zprávy

Imunoterapie přinesla revoluční změny v léčbě maligních nádorů, ale stále existují někteří pacienti, kteří z ní nemohou mít prospěch. Proto jsou v klinických aplikacích naléhavě potřebné vhodné biomarkery, které by mohly předpovědět její účinnost, maximalizovat účinnost a vyhnout se zbytečné toxicitě.

Biomarkery schválené FDA

Exprese PD-L1. Vyhodnocení hladin exprese PD-L1 pomocí imunohistochemie (IHC) poskytuje skóre podílu nádoru (TPS), což je procento částečně nebo úplně membránově zbarvených nádorových buněk jakékoli intenzity v přežívajících nádorových buňkách. V klinických studiích slouží tento test jako pomocný diagnostický test pro léčbu pokročilého nemalobuněčného karcinomu plic (NSCLC) pembrolizumabem. Pokud je TPS vzorku ≥ 1 %, je uvažována exprese PD-L1; TPS ≥ 50 % indikuje vysokou expresi PD-L1. V úvodní studii fáze 1 (KEYNOTE-001) byla míra odpovědi pacientů v podskupině PD-L1 TPS>50 % užívajících pembrolizumab 45,2 %, zatímco bez ohledu na TPS byla míra odpovědi všech pacientů užívajících tento inhibitor imunitního kontrolního bodu (ICI) 19,4 %. V následné studii fáze 2/3 (KEYNOTE-024) byli pacienti s PD-L1 TPS > 50 % náhodně zařazeni do skupin léčených pembrolizumabem a standardní chemoterapií a výsledky ukázaly významné zlepšení celkového přežití (OS) u pacientů léčených pembrolizumabem.

Aplikace PD-L1 v predikci odpovědí ICI je však omezena různými faktory. Zaprvé, optimální prahová hodnota pro různé typy rakoviny se liší. Například pabolizumab lze použít, pokud je exprese PD-L1 v nádoru u pacientů s rakovinou žaludku, jícnu, močového měchýře a plic 1 %, 10 % a 50 %. Zadruhé, hodnocení buněčné populace exprese PD-L1 se liší v závislosti na typu rakoviny. Například léčba rekurentního nebo metastatického dlaždicobuněčného karcinomu hlavy a krku může zvolit použití jiné testovací metody schválené FDA, a to Komplexního pozitivního skóre (CPS). Zatřetí, mezi expresí PD-L1 u různých druhů rakoviny a odpovědí ICI téměř neexistuje korelace, což naznačuje, že nádorové pozadí může být klíčovým faktorem při predikci biomarkerů ICI. Například podle výsledků testu CheckMate-067 je negativní prediktivní hodnota exprese PD-L1 u melanomu pouze 45 %. Konečně, řada studií zjistila, že exprese PD-L1 je nekonzistentní v různých nádorových lézích u jednoho pacienta, a to i v rámci stejného nádoru. Stručně řečeno, ačkoli počáteční klinické studie NSCLC podnítily výzkum exprese PD-L1 jako možného prediktivního biomarkeru, její klinické využití u různých typů rakoviny zůstává nejasné.

Zátěž nádorových mutací. Zátěž nádorových mutací (TMB) se používá jako alternativní indikátor imunogenicity nádoru. Podle výsledků klinické studie KEYNOTE-158 měli pacienti s alespoň 10 mutacemi na megabázi (vysoká TMB) u 10 typů pokročilých solidních nádorů léčených pembrolizumabem vyšší míru odpovědi než pacienti s nízkou TMB. Za zmínku stojí, že v této studii byla TMB prediktorem PFS, ale nebyla schopna predikovat OS.

Imunoterapeutická odpověď je řízena především rozpoznáváním nových antigenů T-buňkami. Imunogenita spojená s vyšším TMB závisí také na různých faktorech, včetně nádorového neoantigenu prezentovaného nádorem; imunitního systému, který rozpoznává nádorové neoantigeny; schopnosti hostitele iniciovat antigenně specifické odpovědi. Data například naznačují, že nádory s nejvyšší infiltrací některých imunitních buněk mohou ve skutečnosti vykazovat amplifikaci klonů inhibičních regulačních T-buněk (Treg). Kromě toho se rozsah TMB může lišit od potenciálu neoantigenů TMB, protože významnou roli hraje i přesné místo mutace; mutace, které zprostředkovávají různé dráhy prezentace antigenu, mohou ovlivnit prezentaci (nebo neprezentaci) nových antigenů imunitnímu systému, což naznačuje, že vnitřní a imunologické charakteristiky nádoru musí být konzistentní, aby se dosáhlo optimálních ICI odpovědí.

V současné době se TMB měří pomocí sekvenování nové generace (NGS), které se může lišit v závislosti na instituci (interně) nebo na používaných komerčních platformách. NGS zahrnuje sekvenování celého exomu (WES), sekvenování celého genomu a cílené sekvenování, které lze získat z nádorové tkáně a cirkulující nádorové DNA (ctDNA). Za zmínku stojí, že různé typy nádorů mají širokou škálu TMB, přičemž imunogenní nádory, jako je melanom, NSCLC a dlaždicobuněčný karcinom, mají nejvyšší hladiny TMB. Podobně detekční metody určené pro různé typy nádorů mají různé definice prahových hodnot TMB. Ve studiu NSCLC, melanomu, uroteliálního karcinomu a malobuněčného karcinomu plic tyto detekční metody používají různé analytické metody (jako je WES nebo PCR detekce pro specifický počet příbuzných genů) a prahové hodnoty (TMB vysoká nebo TMB nízká).

Mikrosatelity jsou vysoce nestabilní. Vysoce nestabilní mikrosatelit (MSI-H), jakožto biomarker pan-rakovinné odpovědi ICI, má vynikající výkonnost v predikci účinnosti ICI u různých druhů rakoviny. MSI-H je výsledkem defektů opravy chybného párování (dMMR), což vede k vysoké míře mutací, zejména v oblastech mikrosatelitů, což má za následek produkci velkého počtu nových antigenů a nakonec spouštění klonální imunitní odpovědi. Vzhledem k vysoké mutační zátěži způsobené dMMR lze nádory MSI-H považovat za typ nádoru s vysokou mutační zátěží (TMB). Na základě výsledků klinických studií KEYNOTE-164 a KEYNOTE-158 schválil FDA pembrolizumab pro léčbu nádorů MSI-H nebo dMMR. Jedná se o jeden z prvních léků na pan-rakovinné odpovědi schválených FDA na základě biologie nádoru, nikoli histologie.

Navzdory významnému úspěchu existují také problémy, které je třeba si uvědomit při používání statusu MSI. Například až 50 % pacientů s kolorektálním karcinomem s dMMR nereaguje na léčbu ICI, což zdůrazňuje důležitost dalších znaků při predikci odpovědi. Přispívajícími faktory mohou být i další vnitřní znaky nádorů, které nelze vyhodnotit pomocí současných detekčních platforem. Například se objevily zprávy, že pacienti s mutacemi v genech kódujících důležité katalytické podjednotky polymerázy delta (POLD) nebo polymerázy ε (POLE) v oblasti DNA postrádají replikační věrnost a vykazují ve svých nádorech fenotyp „supermutace“. Některé z těchto nádorů mají významně zvýšenou mikrosatelitovou nestabilitu (patří tedy do skupiny MSI-H), ale proteiny pro opravu párových chyb jim nechybí (nejedná se tedy o dMMR).

Kromě toho, podobně jako TMB, je MSI-H také ovlivněn novými typy antigenů generovanými nestabilitou mikrosatelitů, rozpoznáváním nových typů antigenů hostitelem a reakcí imunitního systému hostitele. I u nádorů typu MSI-H bylo identifikováno velké množství jednonukleotidových mutací jako „passenger“ mutace (non-driver mutace). Proto nestačí spoléhat se pouze na počet mikrosatelitů identifikovaných v nádoru; skutečný typ mutace (identifikovaný pomocí specifických mutačních profilů) může zlepšit prediktivní výkon tohoto biomarkeru. Kromě toho pouze malá část pacientů s rakovinou patří k nádorům MSI-H, což naznačuje současnou potřebu širšě použitelných biomarkerů. Proto identifikace dalších účinných biomarkerů pro predikci účinnosti a vedení léčby pacientů zůstává důležitou oblastí výzkumu.

Výzkum biomarkerů založený na organizacích

Vzhledem k tomu, že mechanismem účinku ICI je spíše zvrácení potlačení imunitních buněk než přímé cílení na vnitřní dráhy nádorových buněk, měl by se další výzkum zaměřit na systematickou analýzu prostředí růstu nádoru a interakce mezi nádorovými a imunitními buňkami, což by mohlo pomoci objasnit faktory ovlivňující odpověď ICI. Mnoho výzkumných skupin studovalo nádorové nebo imunitní vlastnosti specifických typů tkání, jako jsou mutace nádorových a imunitních genů, deficity prezentace nádorového antigenu nebo mnohobuněčná imunitní centra nebo agregáty (jako jsou terciární lymfoidní struktury), které mohou predikovat odpovědi na imunoterapii.

Výzkumníci použili NGS k sekvenování nádorového a imunitního exomu a transkriptomu tkání pacientů před a po léčbě ICI a provedli analýzu prostorového zobrazování. Použitím více integrovaných modelů v kombinaci s technikami, jako je sekvenování jednotlivých buněk a prostorové zobrazování nebo multiomické modely, se zlepšila prediktivní schopnost výsledků léčby ICI. Kromě toho komplexní metoda pro hodnocení imunitních signálů nádoru a vnitřních charakteristik nádoru také prokázala silnější prediktivní schopnost. Například komplexní metoda dávkového sekvenování, která současně měří charakteristiky nádoru a imunity, je lepší než jediná analytická proměnná. Tyto výsledky zdůrazňují nutnost simulace účinnosti ICI komplexnějším způsobem, včetně začlenění výsledků hodnocení imunitní kapacity hostitele, vnitřních charakteristik nádoru a imunitních složek nádoru u jednotlivých pacientů, aby se lépe předpovědělo, kteří pacienti budou reagovat na imunoterapii.

Vzhledem ke složitosti začlenění faktorů nádoru a hostitele do výzkumu biomarkerů, stejně jako k potenciální potřebě longitudinální integrace charakteristik imunitního mikroprostředí, se začalo s výzkumem biomarkerů pomocí počítačového modelování a strojového učení. V současné době se v této oblasti objevily některé průlomové výzkumné úspěchy, které naznačují budoucnost personalizované onkologie s pomocí strojového učení.

Výzvy, kterým čelí biomarkery na bázi tkání

Omezení analytických metod. Některé smysluplné biomarkery fungují dobře u určitých typů nádorů, ale ne nutně u jiných typů nádorů. Přestože genové znaky specifické pro nádor mají silnější prediktivní schopnost než TMB a jiné, nemohou být použity pro diagnostiku všech nádorů. Ve studii zaměřené na pacienty s NSCLC bylo zjištěno, že genové mutace lépe prediktivní pro účinnost ICI než vysoký TMB (≥ 10), ale více než polovina pacientů nebyla schopna detekovat genové mutace.

Heterogenita nádoru. Metoda tkáňového biomarkeru odebírá vzorky pouze z jednoho místa nádoru, což znamená, že vyhodnocení specifických částí nádoru nemusí přesně odrážet celkovou expresi všech nádorů u pacienta. Studie například zjistily heterogenitu v expresi PD-L1 mezi nádory a uvnitř nich a podobné problémy existují i ​​u jiných tkáňových markerů.

Vzhledem ke složitosti biologických systémů mohlo být mnoho dříve používaných tkáňových biomarkerů příliš zjednodušených. Buňky v nádorovém mikroprostředí (TME) jsou navíc obvykle mobilní, takže interakce zobrazené v prostorové analýze nemusí odrážet skutečné interakce mezi nádorovými buňkami a imunitními buňkami. I když biomarkery mohou ideálně reprezentovat celé nádorové prostředí v určitém časovém bodě, tyto cíle mohou být stále indukovány a dynamicky se v průběhu času měnit, což naznačuje, že jeden snímek v daném časovém bodě nemusí dobře reprezentovat dynamické změny.

Heterogenita pacientů. I když jsou detekovány známé genetické změny související s rezistencí na ICI, někteří pacienti se známými biomarkery rezistence mohou stále mít prospěch, pravděpodobně kvůli molekulární a/nebo imunitní heterogenitě v rámci nádoru a na různých místech nádoru. Například deficit β2-mikroglobulinu (B2M) může indikovat novou nebo získanou lékovou rezistenci, ale vzhledem k heterogenitě deficitu B2M mezi jednotlivci a v rámci nádorů, stejně jako k interakci mechanismů nahrazování imunitního rozpoznávání u těchto pacientů, nemusí deficit B2M silně predikovat individuální lékovou rezistenci. Proto i přes přítomnost deficitu B2M mohou pacienti z terapie ICI stále mít prospěch.

Organizačně založené longitudinální biomarkery
Exprese biomarkerů se může v průběhu času a s dopadem léčby měnit. Statická a jednorázová hodnocení nádorů a imunobiologie mohou tyto změny přehlédnout a také mohou být přehlédnuty změny v TME nádoru a hladinách imunitní odpovědi hostitele. Četné studie ukázaly, že odběr vzorků před a během léčby může přesněji identifikovat změny související s léčbou ICI. To zdůrazňuje důležitost dynamického hodnocení biomarkerů.

Biomarkery z krve
Výhoda krevní analýzy spočívá v její schopnosti biologicky vyhodnotit všechny jednotlivé nádorové léze a odrážet spíše průměrné hodnoty než specifické hodnoty na místě, což ji činí obzvláště vhodnou pro hodnocení dynamických změn souvisejících s léčbou. Četné výsledky výzkumu ukázaly, že použití cirkulující nádorové DNA (ctDNA) nebo cirkulujících nádorových buněk (CTC) k vyhodnocení minimální reziduální nemoci (MRD) může vést k rozhodnutím o léčbě, ale tyto testy mají omezené informace o predikci, zda mohou pacienti prospět z imunoterapií, jako je ICI. Proto je třeba testování ctDNA kombinovat s dalšími metodami k měření imunitní aktivace nebo imunitní kapacity hostitele. V tomto ohledu bylo dosaženo pokroku v imunofenotypizaci periferních mononukleárních buněk krve (PBMC) a proteomické analýze extracelulárních vezikul a plazmy. Například periferní podtypy imunitních buněk (jako jsou CD8+ T buňky), vysoká exprese molekul imunitních kontrolních bodů (jako je PD1 na periferních CD8+ T buňkách) a zvýšené hladiny různých proteinů v plazmě (jako jsou CXCL8, CXCL10, IL-6, IL-10, PRAP1 a VEGFA) mohou sloužit jako účinné doplňky k dynamickým ko-biomarkerům ctDNA. Výhodou těchto nových metod je, že mohou vyhodnotit změny v nádoru (podobně jako změny detekované ctDNA) a mohou také odhalit změny v imunitním systému pacienta.

Radiomika
Prediktivní faktory obrazových dat mohou efektivně překonat omezení odběru vzorků tkáňových biomarkerů a biopsie a umožňují pozorovat celý nádor a možná další metastatická místa v jakémkoli časovém bodě. Proto se v budoucnu mohou stát důležitou součástí neinvazivních dynamických biomarkerů. Delta radiomika dokáže kvantitativně vypočítat změny v mnoha charakteristikách nádoru (například velikosti nádoru) v různých časových bodech, například před a po léčbě ICI, během léčby a při následném sledování. Delta radiomika dokáže nejen předpovědět počáteční nebo žádnou odpověď na časnou léčbu, ale také identifikovat získanou rezistenci vůči ICI v reálném čase a monitorovat jakoukoli recidivu po úplné remisi. Zobrazovací model vyvinutý pomocí technologie strojového učení je v predikci odpovědi na léčbu a možných nežádoucích účinků dokonce lepší než tradiční standard RECIST. Současný výzkum naznačuje, že tyto radiomické modely mají plochu pod křivkou (AUC) až 0,8 až 0,92 při predikci odpovědi na imunoterapii.

Další výhodou radiomiky je její schopnost přesně identifikovat pseudoprogresi. Radiomický model vytvořený pomocí strojového učení dokáže efektivně rozlišit mezi skutečnou a falešnou progresí opětovným měřením dat CT nebo PET pro každý nádor, včetně faktorů, jako je tvar, intenzita a textura, s AUC 0,79. Tyto radiomické modely mohou být v budoucnu použity k zabránění předčasnému ukončení léčby v důsledku chybného posouzení progrese onemocnění.

Střevní mikrobiota
Očekává se, že biomarkery střevní mikrobioty předpovídají terapeutickou odpověď ICI. Četné studie ukázaly, že specifická střevní mikrobiota úzce souvisí s odpovědí různých typů rakoviny na léčbu ICI. Například u pacientů s melanomem a rakovinou jater je hojnost bakterií čeledi Ruminococcaceae spojena s odpovědí na imunoterapii PD-1. Obohacení bakterií Akkermansia muciniphila je běžné u pacientů s rakovinou jater, rakovinou plic nebo karcinomem ledvinových buněk, kteří dobře reagují na léčbu ICI.

Nový model strojového učení navíc může být nezávislý na typech nádorů a spojovat specifické rody střevních bakterií s terapeutickou odpovědí imunoterapie. Další studie také odhalily specifickou roli, kterou jednotlivé bakteriální skupiny hrají v regulaci imunitního systému hostitele, a dále zkoumaly, jak zabránit nebo podpořit únik rakovinných buněk imunitním systémem.

Neoadjuvantní terapie
Dynamické hodnocení biologie nádoru může vést následné klinické léčebné strategie. Studie neoadjuvantní terapie může vyhodnotit terapeutický účinek prostřednictvím patologické remise v chirurgických vzorcích. Při léčbě melanomu je primární patologická odpověď (MPR) spojena s mírou přežití bez recidivy. Ve studii PRADO vědci určují další klinická intervenční opatření, jako je chirurgický zákrok a/nebo adjuvantní terapie, na základě údajů o patologické remisi specifických pro daného pacienta.

Mezi různými typy rakoviny stále chybí několik nových možností adjuvantní terapie v přímém srovnání. Proto je volba mezi monoterapií imunoterapií a kombinovanou terapií často společně rozhodnuta ošetřujícím lékařem a pacientem. V současné době vědci vyvinuli funkci interferonu gama (IFN gama) obsahující 10 genů jako biomarker pro predikci patologické remise melanomu po neoadjuvantní terapii. Tyto funkce dále integrovali do algoritmu pro výběr pacientů se silnou nebo slabou odpovědí na neoadjuvantní terapii. V následné studii s názvem DONIMI vědci použili toto skóre v kombinaci se složitější analýzou nejen k predikci odpovědi na léčbu, ale také k určení, kteří pacienti s melanomem ve stádiu III potřebují přidání inhibitorů histondeacetylázy (HDACi) ke zvýšení odpovědi na neoadjuvantní léčbu ICI.

Model nádoru odvozený od pacientů
In vitro modely nádorů mají potenciál předpovídat specifické reakce pacienta. Na rozdíl od in vitro platformy používané pro analýzu spektra lékové odpovědi u hematologických malignit čelí solidní nádory větším výzvám kvůli své jedinečné mikrostruktuře nádoru a interakcím s imunitním systémem nádoru. Jednoduchá kultura nádorových buněk nedokáže tyto složité vlastnosti snadno replikovat. V tomto případě mohou nádorové orgány nebo orgánové čipy pocházející od pacientů kompenzovat tato strukturální omezení, protože mohou zachovat původní strukturu nádorových buněk a simulovat interakce s lymfoidními a myeloidními imunitními buňkami, aby se vyhodnotily reakce ICI specifickým způsobem pro daného pacienta, a tím přesněji reprodukovaly biologické vlastnosti v realističtějším trojrozměrném prostředí.

Několik průlomových studií v Číně a Spojených státech přijalo tento nový vysoce věrný trojrozměrný in vitro model nádoru. Výsledky ukazují, že tyto modely dokáží efektivně předpovídat reakci rakoviny plic, rakoviny tlustého střeva, rakoviny prsu, melanomu a dalších nádorů na ICI. To pokládá základ pro další ověřování a standardizaci prediktivní výkonnosti těchto modelů.