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人源化小鼠模型在免疫肿瘤学研究中的作用
人源化小鼠模型在免疫肿瘤学研究中的作用

2022-11-14

模型相关

观察癌症研究的最新进展,我们会发现人源化小鼠模型在癌症管理和治疗中是一种很有前景的工具。这一趋势是由新的啮齿类动物模型的发展推动的,这种模型使科学家能够进一步研究和利用免疫疗法的力量来对抗肿瘤,通过用功能正常的人类免疫系统取代小鼠的免疫系统,即“人源化”。

 

什么是人源化小鼠模型?

 

人源化小鼠模型是通过修饰使小鼠出现免疫缺陷(缺乏T、B和NK细胞)的特定基因,并用有功能的人类免疫细胞替代这些基因而建立的。该模型作为生物医学研究中的临床前工具,可接受来自患者细胞系的人类肿瘤组织(称为“异种移植物”)移植,以探索癌症的发病机制并评估不同的治疗效果。本期,我们将重点介绍免疫肿瘤学研究中使用的三种不同类型的人源化小鼠模型:

 

- 人源化(hu) CD34+小鼠模型

- 人源化(hu) PBMC小鼠模型

- 基因敲入(KNOCK-IN)小鼠模型

 

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·  CD34+人源化小鼠模型是长期肿瘤研究的首选

它们能够稳定地植入huCD34+造血干细胞,并在体内能够产生存活至少9个月或更长时间的多系人免疫细胞。通过对重度免疫缺陷小鼠进行全身辐照,随后接种人CD34+细胞,经过一段时间发育后,该小鼠即可为种植肿瘤做好准备。

 

·  PBMC人源化小鼠模型在短期肿瘤学研究中具有成本效益

由于其人源免疫细胞的快速植入,人源化PBMC小鼠模型被用于旨在评价T细胞免疫调节化合物的研究。通过在移植肿瘤之前或之后,在重度免疫缺陷小鼠中静脉注射人外周血单核细胞(PBMCs),即可构建此模型。这使得我们可以快速评估新型的免疫疗法,特别是T细胞相关药物。PBMC模型只需几周的时间即可完成,这使得该模型非常适合于快速获得结果。然而,由于GVHD会在4 ~ 8周内发生,PBMC模型的给药时间很有限。对于病程较长或需要更长观察期的模型,CD34+人源化模型是较好的选择。

 

·  KNOCK-IN 小鼠模型在研究中提供了独特的抗肿瘤反应

通过表达由人源化细胞外结构域构成的嵌合蛋白,具有完整功能的免疫系统的基因敲入小鼠模型主要用于评估与人类靶点相关的免疫检查点抑制剂的抗肿瘤应答反应。

 

第一代人源化小鼠广泛支持人T细胞植入。最近的进展允许添加人类细胞因子如GM-CSF, IL-3和/或IL-15,创造了第2代人源化小鼠模型。第二代小鼠支持更完善的人类免疫系统,包括单核细胞、巨噬细胞、NK细胞和树突状细胞等亚群的更高的重建水平。无论第一或第二代人源化小鼠模型,其均具有同时承载人类免疫系统和人源肿瘤的能力,但其人类免疫细胞的成功植入在很大程度上依赖于受体小鼠的免疫缺陷。

 

虽然手术切除、放疗和化疗仍然是治疗肿瘤最有效的方法,但术后5年生存率仍然不足。肿瘤免疫学的重大进展使免疫治疗能够通过增强免疫细胞的功能,而不是直接杀伤肿瘤细胞来攻击肿瘤,标志着肿瘤治疗的飞跃。此外,最近的研究表明,人源化小鼠模型可同时承载人类免疫细胞和人类肿瘤,为免疫治疗开辟了新的前景。这体现在模型能够以细胞系来源的异种移植(CDX)或患者来源的异种移植(PDX)的形式植入肿瘤,后者目前被广泛应用于癌症研究。尽管CDX花费的时间较少,但研究表明,在细胞系形成及体外培养中可能会导致原发肿瘤的特征明显丧失。另一方面,PDX是直接移植到受体小鼠上的新鲜人类肿瘤组织,这使得它们的建立具有一定挑战性,并可能随着时间的推移导致相关的人源基质的潜在损失。

 

将人源化小鼠模型作为肿瘤免疫治疗的临床前应用,需要在hu-PDX小鼠模型中复制肿瘤微环境(TME)。TME由血管、淋巴管、间质细胞、免疫细胞、成纤维细胞和细胞外基质(ECM)等不同成分组成。这一复杂环境的建立是肿瘤生物学研究的主导因素,因为它不仅为肿瘤的发展和转移提供了环境,而且有助于肿瘤的诊断、预防和预后。由于TME在肿瘤发生和发展中的重要作用,以及小鼠人源化和PDX植入后免疫细胞和肿瘤细胞之间的相互作用,TME可以为未来的治疗提供新的策略。将人源化小鼠与成熟的流式细胞术联合应用对于理解TME至关重要。澎立生物(PharmaLegacy)拥有优秀的流式细胞术核心实验室,拥有支持多达18个通道的多台流式细胞仪。如果你需要研究T细胞耗竭标志物,或一个专门的DC1细胞亚群,我们可以设计一个FACSpanel来跟踪你感兴趣的所有细胞群。也有报道证明使用人源化小鼠模型来进行基因修饰的T细胞相关实验,对接受过继性细胞治疗(ACT)的癌症患者有相当的价值。ACT的输注过程是基于T细胞被改造成表达转基因T细胞受体(TCRs)或嵌合抗原受体(car),这有助于提高与肿瘤相关抗原(TAAs)的亲和力。人源化小鼠可以模拟在体外扩增免疫活性细胞,进行相关基因改造,然后再注射回患者的这一过程。

 

此外,人源化小鼠模型有助于免疫检查点阻断治疗。免疫检查点下的几种信号通路和抑制性受体,如程序性细胞死亡蛋白-1 (PD-1)、细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白-4 (CTLA-4)、淋巴细胞活化基因-3 (LAG-3)和T细胞免疫球蛋白-3 (TIM-3),均可抑制过度活化的T细胞,防止自我组织攻击,从而消除自身免疫效应的发生。当PD-1和CTLA-4抑制剂获得2018年诺贝尔生理学和医学奖时,一些免疫检查点抑制剂被证明在癌症治疗中拥有独特的价值。人源化小鼠模型在免疫检查点抑制剂研究中的显著优势同时被确立,因为其可被用于癌症患者个体化临床治疗方法的有效性检验。第一代人源化小鼠已经高度预测了免疫检查点抑制剂在人类临床治疗中的成功。下一代免疫肿瘤疗法将靶向免疫检查点抑制剂以外的相关机制。未来的治疗将需要更完整的TME,包括在“冷”肿瘤中常见的对免疫检查点抑制剂治疗无反应的其它免疫细胞亚型。第二代人源化小鼠有望成为未来用于这一领域药效筛选的有效模型。具体而言,靶向NK细胞、MDSC和TAM的疗法均可受益于第二代人性化的小鼠。目前的研究正在努力解决人源化小鼠模型的主要问题,以确保人源化小鼠模型可以作为临床前肿瘤免疫研究的有代表性的可靠工具。

 

在澎立生物,我们理解客户对人源化模型的需求至关重要,这就是为什么我们的科学团队一直在努力,旨在能为客户的研究提供最为可靠且具有性价比的模型。此外,我们还研发了自己的基因修饰的人源化小鼠,可进行个性化定制,以满足广大客户的需求。我们也可以通过在小鼠体内转染表达特定细胞因子的慢病毒,筛选供体CD34干细胞,或者根据客户的其它需求对模型系统进行个性化定制。

 

 

 

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