Il cancro del colon-retto (CCR) rimane una delle principali cause di mortalità correlata al cancro a livello mondiale, nonostante i progressi nella diagnosi precoce e nelle terapie multimodali1. Una delle sfide principali per migliorare l'esito nei pazienti è la mancanza di modelli preclinici in grado di riprodurre accuratamente l'architettura complessa, l'eterogeneità intratumorale, le interazioni tra tumore e sistema immunitario e le risposte terapeutiche osservate nel CCR umano2,3,4,5,6. I modelli convenzionali, tra cui i modelli murini geneticamente modificati (GEMM) e i trapianti eterologhi derivati da pazienti (PDX), hanno notevolmente contribuito alla ricerca sul CCR, ma presentano limitazioni significative. I GEMM spesso non riescono a riprodurre la diversità dei tumori umani e vengono sviluppati in microambienti murini sostanzialmente diversi dalla fisiologia umana. Analogamente, i modelli PDX conservano alcuni aspetti dell'eterogeneità tumorale, ma sono costosi, richiedono molto tempo, dipendono da topi immunodeficienti e hanno capacità limitata nello studio delle risposte immunitarie specifiche dell'uomo a causa delle differenze tra le specie7,8. Inoltre, restrizioni sempre maggiori sull'uso di piccoli animali evidenziano la necessità di alternative più pertinenti all'uomo e sostenibili dal punto di vista etico.
Negli ultimi anni, gli organoidi derivati da pazienti (PDO) si sono affermati come una piattaforma innovativa per la ricerca traslazionale sul cancro. Gli organoidi CRC generati da campioni chirurgici freschi o da biopsie conservano le caratteristiche istologiche, genetiche e fenotipiche dei tumori primari, inclusa la diversità clonale e gli stati cellulari responsivi alle terapie. Queste proprietà rendono i PDO strumenti preziosi per la modellizzazione delle malattie, la genomica funzionale, la scoperta di biomarcatori e la medicina personalizzata7,8,9,10,11. In particolare, l'inclusione di componenti immunitarie umane nei sistemi organoidi ha ulteriormente ampliato la loro utilità. La co-coltura di organoidi CRC con cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) o sottoinsiemi immunitari ingegnerizzati permette di studiare le interazioni tra tumore e sistema immunitario, i meccanismi di fuga immunitaria, la presentazione dell'antigene e le risposte all'immunoterapia in un sistema fisiologicamente rilevante12. Tali modelli consentono di valutare inibitori dei checkpoint, terapie con CAR-T/TCR e anticorpi bivalenti, fornendo al contempo informazioni sui biomarcatori predittivi e sui meccanismi di resistenza.
Oltre all'immunoterapia, gli organoidi CRC sono diventati sempre più importanti per lo screening farmacologico e le applicazioni di oncologia di precisione. Le colture derivate dai pazienti possono essere testate con agenti chemioterapici e terapie mirate per prevedere le risposte individuali al trattamento, con diversi studi che hanno dimostrato correlazioni tra la risposta degli organoidi e gli esiti clinici. Questi sistemi forniscono quindi un'alternativa scalabile e centrata sul paziente agli approcci convenzionali basati sugli animali10,13,14,15,16,17,18.
In questo studio viene presentato un protocollo gestibile e scalabile per la generazione di organoidi derivati da pazienti con carcinoma del colon-retto (CRC) e la loro integrazione in sistemi di co-coltura con cellule immunitarie per la ricerca traslazionale e preclinica. I tessuti tumorali vengono dissociati enzimaticamente e inclusi in una matrice extracellulare tridimensionale in condizioni di crescita ottimizzate, che preservano l'eterogeneità tumorale e la differenziazione delle linee cellulari. Gli organoidi stabiliti possono essere espansi, criopreservati, manipolati geneticamente e utilizzati per applicazioni successive, tra cui caratterizzazione molecolare, studi di perturbazione farmacologica e analisi del profilo immunitario. Inoltre, la co-coltura con PBMC consente la valutazione della citotossicità mediata dal sistema immunitario, della sensibilità al blocco dei checkpoint immunitari e dell'attivazione immunitaria specifica per il tumore.
Descriviamo inoltre protocolli per l'elaborazione dei tessuti, la valutazione della qualità degli organoidi, l'analisi citometrica in flusso, l'imaging a immunofluorescenza e il monitoraggio immunitario basato su ELISpot. Nel complesso, questi sistemi basati su organoidi forniscono una piattaforma eticamente sostenibile e clinicamente rilevante per lo studio della biologia del carcinoma colorettale (CRC), della resistenza terapeutica, dell'eterogeneità tumorale e delle risposte all'immunoterapia. I progressi continui nell'ingegnerizzazione degli organoidi e nell'integrazione del microambiente stanno consolidando ulteriormente questi modelli come pilastro fondamentale della ricerca futura sul CRC e dell'oncologia di precisione.