Modeling CRS/HIPEC Treatment Response Using Patient-Derived Organoid-CAF Co-Cultures from Colorectal Peritoneal Metastases

Peritoneal metastases from colorectal cancer (CRCPM) represent the second most common site of metastasis in colorectal cancer (CRC) and are associated with a highly unfavorable prognosis. The introduction of cytoreductive surgery (CRS) combined with hyperthermic intraperitoneal chemotherapy (HIPEC) has led to improved outcomes in the treatment of this disease; however, approximately 60% of patients experience recurrence following treatment. For this reason, the implementation of personalized therapeutic strategies is of great importance. Patient-derived organoids (PDOs) have emerged as valuable models, as they can faithfully reproduce the morphological and genetic features of the original tumor. These models have been successfully used for drug screening studies, enabling the identification of potential new therapeutic options. However, PDOs are derived primarily from the epithelial component of the tumor and do not fully recapitulate tumor complexity, as they lack elements of the surrounding microenvironment. More advanced models incorporating additional cellular components could improve the identification of effective treatments. Cancer-associated fibroblasts (CAFs), a major stromal component of the tumor microenvironment, are known to play a key role in modulating tumor behavior and response to therapy. To better reproduce the tumor microenvironment of CRCPM, and to evaluate the impact of CAFs on response to treatment, I developed three PDO models and two CAF lines from CRCPM patients tissue. These models were used to establish co-culture systems combining PDOs and CAFs. Comparative analysis of the response of PDOs, CAFs, and the co-cultures to the drugs schemes commonly used for HIPEC treatment showed that presence of CAFs significantly influences the therapeutic response. In particular, PDOs co-cultured with CAFs exhibited increased resistance to treatment compared to organoids grown in monoculture conditions. Overall, this work highlights the importance of incorporating stromal components into in vitro models to more accurately mimic tumor complexity and improve the predictive value of preclinical systems. These findings support the development of more effective, personalized therapeutic approaches for patients with CRCPM.

Le metastasi peritoneali da carcinoma del colon-retto (CRCPM) costituiscono la seconda localizzazione più comune di malattia metastatica nel tumore del colon-retto (CRC) e si associano ad una prognosi sfavorevole. L'introduzione della chirurgia cito riduttiva (CRS) combinata con la chemioterapia ipertermica intraperitoneale (HIPEC) ha permesso di migliorare gli esiti di questi pazienti, ma circa il 60% va comunque incontro ad una recidiva dopo il trattamento. Per questo motivo, diventa cruciale poter contare su strategie terapeutiche personalizzate. In questo contesto, gli organoidi derivati da paziente (PDO) si sono affermati come modelli preziosi, poiché sono in grado di riprodurre fedelmente le caratteristiche morfologiche e genetiche del tumore di origine. Questi modelli sono stati utilizzati con successo in studi di screening farmacologico, consentendo l'identificazione di potenziali nuove opzioni terapeutiche. Tuttavia i PDO derivano dalla componente epiteliale del tumore e non ricapitolano completamente la complessità tumorale, essendo privi degli elementi del microambiente circostante. Modelli più complessi, che incorporano più componenti cellulari, potrebbero migliorare l'identificazione di trattamenti efficaci. Tra le componenti stromali del microambiente tumorale, i fibroblasti associati al cancro (CAF) occupano un ruolo di primo piano, essendo noti per la loro capacità di modulare sia il comportamento del tumore sia la risposta alle terapie. Con l’obiettivo di riprodurre meglio il microambiente tumorale delle CRCPM e di comprendere quale peso abbiano i CAF nella risposta ai trattamenti, ho sviluppato tre modelli di PDO e due linee di CAF a partire da tessuto di pazienti con CRCPM. Questi modelli sono stati utilizzati per allestire sistemi di co-coltura PDO-CAF. Confrontando la risposta di PDO, CAF e co-colture agli schemi farmacologici tipicamente impiegati nel trattamento HIPEC, è emerso che la presenza dei CAF condiziona in modo significativo la risposta terapeutica: i PDO coltivati insieme ai CAF si sono infatti dimostrati più resistenti al trattamento rispetto agli organoidi in monocoltura. Nel complesso, questo lavoro evidenzia l'importanza di includere le componenti stromali nei modelli in vitro per rappresentare con maggiore fedeltà la complessità del tumore e migliorare il valore predittivo dei sistemi preclinici. Questi risultati supportano lo sviluppo di approcci terapeutici più mirati ed efficaci per i pazienti con CRCPM.