Model z cirkulujících nádorových buněk může zpřesnit výzkum metastazování nádorů

Vědcům z Moravy se podařilo vytvořit a podrobně charakterizovat experimentální model odvozený z cirkulujících nádorových buněk získaných z krve pacientky s metastatickým karcinomem prsu. Xenograft i navazující buněčné kultury si zachovaly tumorigenní a metastatický potenciál a umožnily testovat citlivost k protinádorové léčbě. Model by mohl přispět ke studiu biologické plasticity cirkulujících nádorových buněk i k preklinickému hodnocení nových terapeutických strategií.

Cirkulující nádorové buňky (circulating tumour cells, CTCs) představují buněčnou populaci, která se uvolňuje z primárního nádoru nebo metastatických ložisek do krevního oběhu a podílí se na vzdáleném metastazování. Jejich množství v periferní krvi však bývá velmi malé, což výrazně omezuje možnost podrobněji studovat jejich funkci nebo na nich testovat účinnost léků. Jednou z cest, jak tento problém překonat, je vytvoření xenograftu odvozeného z CTCs (CTC‑derived xenograft, CDX), tedy modelu, v němž jsou lidské nádorové buňky implantovány imunodeficientní myši.

Týmy doc. Mgr. Karla Součka, Ph.D., a doc. Mgr. Jana Bouchala, Ph.D., zapojené do Národního ústavu pro výzkum rakoviny (NÚVR), ve spolupráci s Masarykovým onkologickým ústavem popsaly nový experimentální model odvozený z cirkulujících nádorových buněk pacientky s metastatickým karcinomem prsu. Výzkum spojil expertizu v oblasti experimentální onkologie, molekulární patologie i klinické onkologie. Na projektu se podíleli vědci z Biofyzikálního ústavu AV ČR, Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně (FNUSA‑ICRC), Masarykovy univerzity, Masarykova onkologického ústavu a Univerzity Palackého v Olomouci. Výsledky byly publikovány v květnu v časopisu British Journal of Cancer.

Xenograft vznikl po šesti měsících

Dárkyni CTCs byl multicentrický invazivní karcinom pravého prsu, hormonálně pozitivní a HER2 negativní, diagnostikován ve věku 32 let. Po operaci, adjuvantní chemoterapii, radioterapii a hormonální léčbě došlo s odstupem několika let k relapsu ve skeletu a následně k další progresi navzdory několika liniím systémové léčby.

Vzorek periferní krve byl ženě odebrán přibližně osm a půl roku po stanovení diagnózy. Frakce obohacená o CTCs byla po odstranění většiny leukocytů implantována do ledvinné kapsuly imunodeficientní myši. Nádor se vytvořil po šesti měsících od implantace. Poté jej bylo možné opakovaně přenášet do dalších zvířat, přičemž si zachovával schopnost buněčného růstu.

„Naším cílem nebylo pouze vytvořit další experimentální model. Chtěli jsme získat systém, který co nejvěrněji zachytí biologii cirkulujících nádorových buněk – buněk odpovědných za vznik metastáz. Právě ty jsou jedním z hlavních důvodů, proč pacienti v důsledku nádorových onemocnění umírají, přesto o jejich biologii stále víme překvapivě málo,“ vysvětlil doc. Souček.

Model prokázal schopnost metastazovat

Metastatický potenciál xenograftu autoři ověřili aplikací jeho buněk do myší několika cestami. Po ortotopické implantaci do tukového tělesa mléčné žlázy byly nádorové buňky detekovány zejména v plicích a méně často v játrech. Po aplikaci do ocasní žíly nebo kaudální tepny se objevily také v lymfatických uzlinách a femuru. Po intrakardiálním podání byly u jednoho zvířete zachyceny v mozku.

Lidské nádorové buňky ale byly nalezeny i v krvi a plicích zvířat nesoucích primární xenograft. Tím se potvrdilo, že model dokáže napodobit základní kroky metastatické kaskády: uvolnění nádorových buněk do oběhu, jejich přežití v krvi a následnou diseminaci do vzdálených orgánů.

Výzkumníci sledovali také expresi Trop‑2, markeru spojeného s plasticitou nádorových buněk. Zatímco většina buněk v primárním xenograftu a diseminovaných buněk v plicích byla Trop‑2 pozitivní, CTCs v krvi vykazovaly heterogenní expresi. Model by proto mohl být využit také ke studiu fenotypových změn, jimiž nádorové buňky během metastazování procházejí.

Buněčné kultury si zachovaly tumorigenicitu

Z xenograftu se podařilo vytvořit rovněž dvourozměrné buněčné monovrstvy a trojrozměrné sféroidy. Oba typy kultur rostly pomalu, ale po opětovné implantaci do myší si zachovaly schopnost vytvářet nádory.

„Naše experimenty měly za cíl ověřit, jak výrazně se nádorové buňky po převedení do kultivace in vitro změní. Kultivace vedla k obohacení populace buněk se znaky nádorových kmenových buněk. Tento výsledek je důležitým upozorněním, buněčné kultury představují velmi užitečný model, ale vždy je potřeba počítat s tím, že během kultivace dochází k selekci buněk s určitým typem vlastností,“ uvedla hlavní autorka studie Mgr. Zuzana Kahounová, Ph.D., z Biofyzikálního ústavu AV ČR.

Transkriptom se výrazně lišil od primárního nádoru

Sekvenování RNA ukázalo rozsáhlé rozdíly mezi xenograftem a archivovaným vzorkem primárního nádoru dárkyně CTCs. Diferenciálně exprimováno bylo více než 44 procent analyzovaných genů kódujících protein. V xenograftu byly zvýšeně exprimovány především geny spojené s buněčným dělením, proliferací a progresí buněčného cyklu. Naopak snížená exprese se týkala genů souvisejících s buněčnou adhezí, migrací, interakcí s extracelulární matrix a imunitní odpovědí.

„Transkriptomická analýza ukázala, že buňky během metastatické progrese výrazně mění svůj metabolismus i způsob komunikace s okolním prostředím. Právě tyto změny mohou představovat nové terapeutické cíle, které v primárním nádoru nejsou patrné,“ komentoval výsledky doc. Bouchal.

Nejlépe účinkovala karboplatina

V další části práce autoři ověřovali využitelnost modelu pro testování léčiv. Vedle gemcitabinu a karboplatiny, které pacientka skutečně dostávala, byly na základě analýzy transkriptomických dat vybrány také vandetanib a fostamatinib.

V trojrozměrné kultuře se jako nejúčinnější ukázala karboplatina. Gemcitabin a vandetanib působily až ve vyšších koncentracích, zatímco fostamatinib měl minimální efekt. Podobné výsledky přinesl experiment in vivo: karboplatina u myší téměř úplně potlačila růst xenograftu a současně snížila počet diseminovaných nádorových buněk v plicích. Vandetanib vedl pouze k mírnému, statisticky nevýznamnému zpomalení růstu nádoru.

Výsledek byl do určité míry v souladu s klinickým průběhem onemocnění samotné dárkyně. Po zahájení podávání karboplatiny u ní došlo k regresi supraklavikulárních uzlin, poklesu hodnoty CA 15‑3 a klinickému zlepšení. Léčba však musela být redukována pro trombocytopenii a onemocnění následně progredovalo v centrálním nervovém systému, kam karboplatina proniká jen omezeně.

Perspektivní platforma, zatím však s řadou limitací

Hlavní předností popsaného modelu je kombinace xenograftu in vivo a navazujících buněčných kultur in vitro, kterou lze využít jak ke studiu biologie metastazování, tak k testování léčiv. Významná je rovněž dostupnost párového vzorku primárního nádoru skutečné pacientky.

„Z pohledu klinického onkologa představují CDX modely jednu z nejbližších experimentálních aproximací skutečného metastatického onemocnění. Jejich vytvoření je sice časově náročné a úspěšnost zatím zůstává nízká, ale právě propojení kvalitních klinických dat s experimentálním výzkumem nám umožňuje lépe porozumět tomu, proč některé nádory na léčbu reagují a jiné nikoli,“ poznamenal MUDr. Jiří Navrátil, Ph.D., z Masarykova onkologického ústavu.

Přesto studie ukazuje, že xenografty odvozené z cirkulujících nádorových buněk mohou zachytit některé vlastnosti pokročilého a metastazujícího nádoru, které běžné modely primárního tumoru nepostihují. Do budoucna by mohly pomoci objasnit mechanismy diseminace, vznik terapeutické rezistence a metabolické adaptace nádorových buněk a současně sloužit jako platforma pro preklinické hodnocení individualizovaných léčebných postupů.   

Zdroj: Kahounová Z, Hrušková M, Drápela S, et al. Circulating tumour cell‑derived xenograft as a preclinical platform for metastatic breast cancer. Br J Cancer. 2026 May 18. doi: 10.1038/s41416‑026‑03468‑0. Epub ahead of print.