Method Article
توفر نماذج الفئران المتوافقة مع البشر تمثيلا أكثر دقة للبيئة المكروية المناعية البشرية. تصف هذه المخطوطة العملية التي يتم فيها إنشاء هذه النماذج من خلال الطعم الكلوي للغدة الصعترية البشرية ، وحقن خلايا CD34 + البشرية ، والتوصيل المستهدف للجينات المحورة للسيتوكين البشري لتعزيز تكاثر خلايا CD34 + وتمايزها.
توفر النماذج الحيوانية ترجمة حيوية بين البحوث الطبية الحيوية في المختبر وفي الجسم الحي . توفر نماذج الفئران المتوافقة مع البشر جسرا في تمثيل الأنظمة البشرية ، مما يسمح بدراسة أكثر دقة للتسبب في المرض والمؤشرات الحيوية والعديد من الاستفسارات العلمية الأخرى. في هذه الطريقة الموصوفة ، يتم زرع الفئران NOD-scid IL2Rγnull (NSG) التي تعاني من نقص المناعة مع الغدة الصعترية الذاتية ، ويتم حقنها بخلايا CD34 + المشتقة من الكبد متبوعة بسلسلة من عمليات تسليم السيتوكين المحقونة. على عكس النماذج الأخرى ذات الطبيعة المماثلة ، يعزز النموذج الموصوف هنا إعادة تكوين محسنة للخلايا المناعية عن طريق توصيل السيتوكينات وعوامل النمو عبر الجينات المعدلة وراثيا المشفرة في نواقل AAV8 أو pMV101 القائمة على الحمض النووي. علاوة على ذلك ، فإنه يوفر استقرارا طويل الأمد مع الفئران المعاد تكوينها التي يبلغ متوسط عمرها 30 أسبوعا بعد حقن CD34 + . من خلال هذا النموذج ، نأمل في توفير طريقة مستقرة ومؤثرة لدراسة العلاج المناعي والأمراض البشرية في نموذج الفئران ، مما يدل على الحاجة إلى نماذج تنبؤية قبل السريرية.
في حين أن النماذج الحيوانية خلقت فهما أعمق للأنظمة الخلوية والجزيئية ، إلا أن التحدي لا يزال يتمثل في توضيح تعقيدات الأنظمة الخاصة بالأنواع ، مثل المناعة وعلم وظائف الأعضاء ومجالات أخرى من علم الأمراض. تم استخدام الرئيسيات غير البشرية (NHP) ، مثل الشمبانزي ، تاريخيا للتعويض عن الفجوات المطلوبة في البحث النموذجي. ومع ذلك ، يمكن أن يكون نموذج NHP مكلفا للغاية ولا يمكن الوصول إليه ، لا سيما وأن استخدامه قد تم حظره في أوروبا1.
بعد إجراء تطعيم ناجح ، يكرر نظام الفئران جهاز المناعة البشري ، كما يتضح من إعادة توطين الأعضاء اللمفاوية. يوفر تطوير الفئران ذات أجهزة المناعة البشرية الوظيفية الفرصة لإجراء أبحاث انتقالية حول مناعة الإنسان في مجموعة متنوعة من السياقات. تسهل الفئران التي تعاني من نقص المناعة المطعمة بخلايا وأنسجة بشرية يمكنها تكرار جهاز المناعة البشري الجراحي بنجاح دراسة تكون الدم والمناعة والعلاج الجيني2 والأمراض المعدية3 والسرطان4 والطب التجديدي5. نشرت مجموعتنا وبعض المتعاونين معنا نتائج باستخدام هذا النموذج الذي يوضح النماذج قبل السريرية للورم الميلانيني الجلدي6. هذا النموذج متعدد الاستخدامات بما يكفي لتطبيقه على مجالات لا حصر لها خارج سياق أبحاث الورم الميلانيني والعلاج المناعي.
تستخدم خلايا الدم المحيطية أحادية النواة (PBMCs) بشكل شائع لإضفاء الطابع الإنساني لأنها تؤدي إلى إعادة تشكيل قوية للخلايا التائية ، والتي لها أدوارا في التسامح المناعي. ومع ذلك ، نظرا لانخفاض معدل التجديد الذاتي وارتفاع معدل الخلايا الناضجة الملتزمة بالسلالة ، غالبا ما يتم استبدال PBMCs بمنتجات قائمة على الخلايا الجذعية البشرية (HSC) ، والتي يمكن اشتقاقها من كبد الجنين7. بالاقتران مع منتجات HSC المشتقة هذه ، فإن إضافة زرع الغدة الصعترية البشرية تحت كبسولات الكلى لفئران NSG تخلق نظاما قادرا على دعم نمو الخلايا التائية البشرية. هذا النموذج ، المعروف باسم نخاع العظام والكبد والغدة الصعترية (BLT) ، مفيد للغاية لأنه يسمح بتكون الدم متعدد السلالات ، وتعليم الخلايا التائية في الغدة الصعترية الذاتية ، وتقييد HLA8.
النموذج المقترح في هذه المخطوطة هو نموذج BLT معدل مع توصيل إضافي للسيتوكين. ثبت أن السيتوكينات المسببة للالتهابات تعزز قدرات الخلايا المناعية المستجيبة ، وتحديدا من خلال العلاجات المناعية القائمة على IL-159. لوحظت الخلايا الليمفاوية CD45 + في الدم المحيطي للفئران المتوافقة مع البشر (الفئران الفردية) بعد حوالي 8-12 أسبوعا من حقن خلايا CD34 + البشرية ، مما يدل على زيادة واضحة في إعادة التكوين مقارنة بالدم المنتشر لفئران NSG العادية. باستخدام ناقل الأدينو المرتبط لتوصيل IL-3 و IL-7 و GM-CSF البشري ، زادت مستويات خلايا CD45 + البشرية في الدورة الدموية مقارنة بتلك الفئران التي لا تتلقى السيتوكينات. تعمل إضافة السيتوكينات DNA Combo II (SCF و FLT3 و CKIT و THPO) على تحسين الخلايا التائية وتمايز الخلايا النخاعية10. تميز إضافة توصيل السيتوكين هذه الطريقة بين نماذج Hu-mice الأخرى ، كما تدعمها البياناتالمنشورة 10.
سمح تطوير هذا النموذج باستجابة مناعية بشرية فطرية وتكيفية بنشر البيانات المتعلقة بمقاومة العلاج والبيئة المكروية للورم10. يمكن للمختبرات المقدمة الوصول إلى عينات الأنسجة لاستخدام هذه الطريقة ؛ يتمتع نموذج Hu-mice هذا بإمكانيات كبيرة للمختبرات الأخرى لدراسة مجالات مماثلة بالإضافة إلى التوسع في مجالات أخرى من العلاج المناعي والدراسات قبل السريرية.
تتم مراقبة جميع البروتوكولات التي تنطوي على استخدام عن كثب من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية والمستخدمين (IACUC) التابعة لمعهد Wistar. يلتزم المختبر بالإرشادات التي وضعتها هذه اللجنة والطبيب البيطري المعالج لضمان صحة وسلامة ورفاهية المعنية. قبل اتباع هذا البروتوكول ، يلزم الحصول على موافقة الطبيب البيطري و IACUC ، وقد يكون لدى الأفراد اختلافات في التقنيات الجراحية المحددة والتعامل مع مقارنة بالبروتوكول وفقا لنصيحة الأطراف المذكورة أعلاه المشاركة في رعاية.
ملاحظة: يمكن تجميد عينات المناديل حتى تصبح جاهزة للاستخدام. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إجراء عزل CD34 + في نفس اليوم أو اليوم التالي لجراحة الكسب غير المشروع الكلوي. ستحدد هذه المعلومات متى سيتم حقن بوسولفان: إذا كنت تنوي إجراء عملية جراحية في نفس يوم العزل ، فيجب حقن بوسلفان بشكل استباقي استعدادا لتلقي الأنسجة. علاج ثلاثين أنثى من فئران NSG تتراوح أعمارها بين 5-7 أسابيع ب 30 مجم / كجم (100 ميكرولتر ، PBS 1x) من دواء مستنفد النخاع الطازج ؛ حقن بوسولفان IP قبل 24 ساعة من الجراحة.
1. عزل خلايا CD34 +
2. معالجة الغدة الصعترية
3. تطعيم الكبسولة تحت الكلوية وحقن خلايا CD34
بعد الجراحة الناجحة والحقن المناسبة بعد الجراحة ، يمكن تأكيد تمايز CD34 + عن طريق قياس التدفق الخلوي. بعد حوالي 8 أسابيع من الجراحة ، تنزف الفئران استعدادا ل FACS ، وتتكرر كل أسبوعين حتى يتم استيفاء عتبة محددة من الخلايا المناعية البشرية كما هو موضح سابقا10. باختصار ، تم جمع 100 مل من الدم في أنابيب جمع الدم المغلفة بالليثيوم والهيبارين. بعد تحلل خلايا الدم الحمراء باستخدام محلول تحلل ACK ، تم غسل الخلايا باستخدام محلول FACS (محلول ملحي مخزن بالفوسفات ، و 2٪ FBS ، و 0.1٪ أزيد الصوديوم) وطرد مركزي. ثم تم تعليق حبيبات الخلية في 100 مل من المخزن المؤقت FACS واحتضانها بلوحة من الأجسام المضادة (CD45 المضاد للفأر ، CD45 المضاد للإنسان ، مضاد CD3 ، مضاد CD4 ، مضاد CD8 ، ومضاد CD20). لتحديد الخلايا الحية والميتة ، تم تلطيخ الخلايا ب DAPI ، وتم تسور الخلايا الليمفاوية بناء على معلمات FSC-A و SSC-A. تم إنشاء بوابة لتحديد الخلايا الحية ومن تلك الخلايا المفردة. من بين تلك الخلايا الليمفاوية الحية الفردية ، ميزنا أولا الإنسان عن خلايا الفأر CD45 + . تم تحديد خلايا CD20 + و CD3 + من خلايا CD45 + البشرية ، وأخيرا ، تم تحديد خلايا CD4 + و CD8 + من خلايا CD3 + (الخلايا التائية). للتوضيح ، تكون الفئران الفردية جاهزة للاستخدام في تجارب العلاج المناعي عندما تصل إلى عتبة >25٪ HuCD45 + في إجمالي الخلايا الليمفاوية و >8٪ -10٪ CD8 + في خلايا CD3 + البشرية (الشكل 1). في المراحل الأولى من إعادة التكوين ، تكون مستويات CD20 + مرتفعة ، ومستويات CD3 + منخفضة. مع تكاثر الخلايا وإعادة تكوينها بمرور الوقت ، تنخفض مستويات CD20 + مع ارتفاع مستويات CD3 + . يرتبط هذا بالوقت الذي يتم فيه إعادة ملء الغدة الصعترية للفأر وطحال الفأر وغدة صعترية المطعمة بالكبسولة الكلوية بخلايا السلائف اللمفاوية البشرية التي تخضع للتمايز.
الشكل 1: تحليل قياس التدفق الخلوي للفأر المعاد تشكيله. التحليل مسور لعزل مجموعات مختلفة من الخلايا ، بدءا من إجمالي عدد الخلايا الليمفاوية ، ثم التمييز بين الخلايا الحية والخلايا المفردة ومجموعات الخلايا الجذعية المختلفة مع إيلاء اهتمام خاص ل CD45 + و CD8 + للتأكد من القرب من العتبات ، كما تم الإبلاغ سابقا10. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
وصفت هذه المخطوطة هنا توليد الفئران المتوافقة مع البشر عن طريق الغدة الصعترية للجنين البشري المطعمة تحت الكبسولة الكلوية وحقن CD34 + اللاحق لإعادة إنشاء جهاز المناعة البشري.
بينما يعمل البروتوكول على إنشاء أفضل نموذج ممكن ، فإن بعض الخطوات ضرورية للبقاء. على سبيل المثال ، أثناء عزل CD34 + ، من الضروري أن يتمكن الشخص الذي يبحث من خلال المجهر من التعرف على خلايا CD34 + . على الرغم من أنه قد يبدو زائدا عن الحاجة ، إلا أن آلات العد الأوتوماتيكية لا تحدد دائما هذه الخلايا بسبب مورفولوجيتها ، وقد تخطئ الآلة نفسها في تحديد الحطام على أنه خلايا موجبة. لذلك ، من الأهمية بمكان تحديد هذه الخلايا يدويا. علاوة على ذلك ، من الضروري التأكد من أن الغدة الصعترية تدخل بالفعل كبسولة الكلى أثناء جراحة الكسب غير المشروع الكلوي. يمكن تصور ذلك أو تحسسه: يجب أن يكون الجراح قادرا على الشعور بقطع الغدة الصعترية التي تدخل الكلى.
الأهم من ذلك ، أن العملية تحتوي على بعض المحاذير التي يمكن أن تحدد نجاح النموذج. الأول هو أنه يجب تقييم جودة أنسجة الجنين بشكل فردي لتحديد ما إذا كانت الخلايا المعزولة يمكن أن تكون سامة للفأر. على سبيل المثال ، تبدو الأنسجة التي تزيد أعمارها عن 20 أسبوعا أكثر صلابة وتقطع بشكل أكثر دقة أثناء التحضير. هناك تدهور أقل بشكل عام. هذه الصفات هي مؤشرات عامة لأنسجة العيار الأفضل. تحذير ثان لهذه التقنية يتعلق بكمية ونوعية خلايا CD34 + . عدد الخلايا المنتجة متغير وفي بعض الأحيان قد لا يوفر ما يكفي للحقن. في هذه الحالات ، من الممكن التحايل على المشكلة عن طريق حقن خلايا الكبد أحادية النواة المعزولة في وقت سابق من البروتوكول. ثالثا ، بعد تنفيذ نموذج ناجح ، قد تبدأ الفئران في تطوير مرض الكسب غير المشروع مقابل المضيف (GVH) حوالي 25 أسبوعا من العمر. في حين أن النموذج يمكن أن يستمر لمدة تصل إلى 30 أسبوعا ، إلا أنه يستغرق حوالي 25 أسبوعا يجب على المحققين الانتباه بعناية إلى التغيرات التي تبدو على شكل الفئران في درجة الجسم ، وتساقط الشعر ، وضيق الوجه. حول هذه النقطة ، يجب على المرء دائما التشاور مع الطبيب البيطري المعالج ، وتحديد نوعية الحياة ، وحضور الفئران على النحو الذي تمليها أو القتل الرحيم.
يتمثل الاختلاف الرئيسي بين هذا البروتوكول والنماذج المتوافقة مع البشر في استخدام السيتوكينات لتحسين تكاثر الخلايا المكونة للدم واستقرارها أولا ثم تعزيز تمايز الخلايا المناعية. تتم معالجة آثار استخدام السيتوكينات من خلال زيادة مستويات خلايا CD45 + البشرية في الدورة الدموية المحيطية للفأر والمساعدة في تمايز الخلايا التائية والخلايا النخاعية مقارنة بتلك الفئران التي لا تحتوي على السيتوكينات ، كما وردسابقا 10.
باختصار ، يوفر النموذج الموصوف للفأر المتوافق مع البشر عمرا ثابتا وتلخيصا وظيفيا للخلايا المناعية البشرية. يمكن للآخرين إعادة إنشاء النموذج في محاولة لدراسة عدد لا يحصى من الأسئلة المتعلقة بالعلاج المناعي والبحوث الفيروسية والطب التجديدي والعديد من المجالات خارج هذه السياقات.
يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح متنافسة مع هذه المخطوطة.
بفضل Wistar Flow-Cytometry ، والفحص الجزيئي ، ونواة الناقل ، ومرفق لدعمهم. أصبح هذا العمل ممكنا بدعم من مؤسسة الدكتورة ميريام وشيلدون جي أديلسون للأبحاث الطبية.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
ACK lysis buffer | Life Technologies Corporation | ||
BD Microcontainer | BD | blood collection tubes | |
Busulfan | Sigma | B2635-25g | Irradiating drug; light sensitive |
CD34 Microbeads | Miltenyi Biotec | 130-046-702 | antibody beads kit; stored at 4 °C |
CKIT | Aldevron | custom | cytokine; stored at -20 °C |
Collagenase/Dispase | Roche Diagnostics | 11097113001 | Stored at 4 °C |
FcR Blocking reagent | Miltenyi Biotec | 130-046-702 | antibody beads kit; stored at 4 °C |
Fetal tissue (liver and thymus) | Advanced Bioscience Resources | Delivered same day or overnight | |
Ficoll | GE Healthcare | 17-1440-03 | Stored at room temperature |
FLT3 | Aldevron | 125964 | cytokine; stored at -20 °C |
Forceps | Various | Various | |
Hamilton syringe needle | Various | Various | 22 G; 3 point; 2" length |
Hemostats | Various | Various | |
MS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | magnetic separator |
PBS | Gibco | 14190-136 | Stored at room temperature |
Primocin | Invivogen | amt-pm1 | antibiotic; stored at 4 °C |
RPMI | Corning | 10-040-CM | Stored at 4 °C |
SCF | Aldevron | 125962 | cytokine; stored at -20 °C |
Surgical scissors | Various | Various | |
THPO | Aldevron | 125963 | cytokine; stored at -20 °C |
Tissue treated petri dish | Corning | 430167 | |
VetBond glue | 3M | 1469SB | glue |
Visorb suture | Stoelting Co | 5046 | absorbable suture, size 4, 19 mm cutting |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved