nhiều loại mô hình này từ cả khối u nguyên phát và nhiều khối u di căn từ cùng một bệnh nhân, để các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu quá trình di căn.

Tiến sĩ Evrard: Một điểm khác biệt quan trọng khác giữa PDMR và các kho mô hình ung thư khác là chúng tôi thực hiện giải trình tự gen và giải trình tự RNA của tất cả các mô hình của chúng tôi. Nhưng chúng tôi không chỉ thực hiện chúng trên một PDX duy nhất, chúng tôi đang giải trình tự nhiều khối u từ mỗi mô hình PDX và công khai tất cả dữ liệu. Mục tiêu là cung cấp cho các nhà nghiên cứu một bức tranh về sự không đồng nhất tồn tại trong các khối u đó.

Một phân tích về các mô hình PDX trong kho lưu trữ của NCI cho thấy rằng các mô hình này giữ lại các đột biến quan trọng được tìm thấy trong các khối u của bệnh nhân mà chúng được tạo ra từ đó. Vì vậy, chúng tôi biết rằng các mô hình gần giống với các khối u ban đầu.

Mục tiêu của bạn với PDMR là tạo ra các mô hình đa dạng về sinh học và lâm sàng. Điều đó nghĩa là gì?

Tiến sĩ Evrard: Một số loại ung thư, chẳng hạn như ung thư vú, có một số loại phụ của bệnh. Và giữa các loại phụ có rất nhiều biến thể trong cấu trúc di truyền và cách mô xuất hiện dưới kính hiển vi hoặc mô học.

Tính đa dạng cũng áp dụng cho những bệnh nhân đóng góp mô cho PDMR. Các mô hình tiền lâm sàng từ các nhóm dân tộc thiểu số và chủng tộc ít được thể hiện trong các bộ sưu tập khác, vì vậy chúng tôi đang cố gắng đưa sự đa dạng đó vào bộ sưu tập này nhiều nhất có thể.

Ví dụ: NCI đã tài trợ cho sáu địa điểm thuộc Chương trình Nghiên cứu Ung thư Cộng đồng NCI chưa được giám sát của cộng đồng thiểu số để thu thập mô được sử dụng để tạo các mô hình PDMR. Các trang web này đã được lựa chọn cụ thể vì sự đa dạng của quần thể bệnh nhân của họ. Chúng tôi cũng đang liên lạc với các nhà nghiên cứu nói chung rằng đây là điều mà chúng tôi đang tìm cách mở rộng và ưu tiên, với hy vọng rằng họ sẽ gửi các mô hình được phát triển từ mô của bệnh nhân thiểu số.

Khoảng trống khác mà chúng tôi hiện có là các mô hình ung thư ở trẻ em. Vì vậy, chúng tôi đang hợp tác với Chi nhánh Ung thư Nhi khoa của NCI để thu thập các mẫu mô cần thiết để phát triển thêm các mô hình ung thư ở trẻ em. Ung thư ở trẻ em và người lớn rất khác nhau ở cấp độ phân tử và chúng có phản ứng khác nhau đối với liệu pháp. Có những mô hình tốt hơn sẽ cho phép các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về những khác biệt này và hy vọng sẽ phát triển các liệu pháp tốt hơn và an toàn hơn.

Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra 1.000 mô hình PDX. Chúng tôi nhận ra rằng ngay cả 1.000 mô hình cũng không đủ để nắm bắt được tất cả sự đa dạng này, nhưng đó là một điểm khởi đầu tốt.

Một số mục đích sử dụng cho các mô hình này là gì?

Tiến sĩ Evrard: Vào tháng 9 năm 2017, NCI đã ra mắt Mạng nghiên cứu các trung tâm thử nghiệm và phát triển PDX (PDXNet), một tập đoàn gồm bốn trung tâm và một trung tâm điều phối dữ liệu, để cố gắng mở rộng quy mô thử nghiệm thuốc tiền lâm sàng trong các mô hình PDX.

Mỗi trung tâm đã phát triển một số lượng lớn các mô hình PDX. Thông qua mạng này, chúng tôi có thể sử dụng một loại thuốc hoặc sự kết hợp thuốc và thử nghiệm nó trong các mô hình PDX của nhiều loại ung thư.

Việc có các bộ sưu tập lớn các mô hình sẽ cho phép các nhà nghiên cứu trong mạng chọn các nhóm khối u cụ thể cho các thí nghiệm. Ví dụ, có thể họ muốn thử nghiệm một loại thuốc trong các khối u có đột biến gen cụ thể và họ không quan tâm loại ung thư đó là gì. Chúng tôi sẽ cung cấp dữ liệu từ những thí nghiệm này để các nhà nghiên cứu biết mô hình nào phản ứng với loại thuốc nào.

Tiến sĩ Doroshow:Tập đoàn PDXNet sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc giúp chúng tôi phát triển sự kết hợp của các tác nhân nghiên cứu mà sau đó sẽ được nghiên cứu trong chương trình thử nghiệm lâm sàng giai đoạn 1 của NCI. Chúng tôi hy vọng sẽ có một quy trình liền mạch để xác định các kết hợp thuốc mà chúng tôi muốn thử nghiệm trong các thử nghiệm này.

Mục tiêu là để có được các tác nhân từ các đối tác dược phẩm của chúng tôi, nghiên cứu các tác nhân đó trong các mô hình PDMR và sau đó phát triển các thử nghiệm lâm sàng trực tiếp từ kết quả mà chúng tôi quan sát được. Tôi không tin rằng có bất kỳ liên doanh phi thương mại nào khác thuộc phạm vi này tồn tại. Và tất cả những kết quả này sẽ được công khai.

Yvonne A. Evrard, Ph.D., Giám đốc Điều hành PDMR, Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Ung thư Quốc gia Frederick, và James H. Doroshow, MD, Giám đốc, Phòng Chẩn đoán và Điều trị Ung thư NCI

Tiến sĩ Evrard: Và một khi chúng tôi có số lượng lớn các mô hình, chúng tôi cũng có thể phân tích di truyền học để xem liệu chúng tôi có thể tìm thấy các dấu ấn sinh học protein hoặc DNA độc đáo hoặc mới hay không — tương tự như cách các nhà nghiên cứu đã phân tích dữ liệu bộ gen từ Bản đồ bộ gen ung thư. Đối với những loại nghiên cứu khai thác dữ liệu đó, bạn cần một số lượng lớn trình tự di truyền từ một số lượng lớn các khối u. Chúng tôi có các nhà điều tra đang sử dụng dữ liệu từ PDMR theo cách đó—họ tải xuống dữ liệu mô học và trình tự gen để phân tích tin sinh học, nhưng không sử dụng các mô hình trong môi trường phòng thí nghiệm.

Cộng đồng nghiên cứu đã sử dụng PDMR chưa?

Tiến sĩ Evrard: Chúng tôi đã phân phối các mô hình cho các nhà nghiên cứu kể từ tháng 5 năm 2017 và chúng tôi đã có các nhóm quay lại để lấy các mô hình bổ sung. Có sự quan tâm lớn đến CRC và các mô hình organoid sắp ra mắt. Tôi đã nghe rất nhiều phản hồi tích cực từ cộng đồng.

Tiến sĩ Doroshow: Chúng tôi có hơn 150 mô hình PDX tính đến tháng 4 năm 2018. Chúng tôi đã gửi nhiều mô hình cho các nhà điều tra học thuật. Chúng tôi cũng đã gửi các mô hình cho các công ty dược phẩm và công nghệ sinh học. Và chúng tôi có các nhà điều tra chỉ đang tải xuống các đặc điểm lâm sàng và phân tử để nghiên cứu khai thác dữ liệu.