Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός ξενομοσχευμάτων καρκίνου του παγκρέατος από ασθενείς (patient derived xenografts, PDX) σαν παρακλινικά μοντέλα για τον καρκίνο του παγκρέατος

Abstract

Pancreatic cancer (PC) is characterized by an increased incidence and extremely poor prognosis. Therefore, there is a great necessity to identify new biomarkers and develop personalized therapy. In this context, the Patient-Derived Xenografts (PDX) represent a novel and promising preclinical cancer model. PDXs are based on the implantation of cells from the patient's primary tumor into immunocompromised mice. With their ability to mimic the primary tumor microenvironment and highlight clonal heterogeneity, they are emerging as an innovative preclinical platform for studying cancer biology, discovering new biomarkers, and personalized testing of chemotherapeutic drug efficacy.Aquaporins (AQPs) represent a family of proteins with important channel functions, located in the cell membrane, and facilitating the translocation of water. A total of 13 proteins (AQP1-12A, B) are included in the AQP family. AQPs have been investigated for their role in the pathogenesis of various types of cancer, but the study of their role in pancreatic cancer remains limited.In the present Ph.D. thesis, we developed and standardized an orthotopic PDX model of pancreatic cancer in immunocompromised mice. The mouse strains we used were NOD/SCID, NSG, RAG-1, with different levels of immunosuppression per strain. Our results showed that the rate of successful implantation depends on the level of immunodeficiency. NSG mice, characterized by a lack of T, B, and NK cells (triple deficiency), were the most immunodeficient of the three species used in the thesis experiments. These findings highlight the important role of immune surveillance against cancer cells, which represents one of the pillars of cancer.At the same time, this thesis highlighted for the first time a unique genetic signature of 11 genes with differential expression in pancreatic cancer, which are simultaneously prognostic indicators related to patient survival. We also demonstrated the relevant molecular functions and regulatory families of miRNAs. This gene panel can be used in conjunction with existing staging systems to provide improved prognostic information. These data need further investigation and testing in PDX models to fully reveal their involvement in pancreatic cancer.As research into new therapeutic regimens and immunotherapies progresses, the orthotopic PDX models we present in this thesis allow an in-depth evaluation of new drugs in a tumor microenvironment that resembles the patient. Further studies to improve these models are already under development in our laboratory. At the same time, the identification of prognostic markers using in silico techniques allows for their further targeted study in PDX models, in a more cost-effective research approach in terms of time and resources. Finally, the identification of the prognostic role of Aquaporin 7 (AQP7) in pancreatic cancer by our group is the first and only to date recorded in the international literature.

Ο καρκίνος του παγκρέατος (ΚΠ) χαρακτηρίζεται από αυξημένη επίπτωση και εξαιρετικά πτωχή πρόγνωση. Συνεπώς, η ανάγκη αναγνώρισης νέων βιοδεικτών και ανάπτυξης εξατομικευμένης θεραπείας είναι μεγάλη. Σε αυτό το πλαίσιο, τα ξενομοσχεύματα προερχόμενα από ασθενή (Patient Derived Xenografts - PDX) αποτελούν ένα νέο και πολλά υποσχόμενο προκλινικό μοντέλο καρκίνου. Τα PDX βασίζονται στην εμφύτευση κυττάρων προερχόμενων από τον πρωτοπαθή όγκο του ασθενούς σε ανοσοκατεσταλμένα ποντίκια. Με την ικανότητα που προσφέρουν να προσομοιάζουν πιστά στο μικροπεριβάλλον του πρωτοπαθούς όγκου και να αναδεικνύουν την κλωνική ετερογένεια, αναδεικνύονται σε μία καινοτόμο προκλινική πλατφόρμα για τη μελέτη της βιολογίας του καρκίνου, την ανακάλυψη νέων βιοδεικτών και την εξατομικευμένη δοκιμή της αποτελεσματικότητας χημειοθεραπευτικών φαρμάκων.Οι Ακουαπορίνες (Aquaporins – AQPs) αποτελούν μία οικογένεια πρωτεϊνών με λειτουργία διαύλων, που εντοπίζονται στην κυτταρική μεμβράνη και διευκολύνουν τη μετακίνηση ύδατος. Ένα σύνολο 13 πρωτεϊνών (AQP1-12Α, Β) συμπεριλαμβάνονται στην οικογένεια AQP. Οι AQPs έχουν διερευνηθεί για το ρόλο τους στην παθογένεση διαφόρων τύπων καρκίνου, αλλά η μελέτη του ρόλου τους στον καρκίνο του παγκρέατος παραμένει περιορισμένη.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύξαμε ένα ορθοτοπικό μοντέλο PDX καρκίνου παγκρέατος σε ανοσοκατεσταλμένα ποντίκια. Τα στελέχη ποντικιών που χρησιμοποιήσαμε ήταν τα NOD/SCID, NSG, RAG-1, με διαφορετικό επίπεδο ανοσοκαταστολής ανά στέλεχος. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι το ποσοστό επιτυχούς εμφύτευσης εξαρτάται από το επίπεδο ανοσοανεπάρκειας. Τα ποντίκια NSG που χαρακτηρίζονται από έλλειψη T, B, και κυττάρων φυσικών φονέων (NK cells) (τριπλή ανεπάρκεια) ήταν τα πλέον ανοσοανεπαρκή από τα τρία είδη που χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα της διατριβής. Αυτά τα ευρήματα αναδεικνύουν το σημαίνοντα ρόλο της ανοσολογικής επιτήρησης έναντι των καρκινικών κυττάρων, που αντιπροσωπεύει και έναν από τους πυλώνες του καρκίνου. Παράλληλα, η παρούσα διατριβή ανέδειξε για πρώτη φορά μία μοναδική γενετική υπογραφή 11 γονιδίων με διαφοροποιημένη έκφραση στον καρκίνο του παγκρέατος, που αποτελούν ταυτόχρονα προγνωστικούς δείκτες σχετιζόμενους με την επιβίωση των ασθενών. Επίσης, αναδείξαμε τις σχετικές μοριακές λειτουργίες και ρυθμιστικές οικογένειες miRNA. Αυτό το γονιδιακό πάνελ μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με τα υπάρχοντα συστήματα σταδιοποίησης ώστε να διαθέτουμε βελτιωμένες προγνωστικές πληροφορίες. Τα συγκεκριμένα δεδομένα χρήζουν περαιτέρω έρευνας και δοκιμής σε μοντέλα PDX ώστε να αποκαλυφθεί πλήρως η εμπλοκή τους στον καρκίνο του παγκρέατος.Καθώς η έρευνα για νέα θεραπευτικά σχήματα και ανοσοθεραπείες προχωράει, τα ορθοτοπικά μοντέλα PDX που παρουσιάζουμε στην παρούσα διατριβή επιτρέπουν μία σε βάθος εκτίμηση των νέων φαρμάκων σε ένα μικροπεριβάλλον όγκου που ομοιάζει με του ασθενούς. Περαιτέρω μελέτες για τη βελτίωση αυτών των μοντέλων βρίσκονται ήδη σε στάδιο ανάπτυξης στο εργαστήριο μας. Παράλληλα, ο εντοπισμός προγνωστικών δεικτών με in silico τεχνικές επιτρέπει την περαιτέρω στοχευμένη μελέτη τους σε μοντέλα PDX, σε μία πιο αποδοτική ως προς το κόστος, το χρόνο και τους διαθέσιμους πόρους ερευνητική προσέγγιση. Τέλος, η ανάδειξη του προγνωστικού του ρόλου της AQP7 στον καρκίνο του παγκρέατος από την ομάδα μας αποτελεί την πρώτη και μοναδική μέχρι σήμερα καταγραφή στη διεθνή βιβλιογραφία.