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博客

临床前肿瘤免疫模型初阶班

2017-05-25

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近期在肿瘤研究中免疫检查点抑制剂的突破性发现,展现了免疫系统在癌症治疗中的重要性,以及免疫疗法成为治疗癌症的关键新方法。

不过呢,还是有很多关于免疫疗法的问题还没被解答,例如:

  • 为什么只有一部分的患者才会对这些抑制剂有强烈的反应
  • 该如何辨別患者是否会受益于免疫疗法
  • 要如何加强病人的反应

很幸运的,现在有很多种的临床前肿瘤免疫模型能够协助这些研究并回答问题。这些模型主要的特征是需要某些功能性的免疫系统 (反之免疫缺陷鼠则通常是用来当作临床前实验的抗癌剂) 。

有著广大的肿瘤免疫模型库,选择适合的模型於您的研究则变成了一个难题。我们审核了一些主要的模型类型,并讨论其潜在的应用与限制,来帮助您做决定。

同源肿瘤模型

在同源肿瘤模型里,近交系鼠源肿瘤细胞系会被转殖到拥有同品系鼠种身上。这些临床前鼠源肿瘤模型的主要优势是拥有完整的免疫系统,同时可以轻易地培养肿瘤细胞系,进而提供一个最直接且容易使用的模型。

皮下与原位鼠源肿瘤模型

“皮下接种”对于评估潜在免疫治疗化合物有很大的帮助,同时也可以使用原位模型来更準确的预测临床及药效实验数据。转移性原位同源肿瘤模型包含了生物发光模型,目前已经进入肿瘤转移研究、肿瘤转移病灶、以及靶向这类转移性肿瘤的药效评估。

同源老鼠模型的限制

同源肿瘤模型在使用上还是有些侷限,由于在同源肿瘤里细胞系数量有限,因此在肿瘤类型的选择上则会有所限制,同时也有因为特定物种才有的功能而造成人类与鼠类的免疫系统之间的差异。另一方面,当双方的肿瘤和免疫细胞皆来自於同源鼠类,有些药物会没有办法辨认出老鼠对应的人类基因(所以由老鼠代孕出的抗体则需要经过测试),甚至有些目标物会没办法显示任何表达。

基因改造老鼠模型(Genetically Engineered Mouse Models, GEMM)

在基因改造老鼠里,基因若被推测有恶性转化的可能,则会被删除、变异、过度表现而在成自发性肿瘤持续成长。这些模型能够提供更符合肿瘤生长的微环境来重现肿瘤形成的过程,并且能够使肿瘤生长到特定和适当的阶段。然而最重要的是,它们都生长在一个适合肿瘤生长的环境当中,帮助研究员进一步研究肿瘤免疫。

基因改造老鼠模型(GEMM)的限制

即使基因改造老鼠模型在肿瘤免疫研究上大有帮助,但是癌症基因改造老鼠模型通常会在个別老鼠肿瘤传代的变化上有延迟的问题,因此在持续研究上造成一些困难。为了解决这个问题,癌症基因改造老鼠的肿瘤可以被培养和注入到同系列的近交系老鼠身上(类似同基因模型),这将可以提供研究员们一个更稳定成长特性的临床前研究环境。

基因改造老鼠模型的另一项缺点则是变异负荷力不足,因为这些肿瘤只有少数变异的癌基因转移过来的。

拥有人类免疫系统的老鼠

为了要克服同物种基因特异性问题,一种基因改造老鼠模型新的使用方法出现了—那就是将牠们人源化。这些模型都是为了对应特定的人类药物而改造过的,像是基因改造过的老鼠将会替代鼠原标靶蛋白如PD-1与人类之间的对应。

这样一来,将可以测试人类独有的药剂和抗体,因为这可以提供在老鼠免疫系统里一个特定的人源蛋白崁合系统。另一种克服同种和基因改造老鼠限制的方法则是直接使用人源化老鼠。

如何在外周血单个核细胞还是造血干细胞中做选择?

在人源化动物模型中注入外周血单个核细胞(PBMC)或造血干细胞(HSC)到免疫缺陷老鼠中是我们最常见的两种方式。

人类外周血单个核细胞

外周血单个核细胞的植入可以帮助短期的研究,并提供短暂和重建人类部分的免疫功能。但是,这些模型还是能够提供重要的人类免疫肿瘤和治疗功效所需要的资讯,其中又以T细胞功能(双特异性T细胞衔接器、免疫检查点抑制剂/激动剂、嵌合抗原受体T细胞)与自然杀手细胞(抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用、自然杀手细胞调节剂)为主。

不过,这类的模型主要的缺陷是人类异种移殖和宿主疾病的对立(移植物对抗宿主疾病),而且通常会在植入人类外周血单个核细胞之后几周内发生。移植物对抗宿主疾病发生的原因则是因为主要的组织相容性复合体与人类T细胞和老鼠细胞之间结合发生错误。

造血干细胞之移植

另一方面,使用人类造血干细胞则可以提供一个较长期的且稳定的人类免疫系统模型。人源性老鼠是由人类造血细胞(从脐带血干细胞) 和免疫缺陷鼠接种来生产的 (例如:NOG和NSG) 。而免疫疗法会针对骨髓系统里免疫细胞,基因移植免疫缺陷鼠则是对于巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)和白血球介素3(IL-3)的表达较适合的模型。

这些模型可以提供标靶物功能的资讯,也能让研究员知道人类免疫系统的反应如何影响肿瘤成长。它们还可以用来测试不同的治疗方案,其中包括抗体如何克服特定的肿瘤抗原和检查点抑制剂,或是如何制作人类自然杀手细胞调节剂,包含了抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用(ADCC)。

希望这篇教学指南有提供您足够的鼠源与人类肿瘤免疫模型介绍,帮助您选择适当的模型用于您的研究。

Topics: Oncology

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