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腫瘤同種異體移植模型生成:解離的腫瘤細胞與腫瘤碎片

2018-10-11

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要新增免疫活性小鼠模型才能克服常用同基因腫瘤模型和基因工程動物模型帶來的問題。今天我們回顧一下腫瘤同種移植模型及其可選的方法。

免疫健全的臨床前模型

數十年來,免疫健全小鼠模型一直是臨床前癌癥研究最基本的組成部分。時至今日,同基因和基因工程小鼠模型(GEMM)逐步成為臨床前免疫腫瘤學研究的主力軍。

為了在轉入較為復雜的臨床人類研究之前對作用原理有所了解并對反應做出預測,整體反應性或替代性免疫腫瘤學試劑都廣泛采用同基因和基因工程小鼠模型(GEMM) 做試驗。

同基因模型

目前在免疫腫瘤藥理學研究中,同基因小鼠腫瘤細胞株最為常用。同基因模型從小鼠癌細胞株永生化的同種異體移植,在衰老小鼠體內或由致癌物質誘發自發形成腫瘤。

把這些模型重新植回相同同株自交免疫健全小鼠中。宿主和細胞株品系相同,即意味著不會發生腫瘤排斥反應,從而為免疫治療評估建立免疫健全模型。

同基因模型的局限性

同基因細胞株現有數量有限,即某些癌癥類型(如肺癌)尚不完全具備代表性,并非對所有的癌癥類型或亞型都能做到面面俱到。

此外,因為同基因源自體外傳代的永生化癌細胞株,所以從原發疾病中能看到基因漂變。人類疾病中所見的特殊突變或罕見突變以及融合,通常不在這些模型中表現。

作為非同義突變結果,與多數人類癌癥中發現的抗原載量相比,同基因模型新抗原載量還是明顯偏高。

基因工程小鼠模型

在GEMM中,經過推斷,惡變所涉的一個或多個基因會出現缺失、突變或過度表現,這會導致腫瘤自發形成。

通過重現腫瘤的形成步驟,把腫瘤生長定位在一個特定的合適部位,GEMM提供了一個與生理學更加相關的腫瘤微環境。尤為重要的是能在完全具有免疫能力的環境中生長,因此非常適合用于免疫腫瘤學研究。

GEMM的優勢

現有的大量GEMM模型足以涵蓋諸多常見癌癥適應癥,如肺癌、前列腺癌、乳腺癌、結腸癌和胰腺癌。這能比有限的同基因細胞株提供更多的亞型可用性。

相對于同基因細胞株,GEMM具有諸多其它優勢,包括大量表征良好的各種模型,在免疫活性環境中,腫瘤明顯具有疾病分子發病機理。

與同基因株相比,GEMM突變負荷表現得也很低,從基因方面來看更接近于人類腫瘤。這是由于使用高致癌基因和低腫瘤抑制基因,導致發生癌變。

GEMM的劣勢

然而,GEMM在體內藥理學研究中確實有明顯劣勢。這些劣勢表現在潛伏期很長,小鼠發病階段不同,外顯率不能達到100%。因此,嘗試使用GEMM進行藥效試驗,導致研究周期很長、挑戰性很大,會出成“滾動”現象。

小鼠腫瘤同種移植模型

為了解決這些問題,用GEMM自發性腫瘤同種異體移植碎片或分離腫瘤細胞株(DTC)可建立腫瘤同種移植模型。把碎片/分離腫瘤細胞株(DTC)植入相同背景品系的小鼠組群中,生成一個系統,將GEMM的優勢與提高操作簡易性、一致性和生長相結合。

用碎片或分離腫瘤細胞株(DTC)生成腫瘤同種移植模型,各具明顯優勢和局限性。

腫瘤碎片生成

腫瘤碎片能較好地再現原發性腫瘤的組織學性質,具有原始三維結構和細胞間接觸。已知這些因素會影響信號傳導,因此可能會影響治療效果。

此外,在原位環境下,與細胞懸液相比較,完整腫瘤碎片的植入更能提高轉移效果,同時避免用人工對細胞懸液治療擴散。

然而,腫瘤內腫瘤碎片植入,細胞數量和局部異質性未知會導致之間研究及內部研究出現更大的變異性。此外,生成多個大小相似的小碎片可限制次級受體的數量。

由分離腫瘤細胞株(DTC)生成

另一方面,通過植入分離腫瘤細胞株(DTC),腫瘤異質性呈均勻式分布,移植成活率和腫瘤生長率高于腫瘤碎片。腫瘤微環境的成分亦呈均勻式分布,包括上皮細胞、成纖維細胞和腫瘤浸潤淋巴細胞。

用高百分比的活細胞(冷凍和解凍)建立分離腫瘤細胞株(DTC)庫。個別小鼠腫瘤分離腫瘤細胞株(DTC)也能提供足夠的活細胞,其容量大于個別腫瘤獲得的碎片容量。

從多個腫瘤中收集細胞株,或在次級受體中擴大個別腫瘤,幾乎可為臨床前研究生成無限個隨需而變的腫瘤細胞株。

結論

同基因和小鼠腫瘤同種移植,都能為免疫治療體內療效試驗提供良好的模型系統。同基因為大規模藥理學研究提供了一個可靠的平臺。小鼠腫瘤同種移植具有GEMM的諸多優勢,應用方式與同基因基本相似。

這些模型組群采用可靠的方式移植,以便能更全面進行免疫治療評估。

Topics: Oncology

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