Un modelo de cresta neural derivado de iPSC capta cambios tempranos del tumor maligno de la vaina del nervio periférico y el potencial de una combinación farmacológica
Antecedentes: ¿Cómo se vuelven malignos los tumores nerviosos benignos?
Un modelo de células de la cresta neural derivado de células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSC) reprodujo características tempranas del desarrollo del tumor maligno de la vaina del nervio periférico (MPNST). El equipo inactivó genes de forma secuencial para analizar los cambios en la identidad celular y confirmó que la combinación de olaparib y selumetinib inhibía el crecimiento tumoral en ratones. El estudio se limitó a experimentos celulares y animales.
En la neurofibromatosis tipo 1 (NF1), los neurofibromas plexiformes benignos (PNF) pueden progresar a tumores malignos. En este proceso interviene la pérdida de función de NF1, CDKN2A y el complejo represor Polycomb 2 (PRC2), pero se disponía de pocos modelos para estudiar de forma continua cómo afecta cada cambio a la diferenciación celular y a la transformación maligna. El equipo modeló las primeras etapas de la progresión editando CDKN2A en iPSC deficientes en NF1 e inactivando después SUZ12, un componente de PRC2.
Hallazgos principales: pérdida de la capacidad de diferenciación glial y respuesta selectiva a fármacos
Las células deficientes en NF1 y con pérdida de función tanto de p14ARF como de p16INK4a, codificadas por CDKN2A (doble inactivación, 2KO), se diferenciaron hacia el linaje de las células de Schwann. Después se cultivaron junto con fibroblastos derivados de neurofibromas formando agregados esféricos y se implantaron en los nervios ciáticos de ratones inmunodeficientes. Cuatro meses después se observaron tumores similares a neurofibromas, pero no había atipia histológica. Por tanto, no puede afirmarse que el modelo reprodujera por completo la etapa de neoplasia neurofibromatosa atípica de potencial biológico incierto (ANNUBP).
Las células con SUZ12 también inactivado (triple inactivación, 3KO) adquirieron características similares a las de células madre mesenquimales. Los análisis de accesibilidad de la cromatina y expresión génica mostraron una reducción de la accesibilidad del promotor de SOX10 y de la expresión de este regulador de la diferenciación glial, junto con la activación de programas relacionados con la neurogénesis y el mesénquima. Los experimentos de diferenciación también mostraron que las células habían perdido la capacidad de convertirse en células de Schwann. La implantación de esferoides de células 3KO en el nervio ciático generó tumores compatibles con un MPNST temprano, aunque menos agresivos que los tumores de xenoinjertos ortotópicos derivados de pacientes.
El equipo trató esferoides tridimensionales de cresta neural con 339 moléculas pequeñas moduladoras de la regulación epigenética y evaluó su viabilidad a las 48 horas. Los inhibidores de la poli(ADP-ribosa) polimerasa (PARP) mostraron actividad selectiva en los esferoides deficientes en PRC2. La combinación del inhibidor de PARP olaparib y el inhibidor de MEK selumetinib también mostró un efecto sinérgico en esferoides 3KO, pero su efecto fue limitado en cultivos bidimensionales de líneas celulares establecidas de MPNST. Como los modelos comparados diferían tanto en la etapa de la enfermedad como en las condiciones de cultivo, la diferencia de respuesta no puede explicarse únicamente por el estado de PRC2.
Significado y perspectivas: una combinación candidata evaluada en un único modelo animal
En un experimento exploratorio con el modelo de xenoinjerto ortotópico derivado de paciente (PDOX) NF1-18B, en el que se implantó tejido tumoral derivado de un paciente en el nervio ciático, se trató durante 21 días a grupos de 5–8 ratones. Olaparib en monoterapia no modificó claramente el volumen ni el patrón de crecimiento tumoral respecto al grupo de control. En cambio, el volumen tumoral relativo del grupo que recibió la combinación con selumetinib fue un 61,6 % menor que el del control; la diferencia fue estadísticamente significativa. Esta cifra no significa que los tumores se redujeran un 61,6 % respecto a su tamaño antes de iniciar el tratamiento.
Durante el periodo de observación no se detectaron pérdida de peso ni daños en los tejidos examinados del hígado, los riñones, los pulmones o el corazón. Sin embargo, no hay evidencia clínica para evaluar la seguridad en pacientes, y las diferencias de respuesta según el sexo de los ratones siguen pendientes de investigación. Dado que los resultados proceden de un modelo celular que reproduce solo algunos aspectos de la transformación maligna temprana y de un tumor derivado de un único paciente, los siguientes pasos son realizar más experimentos en animales y optimizar las condiciones de administración.
Los métodos y resultados se presentan en el texto completo del artículo de Nature Communications.
Neurofibromatosis Type 1 (NF1) predisposes to peripheral nerve tumor development. The progression from a benign plexiform neurofibroma (PNF) towards a deadly malignant peripheral nerve sheath tumor (MPNST) is not completely understood but commonly involves the sequential loss of NF1, CDKN2A, and polycomb repressive complex 2 (PRC2). Here we use an iPSC-derived neural crest (NC) model to reproduce this malignant transformation through gene editing. NF1-CDKN2A double-knockout (2KO) NCs form neurofibroma-like tumors in vivo, requiring inactivation of p14ARF and p16INK4a. Additional PRC2 loss (3KO) disrupts pluripotency and induces mesenchymal stem cell-like features. 3KO NCs undergo global chromatin reorganization that prevents gliogenesis by SOX10 silencing and activates neuro-mesenchymal transcriptional programs recapitulating PNF-ANNUBP-MPNST progression. Upon nerve engraftment, 3KO NC spheres form MPNST-like tumors in vivo, mimicking an early-stage MPNST. Furthermore, we use the 3D NC spheroid models to discover drugs targeting MPNSTs through high-throughput screening of epigenetic compounds. Poly(ADP-ribose) polymerase inhibitors (PARPi) exhibit selective efficacy in PRC2-deficient NC spheroids and Olaparib-Selumetinib combination is well tolerated and significantly suppresses tumor growth in a human MPNST PDX mouse model.
Esta plataforma puede utilizarse para estudiar los mecanismos iniciales de transformación maligna y seleccionar candidatos farmacológicos preclínicos. Los investigadores pueden comparar combinaciones candidatas en esferoides de cresta neural con un contexto genético controlado y después volver a evaluar sus efectos en modelos de xenoinjerto ortotópico derivados de pacientes. La detección en un modelo tridimensional de una combinación candidata cuya actividad fue limitada en líneas celulares establecidas de MPNST cultivadas en dos dimensiones muestra la utilidad de emplear varios modelos. Sin embargo, el estudio no demuestra que los modelos tridimensionales sean superiores para todos los fármacos ni que puedan predecir la respuesta de cada paciente. La combinación de olaparib y selumetinib es una candidata para futuras investigaciones; estos resultados por sí solos no respaldan su prescripción a pacientes ni un cambio en el tratamiento estándar.