Metabolic profiling of colorectal cancer organoids: A comparison between high-resolution magic angle spinning magnetic resonance spectroscopy and solution nuclear magnetic resonance spectroscopy of polar extracts

publishedVersio

HR MAS NMR based metabolic profiling of colorectal tumor progression organoids

Kolorektal kreft er den nest dødeligste krefttypen i Norge. Dette er delvis på grunn av et asymptomatisk sykdomsforløp som ofte forårsaker at pasienter søker medisinsk hjelp sent i sykdommen. Rask diagnose, staging og evaluering av respons til farmakologisk behandling er derfor viktig, spesielt i pasienter med metastatisk sykdom. Dagens standard er 4-6 uker for å evaluere respons på behandling som ofte er for sent. Det er derfor behov for nye diagnostiske verktøy i behandlingen av kolorektal kreft pasienter. Kreftceller utviser metabolsk reprogrammering i sin naturlige form og når de blir utsatt for cytostatika. Det er derfor trodd at metabolske responser oppstår raskere enn forandringer i tumor volum. Dette impliserer at behandlingsrespons kan evalueres etter noen dager istedenfor 4-6 uker. I denne studien bruker vi tumor progresserende organoider hvor de fire mest vanlige genetiske mutasjonene APC, KRAS, P53 og SMAD4 i kolorektal kreft har blitt sekvensielt introdusert ved bruk av CRISPR/CAS9. TPOene er behandlet med oksaliplatin (OxPt), 5-fluoruracil (5-FU), Sn-38 (aktive metabolitten av irinotecan) og kombinasjonen av disse legemidlene i 48t og 96t. Ubehandlede organoider ble skaffet på tidspunkt 0t, 48t, og 96t. Målet var å beskrive metabolsk reprogrammering under transformasjon fra normale til maligne organoider, og identifisere metabolske biomarkører for behandlingsrespons ved bruk av 1H og 31P HR MAS NMR. Resultatene indikerer at fosfokolin (Pcho), totalt kolin-inneholdende forbindelser (tCCC) og myo-inositol (myo-in) reduseres ved akkumulerte mutasjoner sammenlignet med vill-type organoider. En sterk trend av økende laktat med antall mutasjoner ble observert, men ble funnet til å ikke være signifikant. Laktat reduseres i alle behandlingene uansett mutasjoner og responsstatus. Pcho og tCCC viser behandlingsavhengighet, hvor et økende nivå er observert i organoider behandlet med 5-FU, OxPt og kombinasjonen av disse behandlingene. Pcho og tCCC skilte derimot ikke mellom responderende og ikke-responderende organoider. Responderende organoider behandlet med Sn-38 hadde reduserte mengder Pcho og tCCC uavhengig av mutasjoner, mens ikke-responderende organoider hadde uendret eller høyere nivåer av Pcho og tCCC. Disse metabolittene kan derfor potensielt brukes som biomarkører ved irinotecan behandling. Mengden alanine var redusert i organoider behandlet med Sn-38 og 5-FU, men var ikke i stand til å diskriminere mellom respons og ikke-respons i Sn-38 behandlede organoider. Mengden myo-inositol reduserte i organoider behandlet med OxPt og Sn-38 ved 48t eller 96t. Mengden myo-inositol skilte mellom responsstatus i organoider behandlet med OxPt og Sn-38 ved at ikke-responderende organoider hadde uendret eller høyere nivåer. Oppsummert ble det funnet at mengden kolin-inneholdende metabolitter og myo-inositol reduserte under malign transformasjon, mens en sterk invertert trend ble observert for laktat. Laktat vises som den potensielt beste universale biomarkøren for behandlingsrespons. Myo-inositol mengden ble observert til å redusere ved Sn-38 og OxPt behandling, og til å diskriminere mellom responderende og ikke-responderende organoider