Descripción de biomarcadores diagnósticos en formas de alto riesgo de cáncer colorrectal y desarrollo de un modelo in vitro para la evaluación de la respuesta a terapias dirigidas contra el microambiente tumoral

Abstract

[spa] El Cáncer Colorrectal (CCR) representa un importante problema de salud pública, situándose como el tercer cáncer más frecuente tanto en España como en la Unión Europea, y siendo una de las principales causas de mortalidad relacionada con el cáncer a nivel mundial. A pesar de los esfuerzos para implementar programas de detección y vigilancia, las tasas de incidencia y supervivencia del CCR han permanecido relativamente estancadas en las últimas décadas. Esta tesis arroja luz sobre el papel potencial de condiciones precancerosas que contribuyen a este estancamiento. Los desafíos en la identificación de estas condiciones durante la evaluación endoscópica y la falta de una comprensión integral de los mecanismos moleculares subyacentes que conducen al desarrollo del cáncer contribuyen a los diagnósticos perdidos.

La tesis se centra en dos condiciones precancerosas específicas: el Cáncer Colorrectal asociado a la Colitis Ulcerosa (CCR-CU) y el Síndrome de Poliposis Serrada (SPS). La introducción ofrece una visión general de la comprensión actual de sus fisiopatologías, resaltando el potencial de los recientes descubrimientos moleculares, en particular los microARN y la metilación aberrante del ADN, como herramientas diagnósticas.

El primer objetivo se centra en identificar biomarcadores tipo microARN en tejido para detectar pacientes con alto riesgo de progresión neoplásica en la colitis ulcerosa (CU). El estudio analizó la expresión de 96 microARNs preseleccionados en muestras de tejido, identificando 64 microARNs diferencialmente desregulados en la secuencia de mucosa normal – displasia – CCR-CU. Tres de estos microARNs fueron validados positivamente: miR-31, -106a y -135b, confirmando su potencial como posibles biomarcadores en mucosa para la progresión neoplásica en la CU.

El segundo objetivo se enfoca en el fenómeno de metilación aberrante del ADN en pacientes con síndrome de poliposis serrada (SPS). Se realizó un análisis panepigenómico de metilación del ADN para identificar dinucleótidos CGs y regiones de CGs diferencialmente metilados en muestras de mucosa normal de pacientes con SPS. Además, se observaron cambios en la expresión de varios genes correlacionados con la metilación. En una cohorte independiente se validaron dos genes diferencialmente metilados: HLA-F y KLF11. También destacó el enriquecimiento de cambios de metilación en genes relacionados con la carcinogénesis colorrectal y la respuesta inmunitaria.

La tesis también reconoce los desafíos del CCR metastásico. Comprender el microambiente tumoral (MAT) y su papel en facilitar la metástasis es crucial. Las nuevas terapias que se dirigen al MAT han evocado recientemente nueva esperanza para los pacientes con CCR metastásico, pero predecir la respuesta al tratamiento sigue siendo un desafío.

La tercera parte de la tesis investiga la capacidad de los organoides de segunda generación cultivados con interfaz aire-líquido (ALIO) y de los cultivos organotípicos (COT) para replicar in vitro el microambiente tumoral de las metástasis hepáticas de CCR en un modelo experimental murino. Los resultados indicaron que los ALIOs pueden reflejar in vitro la heterogeneidad que existe entre las metástasis originales. Asimismo, se ha confirmado la factibilidad de inducir y observar respuestas a los inhibidores de los puntos de control inmunitario. No obstante, las respuestas observadas en ambos sistemas de cultivo in vitro no reprodujeron exactamente aquellas observadas en los animales in vivo. Por eso, la tesis discute las limitaciones de ambos sistemas a día de hoy y sugiere potenciales mejoras para su desarrollo.

En resumen, esta tesis aborda aspectos cruciales en la detección precoz y el tratamiento del CCR, desde la identificación de biomarcadores en pacientes con CU hasta el análisis de la epigenética en el SPS y el uso de nuevos modelos in vitro para modelar el microambiente tumoral y la respuesta a tratamientos dirigidos contra este. Se destacan las limitaciones y el potencial futuro de las técnicas estudiadas.

[eng] Colorectal Cancer (CRC) is a significant public health concern, ranking as the third most common cancer in both Spain and the European Union, and a leading cause of cancer-related mortality globally. Despite extensive efforts to implement screening and surveillance programs, the incidence and survival rates of CRC have remained relatively stagnant over recent decades. This thesis sheds light on the potential role of undiagnosed precancerous conditions contributing to this stagnation. Challenges in identifying these conditions during endoscopic evaluation and a lack of comprehensive understanding of the underlying molecular mechanisms leading to cancer development contribute to misdiagnoses.

The thesis focuses on two specific instances: Ulcerative Colitis associated Colorectal Cancer (UC-CRC) and Serrated Polyposis Syndrome (SPS). The introduction provides an overview of the current understanding of their pathophysiology, highlighting the potential of recent molecular discoveries, particularly microRNAs and aberrant DNA methylation, as diagnostic tools.

The first objective is to identify potential biomarker candidates for colitis-associated dysplasia, a precursor lesion to UC-CRC. The study analyzes the expression of 96 preselected microRNAs in tissue samples, identifying 64 differentially deregulated microRNAs in the UC-associated CRC sequence. Three of these microRNAs were validated positively, confirming their significance in identifying UC-associated dysplasia.

The second objective is to identify novel biomarker candidates for SPS through methylation profiling of samples from patients with SPS, revealing hypermethylation of HLA-F as a potential biomarker.

The results of these studies emphasize the potential of cutting-edge technology to uncover new biomarkers, augmenting current diagnostic strategies for CRC and potentially reducing its incidence in the future. The thesis discusses the possibility of utilizing these findings to develop less invasive diagnostic tests, such as rectal biopsies or blood samples, to screen for high-risk patients before subjecting them to complete colonoscopies.

The thesis also recognizes the challenges of metastatic CRC. Understanding the tumor microenvironment (TME) and its role in facilitating metastasis is crucial. Recent anti-cancer therapies targeting the TME provide hope for CRC patients, yet predicting treatment response remains a challenge. The third part of the thesis explores novel culture systems to model the TME and evaluate responses to immunotherapy, presenting valuable insights into their limitations and potential future advancements to enhance predictive accuracy.