$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Rak płuc jest główną przyczyną zgonów związanych z nowotworami na całym świecie1. Pacjenci z rakiem płuc ostatecznie ulegają przerzutom do odległych narządów, zwłaszcza do ośrodkowego układu nerwowego, wątroby, nadnerczy i kości2,3,4. Nowotwory złośliwe klatki piersiowej są tradycyjnie klasyfikowane jako drobnokomórkowy rak płuca (SCLC) lub niedrobnokomórkowy rak płuca (NSCLC)5. NSCLC jest najczęściej diagnozowanym nowotworem złośliwym i można go podzielić na różne podtypy histologiczne, w tym gruczolakorak płuc (LUAD) i rak płaskonabłonkowy płuc (LUSC)6. Analiza genomiczna wyciętych pierwotnych nowotworów płuc u ludzi wykazała, że guzy w obrębie danego histotypu mogą również wyrażać różne zaburzenia molekularne, co dodatkowo przyczynia się do ich rozbieżnego postępu klinicznego i zakłóca rokowanie pacjentów. Niezwykła heterogeniczność nowotworów płuc stanowi poważne wyzwanie dla racjonalnego projektowania, badań przedklinicznych i wdrażania skutecznych strategii terapeutycznych. W związku z tym istnieje potrzeba poszerzenia repertuaru wykonalnych eksperymentalnych modeli raka płuc w celu zbadania różnorodnego pochodzenia komórkowego, podtypów molekularnych i etapów tej choroby.
Do badania raka płuc in vivo zastosowano różne podejścia wykorzystujące modele zwierzęce, każde z własnymi zaletami i wadami w zależności od interesującego pytania biologicznego. Genetycznie modyfikowane modele myszy (GEMM) mogą celować w określone zmiany genetyczne w danym typie komórek progenitorowych, powodując nowotwory, które rozwijają się w obrębie immunokompetentnego gospodarza7. Chociaż niezwykle silne i klinicznie istotne, opóźnienie, zmienność i/lub zachorowalność na raka płuc związane z GEMM mogą być zaporowe dla niektórych pomiarów ilościowych i wykrywania przerzutów w późnym stadium w odległych narządach8. Podejściem uzupełniającym jest wykorzystanie modeli przeszczepu allogenicznego, w których komórki raka płuc, uzyskane bezpośrednio z guza myszy lub uzyskane najpierw jako ustalone linie komórkowe w hodowli, są ponownie wprowadzane do gospodarzy syngenicznych. Analogicznie, ksenoprzeszczepy raka płuc są tworzone z ludzkich linii komórkowych lub próbek guza pochodzących od pacjenta. Ksenoprzeszczepy ludzkiej linii komórkowej lub ksenoprzeszczepy pochodzące od pacjentów (PDX) są na ogół utrzymywane u myszy z obniżoną odpornością i dlatego wykluczają pełny nadzór immunologiczny9. Pomimo tej wady, zapewniają one drogę do rozmnażania ograniczonych ilości ludzkich próbek biologicznych i badania podstawowych właściwości in vivo ludzkich komórek nowotworowych, które kodują bardziej złożone aberracje genomowe niż guzy GEMM.
Jedną z użytecznych właściwości alloprzeszczepów i ksenoprzeszczepów jest to, że są one podatne na tradycyjne testy ograniczające rozcieńczanie komórek, stosowane do ilościowego określania częstości komórek inicjujących nowotwór (TICs) w populacji komórek nowotworowych10. W tych eksperymentach określona liczba komórek jest wstrzykiwana podskórnie w bok zwierząt, a częstość TIC można oszacować na podstawie szybkości wchłaniania guza. Guzy podskórne mogą być jednak bardziej niedotlenione11 i mogą nie modelować kluczowych ograniczeń fizjologicznych mikrośrodowiska guza płuc. Dotchawicze dostarczanie nabłonkowych komórek macierzystych lub progenitorowych do płuc myszy jest metodą badania regeneracji płuc i biologii komórek macierzystych dróg oddechowych12. Jednak szybkość wszczepiania tą techniką może być stosunkowo niska, chyba że płuca zostaną najpierw poddane fizjologicznym formom urazu, takim jak infekcja wirusowa13,14. Wsparcie ze strony zapalnych komórek zrębu i/lub przerwanie błony podstawnej płuc może poprawić retencję przeszczepionych komórek w odpowiednich niszach komórek macierzystych w dystalnych drogach oddechowych15. Czynniki wywołujące zwłóknienie mogą również wstępnie kondycjonować płuca, aby zwiększyć wszczepienie indukowanych komórek pluripotencjalnych16 i mezenchymalne komórki macierzyste17. To, czy podobne formy uszkodzenia dróg oddechowych mogą wpływać na szybkość wszczepiania, zdolność inicjowania guza i wzrost komórek raka płuc, nie zostało jeszcze systematycznie ocenione.
W tym badaniu opisujemy metodę zwiększania skuteczności ortotopowego wszczepienia komórek raka płuc, poprzez wstępne kondycjonowanie płuc myszy z urazem. LUAD powstaje w dystalnych drogach oddechowych, a znaczna podgrupa tych nowotworów rozwija zwłóknienie zrąbka zrębu18, co często koreluje ze złym rokowaniem19. Bleomycyna, naturalna nierybosomalna hybryda peptydu i poliketydu, jest szeroko stosowana do wywoływania zwłóknienia płuc u myszy20. Wkraplanie bleomycyny do dróg oddechowych najpierw sprzyja ścieraniu się nabłonka w pęcherzykach płucnych i rekrutacji komórek zapalnych, w tym makrofagów, neutrofili i monocytów21. Następnie następuje przebudowa tkanek w dystalnych drogach oddechowych, reorganizacja błony podstawnej22,23 i odkładanie macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM)24. Efekty pojedynczego wstrzyknięcia bleomycyny są przemijające, a zwłóknienie ustępuje po 30 dniach w większości badań25. Korzystając zarówno z modeli przeszczepu allogenicznego, jak i ksenoprzeszczepu, sprawdziliśmy, czy wstępne kondycjonowanie dróg oddechowych myszy za pomocą bleomycyny może znacznie zwiększyć szybkość pobierania komórek LUAD w płucach.