肿瘤转移和抵抗的临床前建模:当前的挑战和新方法

众所周知，癌症是一种非常复杂的疾病~90%的患者死亡是由转移引起的抵抗通常会发展到一线治疗。为了提高癌症存活率，制药和生物技术研究人员必须开发出安全有效的治疗方法，不仅可以治疗原发肿瘤，还可以治疗转移性肿瘤和获得耐药性的肿瘤。

为了确保没有前途的候选药物在药物开发过程中更早地失败，并加速成功的治疗方法进入临床，制药和生物技术研究人员必须获得更具有生理学代表性的转移和耐药性模型。虽然目前有创新的临床前模型显示出有希望的结果，但它们有局限性，包括无法概括肿瘤的异质性和模拟转移的每个阶段。在这篇文章中，我总结了我从与领先的合同研究组织就这一主题进行的富有洞察力的圆桌讨论中获得的主要收获AACR 2019．

耐药性和转移模型在实验室的挑战

传统上，通过给敏感的癌细胞系注射候选药物，直到有细胞存活的迹象，来评估耐药性。然后，药物剂量将逐步增加，以观察是否会产生耐药细胞。然后，这些抗治疗细胞可以移植到免疫功能低下的小鼠体内，并用作评估潜在二线或三线治疗效果的预处理背景。

传统的转移模型依赖于易于发生转移的基因工程小鼠，或通过精细手术将患者来源的异种移植细胞原位植入小鼠。在骨转移的特殊情况下，主要使用了三种方法——肿瘤细胞可以被系统地输送到免疫功能低下的小鼠的循环系统中，或者直接植入到骨骼中，以评估其形成转移的潜力。虽然这些模拟肿瘤耐药和转移的方法在临床前开发评估候选药物方面显示出有希望的结果，但它们有一些关键的局限性。

要解决的主要问题之一是捕捉肿瘤的巨大异质性在活的有机体内．虽然肿瘤的大多数亚克隆可能对药物敏感或不具有转移潜力，但只需要一两个细胞就可以使治疗无效或发生转移。然而，如果细胞系被用来建立预先处理过的耐药模型来评估下一代疗法，这些细胞将彼此克隆，从而阻止研究人员准确地模拟我们所知道的大多数肿瘤中存在的复杂异质性。

虽然PDX模型提供了转移如何发生的见解，但这些异种移植物模型只允许检查部分转移过程，仅限于循环系统或骨骼中的细胞。因此，大多数转移的小鼠模型都集中在模拟肿瘤细胞在血液中的归巢到次要部位，而不是整个转移过程。由于很少有啮齿类动物表现出自发转移，评估整个过程在活的有机体内仍然是困难的。

除了建模转移和耐药的挑战之外，制药和生物技术研究人员还需要解决如何在单个细胞或亚克隆水平上最好地表征获得性耐药和转移的机制。理想情况下，药物开发人员需要基于每个细胞或亚克隆中发生的遗传和分子变化，模拟患者的肿瘤如何随着治疗时间从药物敏感性演变为耐药性。

评估耐药性发展潜力的另一个关键挑战是这些研究通常在很短的时间内进行。为了满足紧迫的项目时间表，制药和生物技术研究人员经常面临压力，要评估原发肿瘤是否在14-28天内出现耐药性。然而，大多数癌症患者在诊所接受治疗的时间超过几个月。因此，候选药物可能在临床前研究中显示出有希望的结果，但在临床试验中给药给患者时才会产生耐药性。在药物开发的临床前阶段，应纳入更多与临床相关的肿瘤耐药性评估时间框架，以确保只采用真正有效的候选药物。

将转移和耐药性建模推向最前沿

由于绝大多数癌症患者的死亡都是由转移引起的，圆桌会议期间提出的一个关键问题是，制药公司和生物技术公司在进入临床试验之前，没有常规地在转移模型中测试候选药物。此外，针对骨转移(最常见的转移形成部位之一)或对二线或三线治疗产生耐药性的肿瘤开发的癌症治疗方法数量相对较低。问题是，为什么?

当靶向骨转移时，面临的挑战是克服骨细胞与周围环境之间高度复杂和缺乏了解的相互作用肿瘤微环境．靶向这种动态相互作用伴随着其相关的风险，候选药物很有可能无法在临床前研究中显示疗效-特别是如果所使用的骨转移模型不能准确地概括在活的有机体内环境。然而，科学挑战本身不应成为制药和生物技术公司不开发转移性肿瘤治疗方法的理由。此外，为了应对这一挑战，制药和生物技术公司必须能够获得大量的转移和耐药模型，以解释患者之间大量的基因组和分子差异，并揭示哪一部分患者对特定治疗的反应最好。目前只有少数肿瘤转移模型是可用的，但新的方法和技术开发转移模型看起来很有前途。

用新方法加强转移和耐药性建模

重要的是要认识到，尽管存在局限性，用于建模耐药和转移的传统方法在许多癌症疗法的发展中发挥了关键作用。然而，由于最新的研究和技术发展，现在有一些新的模型和方法正在使用，以解决所面临的一些关键挑战。

例如，人源化异种移植小鼠模型能够模拟肿瘤微环境，包括免疫细胞、基质组织和外周血。随着免疫疗法的发展，科学家们最近设计了一种方法用外周血单个核细胞拟人化小鼠．此外,创新的支架被用于生成具有人源化骨骼的小鼠模型这两种方法都提供了一个更相关的生理环境来评估免疫疗法的有效性。

为了在实验室中更好地模拟肿瘤异质性，一项名为MATCH-R的临床研究目前正在进行中，来自300名对靶向分子疗法产生耐药性的癌症患者的活检样本将被用于创建单个患者的PDX模型。通过使用患者活检样本，这些模型将包含存在于原生肿瘤中的不同亚克隆的快照，帮助研究人员揭示获得性耐药的机制，并提供一个模型库，以帮助开发新的治疗方法和治疗策略，针对特定亚组的患者获得性耐药一线治疗。

也有各种创新体外随着取代预测性较差的动物模型的努力继续进行，这些方法开始受到欢迎。例如,膀胱和前列腺肿瘤切片已被培养 体外 作为一种评估个体肿瘤治疗效果的潜在方法．此外,一本小说 体外 骨转移的建模方法最近被证明能保持观察到的许多重要方面在活的有机体内，包括基因表达谱和转移生长动力学。

使转移和肿瘤耐药性成为历史

建立临床前癌症模型，准确地模拟像转移和耐药性这样复杂的情况，是癌症治疗发展的一个基本挑战。近年来，合同研究组织和模型提供商在为制药和生物技术科学家提供创新模型方面取得了巨大进展，这些模型可以增强其药物开发项目的可预测性。然而，由于转移是导致大多数癌症患者死亡的原因，制药公司和生物技术公司必须迎接挑战，开发既安全又有效地靶向转移的精确癌症疗法。为了支持这一点，并降低临床试验中转移疗法失败的风险，合同研究组织和模型提供商需要创建更多具有生理代表性的转移模型。

鉴于癌症继续给我们带来意想不到的挑战，包括最近发现的免疫治疗后肿瘤超进展的现象，癌症研究界密切合作，开发更好的临床前癌症模型，增加对全球最新模型和技术的获取，并最终加速对患者的癌症治疗是很重要的。

作者的传记

菲奥娜·尼尔森是一名生物信息学科学家出身的企业家。Fiona曾在Illumina工作，开发用于解释下一代测序数据和分析癌症基因组的工具，她意识到基因组解释和精准医疗的主要瓶颈是获取正确的数据。她决定打破过时的做法，以加速药物研发。

2013年，Fiona成立了DNAdigest慈善机构，以促进有效和道德的数据共享的最佳实践。2014年，她与他人共同创立了DNAdigestRepositive开发一个在线社区平台，并在全球范围内交换基因组数据。

Fiona对行业的熟悉，确保了Repositive的平台能够提供数据访问解决方案，同时也尊重行业对隐私、数据治理和知识产权保护的需求。这种意识是获得风险投资和获得全球合作伙伴支持的基础，其中包括阿斯利康、勃林格殷格翰、XenTech和上海利德生物科技。

菲奥娜在2018年WISE100榜单是英国100位最鼓舞人心、最具影响力的社会企业女性的索引，她经常应邀在小组讨论会上就基因组学、医学的未来和伦理数据共享等主题发表演讲。