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INTRODUÇÃO

Modelos anímicos desempenham um papel importante no desenvolvimento de drogas e estudos de mecanismos biológicos moleculares. Historicamente, o modelo de câncer de pele induzido por alcatrão de carvão em coelhos desencadeou o desenvolvimento de um modelo de camundongo induzido por carcinógenos. Vários modelos animais foram estabelecidos como uma ferramenta de avaliação para a previsão de carcinógenos e investigação de mecanismos carcinogênicos (1). No entanto, a abordagem de utilizar a exposição crônica a um carcinógeno é demorada e cara, limitando assim sua aplicação no desenvolvimento de medicamentos. Entretanto, os modelos de camundongos ainda são mais atraentes que os modelos de animais grandes devido ao baixo custo, facilidade de manuseio e informação genética conhecida (2). Mais recentemente, foi desenvolvido um modelo de camundongo syngênico injetado com linhas de células murinas (3). As vantagens deste modelo são a reprodutibilidade, a capacidade de induzir facilmente vários tipos de tumores e a imunocompetência. Por outro lado, este modelo frequentemente mostra uma resposta diferente em comparação com os resultados de ensaios in vitro em células cancerosas humanas. Para superar esta desvantagem, o Instituto Nacional do Câncer (NCI) utilizou um método no qual as células cancerosas humanas são injetadas em um rato imunodeficiente. Foi desenvolvida uma bateria de modelos de xenoenxertos a partir de oito linhas diferentes de células cancerígenas NCI (cérebro, cólon, leucemia, pulmão, melanoma, ovário, próstata e renal). Além disso, vários métodos para gerar modelos de camundongos foram estabelecidos para a avaliação da eficácia e toxicidade de novos medicamentos. Um modelo é o modelo geneticamente modificado de camundongos (GEMM), que é um método avançado para avaliar os mecanismos de carcinogênese e resistência a drogas (4). Ratos imunocompetentes são usados para o modelo GEMM, semelhante a um modelo syngênico. Assim, este modelo permite a aplicação do desenvolvimento de um adjuvante imunológico para o câncer. Além disso, este modelo é útil para elucidar processos biológicos e investigar células tumorais e seu microambiente, mas é muito caro, heterogêneo e complicado. Além disso, a frequência, desenvolvimento e crescimento do tumor não coincide no modelo GEMM (4-7). Muitos pesquisadores desenvolveram uma estratégia de avaliação pré-clínica para determinar o potencial terapêutico e para imitar o ambiente tumoral humano. Além do modelo GEMM, os modelos de xenoenxerto in vivo utilizam camundongos nus atípicos e camundongos com imunodeficiência combinada grave (SCID) para o implante de células cancerosas humanas ou tecido tumoral do paciente na pesquisa translacional para ensaios clínicos (8,9). Nesta revisão, os tipos e características dos modelos de xenoenxerto tumoral estão focados no uso no desenvolvimento de drogas anticancerígenas.

Modelo de xenoenxerto tumoral ectópico. Geralmente, células cancerosas humanas são injetadas subcutaneamente na perna posterior ou dorso de camundongos (Fig. 1A). Em um modelo de xenoenxerto tumoral ectópico (modelo ectópico), o local transplantado é diferente da origem das células cultivadas. O modelo ectópico é o modelo padrão de câncer utilizado para validação e avaliação em estudos oncológicos. Após o estabelecimento de linhas de células cancerígenas para o rastreio anticancerígenas no NCI, foram desenvolvidos modelos de xenoenxertos derivados destas linhas celulares. Sessenta linhas celulares derivadas de oito órgãos foram utilizadas para o estabelecimento de modelos de xenoenxerto e foram relatadas informações como tempo de duplicação do tumor e taxa de tumorigenicidade (1). Na Tabela 1, nas linhas de células cancerígenas humanas, a taxa de tomada reprodutível do modelo de xenoenxerto foi superior a 90%. Para a avaliação dos compostos de chumbo obtidos em um teste de triagem in vitro, este modelo demonstrou que as mesmas células cancerígenas podem ser úteis e preditivas, o que é útil para a seleção de um composto cancerígeno aplicável para tradução para um ensaio clínico.

Porque um modelo ectópico pode ser usado para monitorar facilmente aigenicidade e crescimento tumoral, muitos pesquisadores têm utilizado este modelo para avaliação da eficácia anticancerígena (10-12). O volume tumoral (V) é calculado a partir do maior comprimento e do menor comprimento do tumor (Equação1). A partir de vários parâmetros baseados nestes dados, a atividade anticancerígena pode ser avaliada. A razão entre o grupo tratado (T) e o grupo controle (C) (% ideal de T/C), atraso no crescimento tumoral e regressão tumoral foram utilizados (13-15). Foram determinadas as mortes relacionadas com drogas (DRD) e a alteração do peso corporal como parâmetros de toxicidade. Presumiu-se que os DRD tivessem morrido animais em 15 dias, e mais de 20% de perda de peso corporal de camundongos tratados em relação ao controle foi considerado um efeito adverso.

Estes parâmetros ajudam a retirar o composto de chumbo da triagem do medicamento. Ocasionalmente, a resposta medicamentosa dependendo dos tipos de câncer poderia ser comparada sem diferenças individuais, porque dois tipos de células cancerosas poderiam ser transplantadas espontaneamente no mesmo rato e os dois tumores podem apresentar diferenças no crescimento (16). Além disso, o modelo ectópico é muito reprodutível, homogêneo e passível de ser usado.

No entanto, nem todos os tumores podem ser usados como ferramenta de avaliação porque alguns tumores mostram necrose durante a tumorigenicidade e alguns tumores não são sólidos (insubstanciais). Os ratos imunossuprimidos usados para fazer modelos animais representam um microambiente diferente do que o do câncer humano. Portanto, a avaliação da invasão e metástase é limitada neste modelo.

Modelo de xenoenxerto tumoral ortotópico. Modelos alternativos para avaliação da sensibilidade tumoral foram desenvolvidos. O modelo de xenoenxerto tumoral ortotópico (modelo ortotópico) é uma ferramenta avançada, mas é baseado em um microambiente murino imunossupressor. No modelo ortotópico, as células cancerosas humanas são transplantadas para o mesmo local de origem do tumor. Por exemplo, células de câncer de pulmão foram injetadas diretamente no pulmão do camundongo para o modelo ortotópico (Fig. 1B). Neste modelo, é necessário um especialista bem treinado com habilidades cirúrgicas para garantir a reprodutibilidade. A taxa de absorção de tumorigenicidade é difícil de calcular porque quase todos os tumores, exceto o melanoma, são invisíveis a olho nu. Além disso, os modelos ortotópicos são limitados à medição do crescimento tumoral sem sacrifício, ao contrário dos modelos ectópicos subcutâneos. Até hoje, a imagem é o método escolhido para monitorar a progressão do crescimento dos tumores nos modelos ortotópicos. Atualmente, modelos ortotópicos com linhas de células cancerosas que expressam fluorescência ou luciferase são observados por imagem óptica, tomografia computadorizada (TC) ou ressonância magnética (MRI) (17). Para avaliar a carcinogênese e determinar o crescimento do tumor sem sacrifício, é necessário um equipamento caro, portanto a disponibilidade deste modelo é limitada. No entanto, este modelo é clinicamente relevante para o processo de progressão do paciente (por exemplo, invasão). De acordo com o relato de Ho e seus colegas, tumores ortotópicos apresentam crescimento tumoral mais rápido no estágio inicial, angiogênese e hiperpermeabilidade dos vasos sanguíneos em comparação com tumores ectópicos (18). Em alguns tipos de câncer, também foi observada metástase. Por exemplo, o modelo de implante tumoral ortotópico de gordura mamária é também um bom modelo para o câncer de mama. Neste modelo, as metástases tumorais espontâneas assemelham-se à progressão natural do câncer de mama humano (19). Portanto, a atividade anticancerígena e a inibição de metástases poderiam ser avaliadas no mesmo modelo. O modelo de metástase é descrito abaixo em detalhes.

Metastatic cancer model. Tumores que se formam localmente por exposição a radiação ultravioleta, ionizante e carcinogênicos circulam dentro dos vasos e linfonodos via invasão, causando metástase (câncer secundário) em locais que são passíveis de invasão. De acordo com a hipótese de semente e solo de Paget, a célula cancerígena primária (semente) inicia a metástase em um ambiente (solo) adequado, como pulmão, fígado, osso, linfa e cérebro (20). Pesquisas recentes estimularam o desenvolvimento de inibidores de metástase e drogas preventivas baseadas em estudos dos mecanismos da metástase, mas não houve uma ferramenta de avaliação pré-clínica para definir diretrizes para a aprovação de um ensaio clínico.

Para o estabelecimento de um modelo de metástase, vários métodos foram desenvolvidos e existem dois tipos de modelos de xenoenxerto humano. Primeiro, no transplante ortotópico, as células do tumor transplantado dão origem ao tumor primário, o tumor é removido e, em seguida, observa-se a metástase. Por exemplo, as células do melanoma WM239 foram transplantadas em ratos com imunodeficiência combinada grave (SCID) e o tumor primário foi isolado após 4 semanas. Em seguida, foi observada a metástase pulmonar (21). O modelo ortotópico foi feito a partir de células cancerosas da próstata (DU145), e o linfonodo removido foi cultivado e células tumorais isoladas foram reinjetadas em camundongos para obter um modelo de metástase (22). Segundo, as células cancerígenas foram injectadas por via intravenosa em ratos nus (Fig. 1C) ou ratos SCID, onde circularam como células estaminais cancerígenas e desencadearam metástases (23). Este modelo é gerado mais rapidamente do que o modelo anterior. No híbrido dos modelos ectópico e ortotópico e ortotópico, células HT- 29 fluorescentes (câncer de cólon humano) são injetadas subcutaneamente no local ectópico e vários pedaços de tumores HT-29 celibatários são transplantados para o cólon e, em seguida, é observada metástase (24). Geralmente, um modelo de metástase é mais facilmente obtido em ratos SCID do que em ratos nus. Como as metástases, como no modelo ortotópico, são difíceis de observar na aparência, exceto no caso de câncer de pele (25), foram utilizadas linhas celulares geneticamente modificadas (fluorescência (24) ou células luciferas-expressoras (26)) e monitoradas por meio de imagens ópticas in vivo. Freqüentemente, este modelo é aplicado para a teragnose, que envolve a imagem por RM ou tomografia por emissão de pósitrons (PET) (27) para simultaneamente diagnosticar e determinar a terapia anti-cancerígena apropriada. Até o momento, as diretrizes de utilização da metástase como ferramenta de avaliação para o desenvolvimento de medicamentos não foram estabelecidas. Estudos adicionais sobre reprodutibilidade, mecanismos subjacentes à metástase e marcadores são necessários.

Modelo de xenoenxerto tumoral derivado de pacientes. Os modelos de xenograft, apesar das suas vantagens, são limitados na sua capacidade de demonstrar como um paciente com cancro responderia a um determinado tratamento. A previsão fiável da resposta ao medicamento num ensaio clínico é necessária, e os modelos actuais não são suficientes. Num esforço para resolver as deficiências destes modelos, foi desenvolvido e utilizado um xenoenxerto tumoral derivado do paciente (PDTX) (28,29). Como o PDTX envolve o transplante de tecido do paciente com câncer diretamente em camundongos imunodeprimidos (Fig. 1D), a informação genética e os marcadores imunohistológicos são correlativos ao paciente e podem ser aplicados para avaliar novos medicamentos anticancerígenos (30) e terapias oncológicas personalizadas. As várias vantagens do PDTX podem ser resumidas da seguinte forma: 1

No entanto, o modelo PDTX tem restrições técnicas, e é caro e demorado. Acima de tudo, os tumores humanos primários recentemente excisados devem ser entregues do centro cirúrgico para o laboratório dentro de várias horas. Simultaneamente, uma amostra dos tumores humanos primários deve ser examinada através de análise imunohistológica. Portanto, é necessária a cooperação entre o cirurgião, o histologista e o pesquisador. Em seguida, os tumores humanos primários originais podem ser comparados com os tecidos tumorais do enxerto tumoral de passagem. Além disso, é necessária a aprovação de um conselho de revisão institucional (IRB), pois a utilização de tecido tumoral derivado do paciente implica em considerações clínicas e éticas. Apesar destes esforços, a taxa de tomada de PDTX é de cerca de 25% (31-33), e o estabelecimento de PDTX leva cerca de três meses para a primeira passagem (dados não mostrados). Assim como no transplante de xenoorganismos, o primeiro transplante para ratos SCID é necessário para escapar da imunorejecção aguda, e isto é caro. Além disso, o volume de tecido tumoral derivado do paciente é muito limitado, portanto, o número populacional de PDTX deve ser aumentado através da passagem do tecido tumoral. Simultaneamente, cada passagem de tecido tumoral deve ser analisada histopatologicamente e comparada com o tecido original. A partir da segunda passagem, podem ser utilizados ratos nus. Os pedaços de tecidos tumorais podem ser congelados e preservados em nitrogênio líquido.

Embora estes obstáculos, o modelo de PDTX estabelecido está disponível para validação da sensibilidade ao medicamento anticancerígeno e previsão do prognóstico do paciente. O PDTX é certamente um modelo extremamente promissor para a terapia oncológica personalizada. Assim, os centros de pesquisa globais estão preocupados em estabelecer um banco de recursos de PDTX. Durante a última década, o modelo PDTX tem se desenvolvido rapidamente. Este modelo é uma ferramenta promissora para o desenvolvimento de medicamentos anticancerígenos e biomarcadores preditivos.