Verwendung von PDOS zur Prävention und Behandlung von Krebs bei FAP- und MAP-Patienten
Was ist mit FAP und MAP gemeint?
Familiäre adenomatöse Polyposis (FAP) und MUTYH-assoziierte Polyposis (MAP) sind seltene, vererbbare genetische Erkrankungen, die ein sehr hohes Risiko für Darmkrebs darstellen. Die Patienten entwickeln mehrere adenomatöse Polypen. Hierbei handelt es sich um kleine Wucherungen auf der inneren Darmschleimhaut (Dickdarm) und anderen Bereichen des Darmtrakts.
FAP und MAP sind erbliche Bedingungen, die zur Bildung von Hunderten bis Tausenden von kolorektalen Polypen führen können (Bild von Guts UK Charity)
Polypen können genetische Mutationen erwerben, die die Funktion der normalen Zellmaschinen stören und dazu führen, dass sie schnell und fehlreguliert wachsen. Diese Polypen sind auf dem Weg, bösartig zu werden.
Progression des Kolorektalkarzinoms (Bild der Guts UK Charity)
Das durchschnittliche Alter für die Entwicklung von Polypen bei Patienten mit FAP liegt im mittleren Teenageralter, wobei sich mehrere Polypen im Alter von Jahren entwickeln35. Der MAP kann weniger schwerwiegend sein als der FAP, wobei sich weniger Polypen entwickeln und später. Die Diagnose wird gestellt, indem der genetische Code der Patienten analysiert wird, um nach spezifischen Mutationen in der DNA zu suchen, die angeben, warum die Anweisungen für das normale Zellwachstum beschädigt wurden.
Anschließend erfolgt eine regelmäßige endoskopische Untersuchung des oberen Darms. Bei der Endoskopie wird ein langer, dünner, flexibler Schlauch eingeführt, der am Ende mit einer winzigen Videokamera versehen ist, sodass der Arzt die Darmschleimhaut beim Durchfließen des Schlauchs genau beobachten kann. Die Behandlung erfolgt durch präventive Kolektomie (Entfernung eines Teils oder des gesamten Kolons). Eine weitere Operation kann erforderlich sein, wenn sich Polypen im Duodenum bilden (Duodenektomie). Über die Ursachen von Duodenalpolypen und deren Unterschiede zu kolorektalen Erkrankungen bei FAP und MAP ist nur sehr wenig bekannt. Die Forschung in diesem Bereich hat hohe Priorität, da mit beiden Erkrankungen hohe Kosten für Wirtschaftlichkeit und Lebensqualität verbunden sind.
Der Magen-Darm-Trakt (Bild von der University of Missouri Health Care)
Die Inherited Tumour Syndromes Research (ITSR)-Gruppe hat 3D-Organoidzellmodelle entwickelt, um Duodenalkarzinome bei FAP- und MAP-Patienten darzustellen. In einem gemeinsamen Projekt mit Cellesce (jetzt Teil von Molecular Devices ) und Dr. Laura Thomas (jetzt an der Swansea University ) wurden diese Modelle für den Einsatz in einer industriellen Umgebung weiterentwickelt, um die Wirkstoffforschung zu erleichtern.
Organoide sind 3D-Zellstrukturen, die Miniaturversionen des Gewebes sind, aus dem sie stammen. Organoide werden als repräsentative Modelle für die Erforschung der Ursachen und Auswirkungen von Krankheiten und als für Menschen relevante Plattform für präklinische Tests potenzieller Behandlungen verwendet.
Während der Studie wurden Darmorganoide aus Darmbiopsiematerial von FAP- und MAP-Patienten gewonnen und erweitert, um die Biologie und das Auftreten von Duodenomen oder von normalem Gewebe (je nachdem, wo die Biopsie entnommen wurde) zu replizieren. Dies umfasste zum Vergleich passende Paare kranker und gesunder 3D-Organoidlinien derselben Patienten. Diese Linien werden verwendet, um weitere Forschung zu FAP und MAP zu erleichtern, einschließlich der Wirkstoffforschung.
Duodenale Adenom-Organoide, die aus Biopsiegewebe eines FAP-Patienten gewonnen wurden
Komprimierte 3D-Bildprojektion eines FAP-Organoids eines Duodenaladenoms, aufgenommen mit einem Zeiss 880 LSM-Mikroskop der ITSR-Gruppe. Die blaue Färbung identifiziert DNA in einzelnen Zellen. Die rote Färbung ist ein Marker für Cytokeratin, ein Protein, das speziell in der Magen- und Darmschleimhaut vorkommt. Das Organoid („Mini-Darm“) hat eine kugelförmige Form mit einem hohlen Inneren (entspricht dem Lumen des Darms).
Behandlung mit Wirkstoffen
Die ideale Behandlung für FAP- und MAP-Patienten wäre die Korrektur oder Neutralisierung der Auswirkungen fehlerhafter Anweisungen bei diesen Patienten. Dies würde das Wachstum von Polypen und damit das Fortschreiten der Erkrankung verhindern oder zumindest verzögern und keine unerwünschten Nebenwirkungen verursachen. Bisher wurden keine geeigneten Wirkstoffe gefunden, die diese Anforderungen erfüllen.
Mehrere Pharmaunternehmen arbeiten derzeit daran, völlig neue Behandlungen zu identifizieren und zu entwickeln und auch die Anwendung bestehender Medikamente für den neuartigen Zweck der Behandlung von FAP und MAP zu erforschen.Da die Medikamente bereits für die klinische Anwendung zugelassen wurden, werden die Entwicklungskosten und die Zeit, die für den Patienten aufgewendet werden, erheblich reduziert.
Ein Beispiel für ein wiederverwendetes Medikament ist Guselkumab (Tremfya), das zur Behandlung von Plaque-Psoriasis verwendet wird. Es wirkt, indem es Entzündungs- und Immunantworten blockiert. Janssen Pharmaceuticals (Teil von Johnson and Johnson) führt klinische Studien mit diesem Arzneimittel zur Behandlung von FAP-Patienten durch.
Weitere klinische Studien umfassen Icosapentethyl, das ursprünglich zur Prävention von Herzinfarkten (GLW Pharma) verwendet wurde, Sirolimus (Emtora Biosciences), das nach Nierentransplantaten verwendet wurde, um eine Abstoßung der neuen Niere und der für die nachstehende Studie ausgewählten Medikamente zu verhindern.
Pilotstudie zur Arzneimittelbehandlung
(Samadder NJ, et al. Effekt von Sulindac und Erlotinib vs. Placebo auf Duodenalneoplasie bei familiärer adenomatöser Polyposis: Eine randomisierte klinische Studie. JAMA. 2016 März 22-29;315(12):1266-75. doi: 10.1001/jama.2016.2522. PMID: 27002448; PMCID: PMC5003411.)
Sulindac (Merck): ein nicht-steroidales Antirheumatikum
Erlotinib (Astellas Pharma USA): Tyrosinkinase-Inhibitor, der das Wachstum von Krebszellen mit spezifischen Proteinen (EGFR) auf ihrer Zelloberfläche verlangsamt.
Um zu zeigen, ob die Wirkung dieser Wirkstoffe auf 3D-Organoide die Reaktion des Patienten, das Duodenaladenom und die entsprechenden normalen 3D-Organoidlinien widerspiegelt, werden Sulindac und Erlotinib allein und in Kombination verabreicht. Wenn dies erfolgreich ist, wird dies zeigen, dass das 3D Duodenaladenom und die normalen Organoide von FAP/MAP-Patienten eine geeignete Plattform sind, auf der neuartige Verbindungen und Wirkstoffkombinationen für Patienten mit diesen Erkrankungen getestet werden können. Die Ergebnisse solcher Studien können auch für die sporadische Darmkrebstherapie relevant sein.
Bei Molecular Devices haben wir die Erweiterung der FAP/MAP 3D-Organoid-Linien mit unserem 3D Ready™ Organoid Expansion Service skaliert. Die qualitätskontrollierten Organoide werden in großem Maßstab für hohen Screening-Durchsatz hergestellt, wobei proprietäre Bioreaktor- und Bioprozesstechnologie zur Herstellung zuverlässiger und vorhersagbarer PDOs genutzt wird. Diese großen Zahlen sind von entscheidender Bedeutung, um Organoide in der innovativen Forschung und in High-Throughput-Screenings von Pharmaunternehmen breiter einsetzen zu können, um die Wirkstoffforschung und -entwicklung zu erleichtern. Sprechen Sie mit einem Experten, um mehr über unsere Assay-fertigen Organoide zu erfahren.
Danksagung
Die Wohltätigkeitsorganisation Bowel Cancer West unterstützte die anfängliche Arbeit zur Ableitung und Kultivierung von FAP- und MAP-3D-Organoidmodellen. Die Weiterentwicklung der Modelle wurde gemeinsam von Cellesce und dem Clinical Innovation Accelerator durch Accelerate unterstützt, einem Programm, das zum Teil vom European Regional Development Fund finanziert wird.
Keine der Arbeiten am ITSR-Projekt zur Ableitung, Kultivierung, Erweiterung und Prüfung von FAP- und MAP-Organoidlinien hätte ohne die Unterstützung und harte Arbeit von Verwaltungs-, Forschungs- und klinischen Mitarbeitern in NHS-Krankenhäusern, der Cardiff University, dem Wales Gene Park, der Wales Cancer BioBank und Cellesce erfolgen können. Auch ohne die großzügige Spende von Biopsiegewebe von Patienten mit FAP und MAP wäre dies nicht möglich gewesen, wofür wir uns bedanken.