Conventionele 2D-celkweekmodellen zijn essentiële hulpmiddelen in kankeronderzoek voor het bestuderen van kankerprogressie en -therapie1. Deze modellen maken niet alleen gecontroleerde experimentele omstandigheden mogelijk om de moleculaire en cellulaire mechanismen te onderzoeken die ten grondslag liggen aan de ontwikkeling en progressie van kanker, maar bieden ook kosteneffectieve en relatief snelle experimentele resultaten. Het gebruik ervan is echter beperkt vanwege de beperkte cellulaire diversiteit in de tumormicro-omgeving (TME), die niet kan worden gerecapituleerd in een coplanaire aard van monocultuurmodellen2. Bovendien bieden celkweekmodellen een te vereenvoudigde omgeving in vergelijking met het menselijk lichaam3. Om de progressie van kanker beter te begrijpen en effectieve behandelingen te ontwikkelen, hebben onderzoekers zich daarom gewend tot innovatieve modellen die tot doel hebben de TME in de natuur nauwkeurig na te bootsen. Daarom is het handhaven van trouw aan inheemse tumoren van het grootste belang in deze modellen. Gezien de ingewikkelde aard van kanker, kan elke significante afwijking van de oorspronkelijke tumor onvoorziene variabelen introduceren die zinvolle conclusies over tumorgedrag kunnen verwarren.
Hoewel van de patiënt afgeleide xenotransplantaten (PDX) naar voren zijn gekomen als een modelsysteem dat het mogelijk maakt om de tumorprogressie in vivo te volgen, zijn er beperkingen die zich afvragen hoe goed de ontwikkelde tumor de menselijke kankerbiologie recapituleert4. Melanoom TME bevat bijvoorbeeld tumor-infiltrerende immuuncellen en stromale cellen. Wanneer ze als xenotransplantaat worden gepasseerd, zullen de niet-kankercellen van de patiënt geleidelijk verloren gaan, wat aanpassingen kan selecteren die verschillen van die in tumoren van de patiënt. Hoewel deze beperkingen kunnen worden verzacht door in vivo beperkte passages van de PDX uit te voeren, kunnen de verschillen tussen de soorten nog steeds een risico vormen op genetische veranderingen in de PDX die afwijken van die van de oorspronkelijke tumor5. Bovendien worden PDX-modellen meestal opgesteld bij immuungecompromitteerde muizen om afstoting van menselijk weefsel te voorkomen. Dit beperkt het vermogen om de rol van het immuunsysteem van de gastheer bij kanker te bestuderen, vooral in immunotherapeutische studies6. Wij en anderen hebben PDX's geënt in "gehumaniseerde" muizen 7,8. Het opzetten van PDX-modellen in gehumaniseerde muizen is echter tijdrovend en duur. Het kan enkele maanden tot jaren duren om een enkel PDX-model te ontwikkelen op basis van het tumormonster van een patiënt, waardoor de snelheid en schaal van het onderzoek worden beperkt. Ondanks deze beperkingen is aangetoond dat PDX-modellen de biologie van de TME nauwkeurig weergeven en dus op grote schaal zijn gebruikt voor de ontwikkeling vanonder meer kankertherapieën, gepersonaliseerde geneeskunde en immunotherapie.
Een alternatieve 3D-kweektechniek die is ontstaan, is de van de patiënt afgeleide organoïde (PDO), waarbij een pas verwijderde tumor van de patiënt wordt gekweekt om modellen te creëren die fenotypische heterogeniteit, histoarchitectuur en intercellulaire communicatie behouden10. Het vermogen om sterk op inheemse tumoren te lijken is eerder aangetoond waar gekweekte organoïden van niet-spierinvasieve (NMIBC) en spierinvasieve blaaskanker (MIBC) met succes belangrijke aspecten van de ouderlijke tumoren recapituleerden. Vanwege hun potentieel en voordelen ten opzichte van andere modellen bieden BOB's een breed scala aan op maat gemaakte toepassingen die andere modellen missen, inclusief maar niet beperkt tot de studie en ontwikkeling van immuuncheckpointremmers samen met cellulaire en gerichte therapieën. We hebben bijvoorbeeld eerder melanoompatiënt-afgeleide organoïden (MPDO's) gebruikt om het vermogen van tumor-infiltrerende lymfocyten (TIL's) te bestuderen om te worden uitgebreid door IL-2- en anti-PD1-antilichamen (αPD-1). De resultaten toonden aan dat de TIL's die door IL-2 en αPD-1 werden geëxpandeerd, niet alleen een hoger aantal hadden, maar ook met succes MPDO's konden infiltreren en melanoomcellen konden doden met een hogere efficiëntie dan TIL's die met andere methoden waren geëxpandeerd. Andere groepen hebben vergelijkbare resultaten laten zien waarbij het gebruik van anti-PD-1 en/of anti-PD-L1 ertoe leidt dat TIL's functioneel blijven in BOB's, wat vervolgens leidttot het doden van tumoren. Daarnaast heeft onze groep ook MPDO's gebruikt om γδ T-celinfiltratie en het dodingsvermogen te beoordelen14. De toepasbaarheid van BOB's bestrijkt een breed scala aan gebieden, waaronder TIL-expansie, cytotoxiciteitsstudies en screening van kleine moleculen. Al deze toepassingen benadrukken het potentieel en de bruikbaarheid die dit model biedt. Zo beschrijven we het uitgewerkte protocol voor de kweek van MPDO's.