NCI-60 Panel in Predicting Clinical Drug Response

NCI-60 grupė klinikinio atsako į vaistus prognozavimui

NCI-60 žmogaus navikinių ląstelių linijų grupė yra viena iš išsamiausiai apibūdintų vėžio ląstelių linijų kolekcijų biomedicininiuose tyrimuose. Nacionalinio vėžio instituto 8-ojo dešimtmečio pabaigoje sukurta 60 ląstelių linijų, gautų iš devynių skirtingų navikų tipų, ši grupė yra standartizuota platforma priešvėžiniams vaistams tikrinti ir veikimo mechanizmo tyrimams atlikti. Išsamus NCI-60 ląstelių linijų molekulinis profiliavimas kartu su duomenimis apie jautrumą vaistams, apimančiais daugiau kaip 100 000 junginių, leidžia prognozuoti klinikinį atsaką į vaistus ir nustatyti biomarkerius, pagal kuriuos atrenkami pacientai.

Pagrindinės išvados

• NCI-60 grupė apima 60 ląstelių linijų iš devynių vėžio tipų, leidžiančių atlikti plataus spektro jautrumo vaistams atranką
• Genominių, transkriptominių ir proteominių duomenų integravimas su atsaku į vaistus leidžia atrasti biomarkerius
• COMPARE algoritmas pagal NCI-60 atsako modelius nustato junginius, turinčius panašius mechanizmus
• Mašininio mokymosi modeliai, išmokyti pagal NCI-60 duomenis, vis tiksliau prognozuoja klinikinių tyrimų rezultatus
• NCI-60 jautrumas vaistams koreliuoja su pacientų ksenograftų atsaku ir klinikiniais rezultatais konkrečiomis aplinkybėmis

NCI-60 grupės sudėtis ir apibūdinimas

NCI-60 grupė apima 60 žmogaus vėžio ląstelių linijų, atstovaujančių devynių audinių kilmei: plaučių (ne smulkiųjų ląstelių), gaubtinės žarnos, krūties, kiaušidžių, leukemijos, inkstų, melanomos, centrinės nervų sistemos (CNS) ir prostatos vėžio. Kiekviename audinių pogrupyje yra kelios ląstelių linijos, atspindinčios genetinį ir fenotipinį tos vėžio rūšies heterogeniškumą. Ši įvairovė leidžia nustatyti audiniams būdingą jautrumą vaistams ir tarpvėžinius biomarkerius.

Išsamus NCI-60 grupės molekulinis apibūdinimas apima viso egzomo sekoskaitą, RNR sekoskaitą, DNR metilinimo matricas, mikro RNR profiliavimą ir atvirkštinės fazės baltymų matricas (RPPA). Šis daugiakomponentis duomenų rinkinys, viešai prieinamas NCI duomenų bazėse, leidžia integruoti molekulinius požymius su atsako į vaistus duomenimis. Duomenų bazė "CellMiner" suteikia patogią prieigą prie NCI-60 molekulinių ir farmakologinių duomenų, palengvindama biomarkerių paieškos pastangas.

NCI-60 plaučių vėžio pogrupis apima įvairius histologinius potipius ir genetinę aplinką. NCI-H460 ląstelės atspindi stambiųjų ląstelių plaučių vėžį su KRAS mutacija, o NCI-H1299 ląstelės - p53 nulinės adenokarcinomos modelius. NCI-H23 ląstelės ir NCI-H522 ląstelės yra papildomi adenokarcinomos modeliai su skirtingais mutacijų profiliais.

PALYGINKITE Veikimo mechanizmo tyrimų algoritmą

COMPARE algoritmas yra pagrindinė skaičiavimo priemonė, skirta NCI-60 jautrumo vaistams modeliams analizuoti. Sugretinęs tiriamojo junginio augimo slopinimo profilį visose 60 ląstelių linijose su žinomais mechanizmais pasižyminčių junginių profiliais, COMPARE nustato galimus naujų medžiagų veikimo mechanizmus. Dideli koreliacijos koeficientai rodo, kad bandomieji ir etaloniniai junginiai turi bendrus taikinius arba kelius.

COMPARE analizė sėkmingai nustatė daugelio priešvėžinių medžiagų mechanizmus, kurie vėliau buvo patvirtinti biocheminiais tyrimais. Algoritmas išskiria junginius, veikiančius DNR sintezę, mikrotubules, topoizomerazes ir kinazes, remdamasis būdingais NCI-60 atsako požymiais. Šis skaičiavimo metodas pagreitina fenotipinių atrankinių tyrimų metu gautų junginių mechanizmo išaiškinimą.

NCI-60 gaubtinės žarnos vėžio pogrupis rodo skirtingus atsako į vaistus modelius. HCT116 ląstelės pasižymi mikrosatelitiniu nestabilumu ir stipriu atsaku į DNR žalojančius preparatus. HCT-15 ląstelės yra papildomi MSI modeliai, o Caco-2 ląstelės leidžia atlikti žarnyno absorbcijos tyrimus, kurie papildo vaistų atrankos programas. SW620 ląstelės yra metastazavusio storosios žarnos vėžio, turinčio skirtingus jautrumo profilius, pavyzdys.

Genominiai biologiniai žymenys, pagal kuriuos prognozuojamas atsakas į vaistus

Genominių duomenų integravimas su NCI-60 jautrumo vaistams duomenimis leidžia nustatyti genetinius atsaką į vaistus lemiančius veiksnius. Genų mutacijų, kopijų skaičiaus pokyčių ar raiškos lygių ir junginio aktyvumo koreliacijos analizė leidžia nustatyti biomarkerius kandidatus klinikiniam patvirtinimui. Taikant šį metodą buvo sukurta daugybė hipotezių, kurios vėliau buvo patikrintos atliekant klinikinius tyrimus.

KRAS mutacijos būklė yra pavyzdys genominio biomarkerio, patvirtinto NCI-60 grupėje ir klinikinėje aplinkoje. KRAS mutavusios storosios žarnos ir plaučių ląstelių linijos pasižymi mažesniu jautrumu EGFR inhibitoriams, o tai atkartoja klinikinius pacientų stebėjimus. Šis sutapimas patvirtina NCI-60 išvestų biologinių žymenų prognostinę vertę pacientų stratifikacijai.

NCI-60 leukeminių ląstelių linijos yra hematologinių piktybinių navikų vaistų paieškos modeliai. HL-60 ląstelės leidžia atlikti ūminės promielocitinės leukemijos tyrimus, o K562 ląstelės - BCR-ABL teigiamos lėtinės mieloidinės leukemijos tyrimus. Jurkat ląstelės yra T ląstelių ūminės limfoblastinės leukemijos modeliai su skirtingais jautrumo vaistams modeliais. RPMI 8226 ląstelės atstovauja daugybinei mielomai.

Mašininio mokymosi modeliai reakcijai prognozuoti

Šiuolaikiniai mašininio mokymosi metodai, taikomi NCI-60 duomenims, leidžia sukurti prognozuojamuosius modelius, kurių tikslumas yra didesnis nei vieno biologinio žymeklio metodų. Atsitiktinio miško, atraminių vektorių mašinos ir gilaus mokymosi algoritmai, apmokyti pagal integruotus molekulinius požymius, daugeliui junginių jautrumą vaistams prognozuoja kryžminio patikrinimo tikslumu, viršijančiu 80 %. Šie modeliai atspindi sudėtingą daugelio genominių požymių, lemiančių atsaką į vaistus, sąveiką.

Požymių svarbos analizė mašininio mokymosi modeliuose leidžia nustatyti molekulinius požymius, kurie geriausiai prognozuoja atsaką į vaistą. Šis metodas atskleidžia tikėtinus požymius (taikinio raiška, kelio aktyvavimas) kartu su netikėtais prognozuojamaisiais požymiais, kurie sukuria naujas biologines hipotezes. Eksperimentinis modelio nustatytų požymių patvirtinimas patvirtino daug anksčiau nežinomų jautrumą vaistams lemiančių veiksnių.

CNS vėžio ląstelių linijos NCI-60 leidžia atrasti vaistus nuo smegenų navikų. U87MG ląstelės atstovauja daugiaformę glioblastomą - agresyviausią smegenų piktybinį naviką. Inkstų vėžio subpanelė apima įvairius šviesiųjų ląstelių ir papilinės karcinomos modelius, o melanomos ląstelių linijos apima skirtingas BRAF mutacijos būsenas, darančias įtaką atsakui į taikinių terapiją.

Perkėlimas iš NCI-60 į klinikinius rezultatus

Galutinė NCI-60 pagrįstų prognozių vertė priklauso nuo koreliacijos su klinikiniais pacientų rezultatais. Retrospektyvinės analizės, kuriose lyginamas NCI-60 jautrumas vaistams su klinikinių tyrimų rezultatais, rodo skirtingą suderinamumą, priklausomai nuo vėžio tipo, vaisto mechanizmo ir klinikinių galutinių taškų. Stipriausia koreliacija pasireiškia su tiksliniais vaistais, kai molekuliniai biožymenys atitinka vaisto mechanizmą.

Pacientų ksenograftų (PDX) modeliai yra tarpinis NCI-60 ląstelių linijų ir klinikinių rezultatų patvirtinimas. PDX modelių jautrumas vaistams stipriau koreliuoja su klinikiniu atsaku nei vien tik ląstelių linijų duomenys, o tai rodo, kad PDX išvestų NCI-60 biomarkerių patvirtinimas pagerina klinikinių prognozių tikslumą. Šis pakopinis patvirtinimo metodas optimizuoja biomarkerių kūrimo linijas.

Kultūrinės terpės optimizavimas palaiko patikimą NCI-60 ląstelių linijos palaikymą. RPMI 1640 terpė užtikrina standartines daugumos NCI-60 ląstelių linijų kultivavimo sąlygas, o tam tikroms linijoms reikia DMEM arba papildytų preparatų. CM-1 užšaldymo terpė leidžia kaupti apibūdintų ląstelių linijų atsargas, užtikrinant eksperimentinį atkuriamumą.

Apribojimai ir papildomi metodai

Nors NCI-60 grupė suteikia neįkainojamų vaistų paieškos priemonių, reikia pripažinti jai būdingus apribojimus. Ilgalaikis auginimas adaptuoja ląstelių linijas prie in vitro sąlygų, kurios gali skirtis nuo pirminių naviko savybių. Grupė nepakankamai atspindi tam tikrus vėžio tipus ir neturi kai kurių svarbių molekulinių potipių modelių. Be to, viensluoksnių kultūrų sąlygos neatspindi trimatės naviko struktūros ir mikroaplinkos poveikio.

NCI-60 trūkumus galima pašalinti taikant papildomus metodus. Pacientų išvestų organoidų kokybė yra panašesnė į originalius navikus ir leidžia atlikti individualizuotus vaistų bandymus. Bendrakultūrinės sistemos, į kurias įtrauktos stromos ir imuninės ląstelės, modeliuoja mikroaplinkos poveikį, kurio nėra monokultūroje. Išplėstos ląstelių linijų grupės ("Vėžio ląstelių linijų enciklopedija", GDSC) apima daugiau vėžio tipų ir molekulinių potipių.

Kokybės užtikrinimas užtikrina patikimus NCI-60 pagrįstus tyrimus. Ląstelių linijų autentiškumo nustatymas pagal STR profilį patvirtina ląstelių linijų tapatumą, taip sprendžiant dokumentuotą kryžminės taršos problemą ląstelių linijų kolekcijose. Mikoplazmos tyrimas apsaugo nuo klaidinančio mikoplazmos infekcijos poveikio jautrumo vaistams matavimams. Šios kokybės priemonės yra labai svarbios siekiant gauti atkuriamus duomenis, tinkamus klinikiniam panaudojimui.

Išvada

NCI-60 grupė tebėra pagrindinis šaltinis priešvėžiniams vaistams atrasti ir biomarkeriams kurti. Visapusiško molekulinio profiliavimo integravimas su išsamiais jautrumo vaistams duomenimis leidžia atlikti veikimo mechanizmo tyrimus, nustatyti biomarkerius ir kurti prognozavimo modelius. Pripažįstant ląstelių linijų modeliams būdingus apribojimus, NCI-60 grupė ir toliau padeda gauti kliniškai patvirtintų įžvalgų, kurios pagerina pacientų atranką priešvėžiniam gydymui ir padeda kurti racionalias vaistų kūrimo strategijas.