Investigation of U3-1402 effect on breast cancer tumoroid models

ICARUS-BREAST is a phase II clinical trial that evaluates Patritumab deruxtecan (U3- 1402) efficacy on patients affected by unresectable locally advanced or metastatic breast cancer. The drug belongs to the antibody-drug conjugates (ADC), i.e. an emerging class of therapeutic agents able to deliver cytotoxic payloads selectively to cells that express the antibody target. Since U3-1402 mechanism of action is biologically complex, the clinical trial is supported by research projects that investigate the ADC intracellular trafficking, immunogenicity and cytotoxic properties, with the final goal of maximizing its clinical efficacy and defining compounds with potential synergic effects. In this context, the use of 3D cell cultures (i.e. organoids) allows mimicking the natural tumor microenvironment, characterized by cell-cell and cell-ECM interactions. Indeed, this study adopts breast cancer tumoroids as in vitro models for the analysis of U3-1402 effects. The spheroids are developed in hydrogel microwells with defined rigidities, starting from MDA-MB-361 and MDA-MB-453 breast cancer cell lines. The impact of drug treatment on spheroids morphology and viability is investigated through confocal imaging and subsequent image analysis. No dose-dependent cytotoxicity has been registered after spheroids treatment with different ADC concentrations. Similarly, the drug does not induce any reproducible changes in spheroids morphology. However, the study has highlighted the influence of the hydrogel mechanical properties on spheroids morphology and viability. Particularly, the rigid microenvironment favours the development of small and highly circular spheroids, where high toxicity levels are detected. Thus, the mechanical features of the platform selected for organoid development contribute, together with other factors, in the determination of the cellular sensitivity to drug treatment.

ICARUS-BREAST è un trial clinico in fase II che valuta l’efficacia di Patritumab deruxtecan (U3-1402) su pazienti affetti da tumore al seno in stadio metastatico o localmente avanzato e non operabile. Il farmaco in esame rientra negli antibody-drug conjugates: una classe emergente di agenti terapeutici in grado di veicolare molecole citotossiche, in maniera selettiva, alle cellule che esprimono il target dell’anticorpo. Siccome il meccanismo d’azione del farmaco è biologicamente complesso, il trial clinico è affiancato da diversi progetti di ricerca mirati a comprenderne il processamento intracellulare, le proprietà immunogeniche e la capacità di indurre stress cellulare, con il fine ultimo di massimizzarne l’efficacia clinica e di definire farmaci con un potenziale effetto sinergico. In questo contesto, l’impiego di colture cellulari tridimensionali (organoidi) permette di imitare il naturale microambiente tumorale, caratterizzato da interazioni cellula-cellula e cellula-ambiente extracellulare. Infatti, questo studio adotta organoidi di tumore al seno come modello in vitro per l’analisi degli effetti di U3-1402. Tali organoidi sono sviluppati in micropozzetti di hydrogel con diverse rigidità, a partire dalle linee cellulari MDA-MB-361 e MDA-MB-453. L’impatto del farmaco sulla morfologia e sulla vitalità dei tumoroidi è investigato mediante imaging confocale e successiva analisi delle immagini. Nessuna citotossicità dose-dipendente è stata rilevata a seguito del trattamento dei tumoroidi con diverse concentrazioni di U3-1402. Allo stesso modo, il farmaco non ha indotto riproducibili alterazioni morfologiche degli sferoidi in esame. Ciò nonostante, lo studio ha evidenziato l’influenza delle proprietà meccaniche del hydrogel su morfologia e vitalità degli organoidi. In particolare, il microambiente più rigido sembra favorire lo sviluppo di sferoidi altamente circolari e di piccole dimensioni, in cui si rilevano livelli di citotossicità maggiori. Di conseguenza, le proprietà meccaniche della piattaforma selezionata per lo sviluppo di organoidi concorrono, insieme ad altri fattori, nel determinare la sensibilità cellulare al trattamento farmacologico.