Experimentální In vivo modely pro studium cirkulujících nádorových buněk během nádorové progrese

Mgr. Markéta Hrušková, Ph.D.

Doctoral thesis

Experimental In Vivo Models for Studying Circulating Tumor Cells in Cancer Progression

Abstract:

Diseminace nádorových buněk do vzdálených orgánů a vznik metastáz je hlavní příčinou úmrtí v souvislosti s nádorovými onemocněními. Předpokládá se, že hlavními mediátory šíření nádorových buněk jsou cirkulující nádorové buňky (CTC), uvolněné z primárního nádoru do krevního řečiště. Epiteliálně-mesenchymální přechod (EMT) je jedním z procesů, který reguluje migraci nádorových buněk, podporuje jejich plasticitu a zachování „kmenovosti, což zvyšuje šanci pro přežití v cirkulaci a také adaptaci na nové mikroprostředí. Cirkulující nádorové buňky se mohou vyskytovat v různém E/M stadiu. CTC s hybridním nebo mezenchymálním fenotypem jsou spojovány s vyšším metastatickým potenciálem; proto by CTC a jejich E/M fenotypizace mohly sloužit jako doplňující prognostické markery v klinické praxi. EMT ve spojitosti s vysokou nádorovou heterogenitu také přispívá ke vzniku chemoresistence, která je hlavní komplikací pro efektivní léčbu metastatického onemocnění. Nádorová diseminace a vznik metastáz byly považovány za problém týkající se převážně pokročilých stádií nádorových onemocnění. Dormantní nádorové buňky ale mohou být v orgánech přítomny již v době, kdy je diagnostikován primární nádor. Tyto latentní buňky mohou v průběhu let dát vzniknout sekundárním nádorům, které velmi často neodpovídají na onkologickou terapii. Proto časná, přesně načasovaná a cílená terapie jednotlivých pacientů může přispět ke kompletní eradikaci primárních i sekundárních nádorů. Myší experimentální modely jsou nezbytným nástrojem pro studium dynamiky metastatické diseminace. K těmto účelům jsme připravili experimentální myší model lidského melanomu, u kterého jsme se zaměřili na izolaci a kvantifikaci cirkulujících nádorových buněk v kontextu růstu primárního nádoru a vzniku lymfatických a plicních metastáz. Po odstranění primárního nádoru jsme také potvrdili diseminaci v raných stádiích. Fenotypická charakterizace znaků spojených s EMT potvrdila jejich plasticitu během procesu diseminace. Dále jsme optimalizovali postup pro přípravu a charakterizaci in vitro a in vivo modelu rakoviny prsu derivovaného z CTCs. Potvrdili jsme, že oba modely si zachovaly hlavní charakteristiky primárního nádoru, včetně odpovědi na léčbu. V předložené doktorské práci jsou popsány metodologie pro vytvoření a validování dvou experimentálních modelů in vivo, u kterých jsme prokázali relevanci cirkulujících nádorových buněk pro preklinické studie.

Abstract:

Cancer dissemination to distant organs is a leading cause of cancer-related death, primarily involving the release of circulating tumor cells (CTCs) into the bloodstream. Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is one of the processes that regulates cancer cell migration, preserves the stemness and plasticity of CTCs, and enhances their adaptability in diverse microenvironments. Various EMT states of CTCs, especially hybrid or mesenchymal phenotypes, are associated with increased metastatic potential. This suggests their phenotypic profiling could serve as a prognostic marker in clinical practice. The EMT status, in conjunction with tumor heterogeneity, also contributes to drug resistance, complicating efforts to treat metastases effectively. While metastases were traditionally thought to manifest at advanced disease stages, dormant cancer cells can reach target organs before the primary tumor becomes detectable, potentially leading to treatment-resistant outgrowths later on. Therefore, optimizing treatment timing is a crucial step for eradicating both primary and metastatic cells. Experimental mouse models are indispensable for studying the dynamics of metastatic dissemination. We established a human melanoma model that spontaneously develops metastasis, focusing on isolating CTCs as the primary tumor grows and metastases emerge. We further validated early dissemination through primary tumor resection and subsequent monitoring of the disease progression. Additionally, we introduced methodologies to develop in vivo and in vitro CTC-derived models of advanced breast cancer, confirming the retention of key tumor characteristics and drug responses in these models. Overall, this thesis outlines a comprehensive methodology for generating and characterizing two distinct xenograft models, highlighting the preclinical significance of CTCs.

Keywords

metastatický proces, diseminace, cirkulující nádorové buňky, in vivo modely, metastasis, dissemination, CTCs, in vivo models

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 5. 2025

Thesis defence

• Date of defence: 12. 6. 2025
• Supervisor: doc. Mgr. Karel Souček, Ph.D.
• Reader: Peter Horak, MD, PhD, Mgr. Katarína Kološtová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Animal physiology, immunology and developmental biology / Animal physiology, immunology and developmental biology