SNU Cell Lines in Immunotherapy Biomarker Discovery

สายเซลล์ SNU ในการค้นพบตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันบำบัด

การระบุตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่เชื่อถือได้ยังคงเป็นหนึ่งในความท้าทายที่สำคัญที่สุดในการพัฒนาภูมิคุ้มกันบำบัดเซลล์ไลน์ของมหาวิทยาลัยแห่งชาติโซล (SNU) ซึ่งได้มาจากผู้ป่วยโรคมะเร็งกระเพาะอาหารและลำไส้ใหญ่จากเกาหลี ได้กลายเป็นเครื่องมือที่มีคุณค่าอย่างยิ่งสำหรับการค้นพบตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ (biomarker) เนื่องจากมีโปรไฟล์ทางพันธุกรรมที่ได้รับการจำแนกไว้เป็นอย่างดี มีภูมิทัศน์ของการกลายพันธุ์ที่หลากหลาย และมีการบันทึกการตอบสนองต่อสารกระตุ้นภูมิคุ้มกันไว้อย่างเป็นระบบ เซลล์ไลน์เหล่านี้มอบแบบจำลองที่มีความเกี่ยวข้องทางคลินิกให้แก่ผู้วิจัย ซึ่งช่วยเชื่อมช่องว่างระหว่างการค้นพบในห้องปฏิบัติการกับผลลัพธ์ของผู้ป่วย ทำให้สามารถระบุตัวบ่งชี้ที่สามารถทำนายการตอบสนองต่อการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันบำบัดได้อย่างเป็นระบบ

ประเด็นสำคัญ

• สายเซลล์ SNU เสนอโมเดลที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรมซึ่งเป็นตัวแทนของประชากรผู้ป่วยชาวเอเชียในการวิจัยภูมิคุ้มกันบำบัด
• เซลล์ไลน์เหล่านี้แสดงระดับของ PD-L1, สถานะ MSI และภาระการกลายพันธุ์ของเนื้องอกที่แตกต่างกัน ซึ่งมีความสำคัญต่อการศึกษาตัวยับยั้งจุดตรวจภูมิคุ้มกัน
• แบบจำลองมะเร็งกระเพาะอาหารของ SNU ช่วยให้สามารถระบุตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่ทำนายการตอบสนองต่อการรักษาด้วยยาต้าน PD-1/PD-L1 ได้
• การวิเคราะห์โปรไฟล์ทางจีโนมและโปรตีโอมิกส์แบบบูรณาการของสายพันธุ์ SNU เผยเป้าหมายใหม่สำหรับการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันบำบัด
• แผงเซลล์ไลน์ SNU ช่วยอำนวยความสะดวกในการคัดกรองการแสดงออกของจุดตรวจภูมิคุ้มกันแบบผ่านปริมาณสูง

ความหลากหลายทางพันธุกรรมของสายเซลล์ SNU สำหรับการสร้างแบบจำลองภูมิคุ้มกันบำบัด

คอลเลกชันเซลล์ไลน์ SNU เป็นกลุ่มตัวอย่างที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรม ซึ่งสะท้อนความหลากหลายทางโมเลกุลที่พบในประชากรผู้ป่วยมะเร็งกระเพาะอาหารและลำไส้ใหญ่ในเอเชีย เซลล์ไลน์เหล่านี้ถูกจัดตั้งขึ้นที่โรงพยาบาลมหาวิทยาลัยแห่งชาติโซล โดยแต่ละเซลล์ไลน์มีลักษณะการกลายพันธุ์ที่แตกต่างกัน ครอบคลุมยีนก่อมะเร็ง ยีนกดการเจริญเติบโตของเนื้องอก และยีนที่เกี่ยวข้องกับเส้นทางการซ่อมแซมดีเอ็นเอ ความหลากหลายทางพันธุกรรมนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวิจัยตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันบำบัด เนื่องจากช่วยให้สามารถเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมเฉพาะกับรูปแบบการตอบสนองต่อการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันได้อย่างเป็นระบบ

เซลล์ไลน์มะเร็งกระเพาะอาหารของ SNU แสดงสถานะความไม่เสถียรของไมโครแซทเทลไลต์ (MSI) ที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพของตัวยับยั้งจุดตรวจภูมิคุ้มกันเนื้องอกที่มีสถานะ MSI-สูงแสดงให้เห็นการผลิตเนโอแอนติเจนที่เพิ่มขึ้นและการแทรกซึมของเซลล์ภูมิคุ้มกัน ทำให้สถานะ MSI เป็นไบโอมาร์คเกอร์ที่ได้รับการยืนยันสำหรับการรักษาด้วยยาต้าน PD-1 ในมะเร็งกระเพาะอาหาร การมีอยู่ของทั้งสายพันธุ์เซลล์ MSI-สูงและไมโครแซทเทลไลต์ที่เสถียร (MSS) ทำให้สามารถทำการศึกษาเปรียบเทียบเพื่ออธิบายพื้นฐานเชิงกลไกสำหรับการตอบสนองต่อการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันที่แตกต่างกัน

สำหรับการวิจัยมะเร็งกระเพาะอาหารอย่างครอบคลุม นักวิจัยมักใช้แบบจำลองเซลล์ เช่นเซลล์ AGSร่วมกับสายพันธุ์ SNU เพื่อสร้างชุดเปรียบเทียบเซลล์ KATO-IIIให้การแทนที่มะเร็งกระเพาะอาหารชนิดแพร่กระจายเพิ่มเติมในขณะที่เซลล์ MKN-45 และเซลล์ MKN-74ช่วยในการสร้างแบบจำลองมะเร็งกระเพาะอาหารชนิดอะดีโนคาร์ซิโนมาแบบลำไส้

โปรไฟล์การแสดงออกของ PD-L1 ในสายเซลล์ SNU

การแสดงออกของโปรแกรมพีดี-ไลแกนด์ 1 (PD-L1) ทำหน้าที่เป็นไบโอมาร์คเกอร์หลักในการคัดเลือกผู้ป่วยสำหรับการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันบำบัด สายเซลล์ SNU แสดงระดับการแสดงออกของ PD-L1 ที่แตกต่างกันทั้งแบบคงที่และแบบเหนี่ยวนำ ซึ่งช่วยให้นักวิจัยมีแบบจำลองที่ครอบคลุมช่วงเต็มของการแสดงออกของ PD-L1 ที่พบในทางคลินิก ความแปรปรวนนี้เอื้อต่อการศึกษาเชิงกลไกที่ตรวจสอบการควบคุมการแสดงออกของ PD-L1 และความสัมพันธ์กับการตอบสนองต่อการยับยั้งจุดตรวจภูมิคุ้มกัน

การกระตุ้นด้วยอินเตอร์เฟอรอน-แกมมา (IFN-γ) ในเซลล์ไลน์ SNU เผยให้เห็นรูปแบบการเหนี่ยวนำ PD-L1 ที่แตกต่างกันซึ่งสัมพันธ์กับความสมบูรณ์ของเส้นทาง JAK-STAT ที่อยู่ต้นน้ำ เซลล์ไลน์ที่มีการกลายพันธุ์ของ JAK1/2 แสดงการเพิ่มขึ้นของ PD-L1 ที่บกพร่องหลังการสัมผัส IFN-γ ซึ่งจำลองกลไกการดื้อที่พบในผู้ป่วยที่ดื้อต่อการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันบำบัด ลักษณะนี้ช่วยให้สามารถคัดกรองกลยุทธ์การรักษาร่วมที่สามารถเอาชนะข้อบกพร่องในการเหนี่ยวนำ PD-L1 ได้

การตรวจสอบทางภูมิคุ้มกันของปฏิสัมพันธ์ระหว่างเนื้องอกกับภูมิคุ้มกันต้องการแบบจำลองเซลล์ภูมิคุ้มกันที่เหมาะสมเซลล์ THP-1ทำหน้าที่เป็นแบบจำลองของเซลล์โมโนไซต์/แมคโครฟาจสำหรับการศึกษาการเพาะเลี้ยงร่วมเพื่อประเมินการสื่อสารระหว่างเซลล์เนื้องอกกับเซลล์ภูมิคุ้มกันเซลล์ Jurkat E6.1ให้แบบจำลองของเซลล์ T สำหรับการประเมินผลของตัวยับยั้งจุดตรวจต่อเซลล์ T ที่มีการกระตุ้นในสภาวะที่มีเซลล์เนื้องอกแสดง PD-L1

การประเมินภาระการกลายพันธุ์ของเนื้องอกโดยใช้แผง SNU

ภาระการกลายพันธุ์ของเนื้องอก (Tumor mutational burden: TMB) ได้กลายเป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่สามารถทำนายการตอบสนองต่อการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันบำบัดในเนื้องอกหลายชนิด เซลล์ไลน์ SNU ที่ครอบคลุมกลุ่มที่มี TMB ต่ำ ปานกลาง และสูง ช่วยให้สามารถประเมินความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณการกลายพันธุ์กับความสามารถในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้อย่างเป็นระบบ การหาลำดับพันธุกรรมแบบครอบคลุมทั้งเอ็กซอน (Whole-exome sequencing) ของแผงเซลล์ SNU ได้กำหนดค่าอ้างอิงของ TMB ซึ่งเอื้อต่อการเปรียบเทียบกับตัวอย่างทางคลินิก

สายเซลล์ SNU ที่มี TMB สูงสร้างเนโอแอนติเจนที่คาดการณ์ได้จำนวนมากซึ่งสามารถกระตุ้นการตอบสนองของเซลล์ T ได้ อัลกอริธึมการทำนายเนโอแอนติเจนที่นำไปใช้กับข้อมูลจีโนมของ SNU สามารถระบุเอพิโทปที่เป็นผู้สมัครสำหรับการศึกษาการตรวจสอบเพื่อประเมินการรับรู้ของเซลล์ T วิธีการนี้ช่วยให้สามารถระบุการกลายพันธุ์ที่ก่อให้เกิดภูมิคุ้มกันซึ่งอาจทำหน้าที่เป็นเป้าหมายการรักษาสำหรับวัคซีนเนโอแอนติเจนส่วนบุคคลหรือการบำบัดด้วยเซลล์แบบรับเลี้ยง

ความสัมพันธ์ระหว่าง TMB และการตอบสนองต่อตัวยับยั้งจุดตรวจภูมิคุ้มกันในเซลล์ไลน์ SNU ได้รับการยืนยันแล้วผ่านการทดสอบร่วมเพาะเลี้ยงในหลอดทดลองและการศึกษาในสัตว์ทดลองโดยใช้หนูที่มีระบบภูมิคุ้มกันสมบูรณ์เซลล์ K562ทำหน้าที่เป็นเซลล์เป้าหมายสำหรับการทดสอบความเป็นพิษของเซลล์คิลเลอร์ตามธรรมชาติ ซึ่งช่วยเสริมการศึกษาเซลล์ Tในขณะที่เซลล์ HL-60ให้แบบจำลองสายพันธุ์ไมอีลอยด์สำหรับการศึกษาสภาพแวดล้อมจุลภาคของเนื้องอก

การค้นพบตัวบ่งชี้ทางชีวภาพแบบบูรณาการทางจีโนมิกส์และโปรตีโอมิกส์

การวิเคราะห์ข้อมูลหลายมิติของเซลล์ไลน์ SNU เผยให้เห็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่เป็นไปได้ซึ่งนอกเหนือจากตัวบ่งชี้ที่ได้รับการยอมรับแล้ว เช่น สถานะ PD-L1 และ MSI การวิเคราะห์ทรานสคริปโตมิกส์ระบุลายเซ็นการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการกีดกันเซลล์ T การตอบสนองต่ออินเตอร์เฟอรอน และการเปลี่ยนผ่านจากเยื่อบุผิวไปเป็นเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน ซึ่งสามารถทำนายผลลัพธ์ของการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันบำบัดได้ ลายเซ็นเหล่านี้ช่วยให้สามารถแบ่งกลุ่มผู้ป่วยได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้ตัวบ่งชี้เดี่ยว

การสร้างโปรไฟล์โปรตีโอมิกของสายเซลล์ SNU วัดปริมาณโมเลกุลที่ปรับภูมิคุ้มกันบนพื้นผิว รวมถึงตัวรับเช็คพอยต์เพิ่มเติม (TIM-3, LAG-3, TIGIT), โมเลกุลร่วมกระตุ้น (CD80, CD86, ICOS-L) และส่วนประกอบของเครื่องจักรนำเสนอแอนติเจน การวิเคราะห์ภูมิคุ้มกันบนพื้นผิวอย่างครอบคลุมนี้ระบุเป้าหมายการบำบัดด้วยภูมิคุ้มกันแบบผสมผสานและทำนายความไวต่อตัวยับยั้งเช็คพอยต์ที่กำลังเกิดขึ้นใหม่

การปรับสภาพการเพาะเลี้ยงเซลล์ให้เหมาะสมต้องอาศัยสูตรอาหารเลี้ยงเซลล์ที่เหมาะสมRPMI 1640 Mediumให้สภาวะการเพาะเลี้ยงมาตรฐานสำหรับการทดสอบที่ใช้เซลล์ลิมโฟไซต์เป็นหลัก ในขณะที่DMEMสนับสนุนการคงสภาพเซลล์มะเร็งชนิดเยื่อบุผิว การแช่แข็งอย่างเหมาะสมด้วยFreeze Medium CM-1ช่วยให้มั่นใจในความสมบูรณ์ของสายพันธุ์เซลล์ตลอดระยะเวลาการทดลอง

การคัดกรองแบบผ่านปริมาณสูงเพื่อหาแบบแผนการแสดงออกของจุดตรวจ

แผงเซลล์ไลน์ SNU ช่วยให้สามารถใช้วิธีการคัดกรองแบบขยายขนาดได้เพื่อระบุรูปแบบการแสดงออกของจุดตรวจที่คาดการณ์การตอบสนองต่อการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันวิทยา การวิเคราะห์ด้วยโฟลไซโตเมทรีอัตโนมัติและแพลตฟอร์มการถ่ายภาพแบบเนื้อหาสูงสามารถวัดปริมาณโมเลกุลจุดตรวจหลายชนิดพร้อมกันในแผง SNU ซึ่งสร้างชุดข้อมูลภูมิคุ้มกันฟีโนไทป์ที่ครอบคลุมและเหมาะสมสำหรับการวิเคราะห์ด้วยแมชชีนเลิร์นนิง

การคัดกรองทางพันธุกรรมโดยใช้ CRISPR ในสายเซลล์ SNU สามารถระบุยีนที่จำเป็นสำหรับการแสดงออกของจุดตรวจและกระบวนการหลบเลี่ยงภูมิคุ้มกันได้ การคัดกรองทั่วทั้งจีโนมแบบสูญเสียการทำงานของยีนเผยให้เห็นตัวควบคุมใหม่ของการแสดงออกของ PD-L1 และการนำเสนอแอนติเจน ซึ่งเป็นเป้าหมายในการรักษาเพื่อเสริมความไวต่อการบำบัดด้วยภูมิคุ้มกัน ความพึ่งพาทางพันธุกรรมเหล่านี้สามารถตรวจสอบความถูกต้องได้ด้วยวิธีการทางเภสัชวิทยาโดยใช้สารประกอบที่มีอยู่

สำหรับการวิจัยมะเร็งทางเดินอาหารที่เกินกว่าแบบจำลองกระเพาะอาหาร สายเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่และทวารหนักช่วยขยายความสามารถในการคัดกรองเซลล์ HCT116ให้แบบจำลองมะเร็งลำไส้ใหญ่และทวารหนักที่มี MSI-สูงในขณะที่เซลล์ Caco-2 และเซลล์ DLD-1เป็นแบบจำลองมะเร็งลำไส้ใหญ่และทวารหนักชนิดอะดีโนคาร์ซิโนมาเพิ่มเติมที่มีพื้นหลังทางพันธุกรรมที่แตกต่างกันเซลล์ SW620ที่มาจากโรคที่แพร่กระจายช่วยให้สามารถศึกษาการบำบัดด้วยภูมิคุ้มกันในสภาพแวดล้อมที่มีการแพร่กระจายได้

การแปลทางคลินิกของตัวชี้วัดทางชีวภาพที่ได้จาก SNU

ผู้สมัครไบโอมาร์คเกอร์ที่ระบุในเซลล์ไลน์ SNU ต้องการการตรวจสอบอย่างเข้มงวดในกลุ่มผู้ป่วยทางคลินิกก่อนที่จะนำไปใช้ในผู้ป่วยจริง การวิเคราะห์ย้อนหลังของไบโอมาร์คเกอร์ที่ได้จาก SNU ในตัวอย่างการทดลองทางคลินิกของภูมิคุ้มกันบำบัดช่วยยืนยันความแม่นยำในการทำนายและระบุค่าตัดที่ดีที่สุด กระบวนการตรวจสอบนี้ให้ความสำคัญกับไบโอมาร์คเกอร์ที่มีประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งในผู้ป่วยหลากหลายกลุ่ม

คอลเลกชันเซลล์ไลน์ SNU มีส่วนช่วยในการระบุตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่กำลังอยู่ในการประเมินทางคลินิกในปัจจุบัน ซึ่งรวมถึงลายเซ็นการแสดงออกของยีนที่ทำนายการตอบสนองต่อยาต้านจุดตรวจ, ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่ตรวจพบได้ในตัวอย่างเลือดของผู้ป่วย, และตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่สามารถประเมินได้ผ่านการถ่ายภาพแบบไม่รุกล้ำ การทดลองทางคลินิกที่มีศักยภาพซึ่งรวมตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่มาจาก SNU กำลังก้าวหน้าผ่านกระบวนการพัฒนา

การประกันคุณภาพในการค้นพบไบโอมาร์คเกอร์ต้องการสายเซลล์ที่ได้รับการตรวจสอบความถูกต้องและโปรโตคอลที่เป็นมาตรฐานบริการตรวจสอบความถูกต้องของสายเซลล์ยืนยันตัวตนของสายเซลล์ผ่านการวิเคราะห์ STRในขณะที่การทดสอบ Mycoplasmaรับประกันความสมบูรณ์ของการเพาะเลี้ยง มาตรการควบคุมคุณภาพเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการสร้างข้อมูลไบโอมาร์คเกอร์ที่สามารถทำซ้ำได้และเหมาะสมสำหรับการยื่นขออนุมัติตามกฎระเบียบ

สรุป

สายเซลล์ SNU เป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการค้นพบตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันบำบัด โดยนำเสนอแบบจำลองที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรมซึ่งสามารถจับความแตกต่างทางโมเลกุลของประชากรผู้ป่วยมะเร็งกระเพาะอาหารและลำไส้ใหญ่ในเอเชียได้ผ่านการวิเคราะห์เชิงระบบของการแสดงออกของ PD-L1 สถานะ MSI ภาระการกลายพันธุ์ของเนื้องอก และตัวบ่งชี้ทางชีวภาพแบบหลายมิติ นักวิจัยสามารถระบุตัวบ่งชี้ที่ทำนายผลได้ซึ่งช่วยปรับปรุงการคัดเลือกผู้ป่วยสำหรับการรักษาด้วยภูมิคุ้มกันบำบัด การขยายขอบเขตการวิเคราะห์ลักษณะของสายเซลล์ SNU อย่างต่อเนื่องและการตรวจสอบความถูกต้องของตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่มาจาก SNU ในกลุ่มผู้ป่วยทางคลินิกจะช่วยเร่งการนำผลการค้นพบจากห้องปฏิบัติการไปสู่ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นของผู้ป่วย