Method Article
מודלים של עכברים אנושיים מספקים ייצוג מדויק יותר של המיקרו-סביבה החיסונית האנושית. כתב יד זה מתאר את התהליך שבו מודלים אלה נוצרים באמצעות השתלת כליה של בלוטת התימוס האנושית, הזרקת תאי CD34+ אנושיים ואספקה ממוקדת של טרנסגנים של ציטוקינים אנושיים כדי לקדם התפשטות והתמיינות של תאי CD34+ .
מודלים של בעלי חיים מספקים תרגום חיוני בין מחקר ביו-רפואי in vitro למחקר in vivo . מודלים של עכברים מואנשים מספקים גשר בייצוג של מערכות אנושיות, ובכך מאפשרים מחקר מדויק יותר של פתוגנזה, סמנים ביולוגיים ושאילתות מדעיות רבות אחרות. בשיטה זו המתוארת, עכברי NOD-scid IL2Rγnull (NSG) חסרי חיסון מושתלים בתימוס אוטולוגי, מוזרקים עם תאי CD34+ שמקורם בכבד ואחריהם סדרה של משלוחי ציטוקינים מוזרקים. בניגוד למודלים אחרים בעלי אופי דומה, המודל המתואר כאן מקדם בנייה מחדש משופרת של תאים חיסוניים על ידי העברת ציטוקינים וגורמי גדילה באמצעות טרנסגנים המקודדים בווקטורים מבוססי DNA AAV8 או pMV101. יתר על כן, הוא מציע יציבות לטווח ארוך עם עכברים משוחזרים בעלי תוחלת חיים ממוצעת של 30 שבועות לאחר זריקות CD34+ . באמצעות מודל זה, אנו מקווים לספק שיטה יציבה ומשפיעה לחקר אימונותרפיה ומחלות אנושיות במודל עכברי, ובכך להדגים את הצורך במודלים פרה-קליניים מנבאים.
בעוד שמודלים של בעלי חיים יצרו הבנה עמוקה יותר של מערכות תאיות ומולקולריות, האתגר נותר בהבהרת המורכבויות של מערכות ספציפיות למין, כגון חסינות, פיזיולוגיה ותחומים אחרים של פתולוגיה. פרימטים לא אנושיים (NHP), כמו שימפנזים, שימשו לאורך ההיסטוריה כדי לפצות על הפערים הנדרשים במחקר המודלים; עם זאת, מודל ה-NHP יכול להיות יקר למדי ובלתי נגיש, במיוחד מכיוון שהשימוש בהם נאסר באירופה1.
לאחר הליך השתלה מוצלח, מערכת העכברים משכפלת את מערכת החיסון האנושית, כפי שהוכח באמצעות אכלוס מחדש של איברי הלימפה. התפתחותם של עכברים עם מערכת חיסון אנושית מתפקדת מספקת את ההזדמנות לערוך מחקר תרגומי על חסינות אנושית במגוון הקשרים. עכברים חסרי חיסון המושתלים בתאים ורקמות אנושיות שיכולים לשכפל בהצלחה מערכת חיסון אנושית פעילה מקלים על חקר המטופואיזה, חסינות, טיפול גנטי2, מחלות זיהומיות3, סרטן4 ורפואה רגנרטיבית5. הקבוצה שלנו וחלק ממשתפי הפעולה שלנו פרסמו תוצאות באמצעות מודל זה המדגים מודלים פרה-קליניים של מלנומה עורית6. מודל זה הוא רב תכליתי מספיק כדי להיות מיושם באינספור תחומים מעבר להקשר של מחקר מלנומה ואימונותרפיה.
תאים חד-גרעיניים בדם היקפי (PBMCs) משמשים בדרך כלל להאנשה מכיוון שהם מביאים לבנייה מחדש חזקה של תאי T, שיש להם תפקידים מבוססים בסבילות חיסונית; עם זאת, בגלל שיעור ההתחדשות העצמית הנמוך שלהם והשיעור הגבוה של תאים בוגרים המחויבים לשושלת, PBMCs מוחלפים לעתים קרובות במוצרים מבוססי תאי גזע אנושיים (HSC), שניתן להפיק מכבד עוברי7. בשילוב עם מוצרי HSC נגזרים אלה, תוספת השתלת התימוס האנושי מתחת לכמוסות הכליה של עכברי NSG יוצרת מערכת המסוגלת לתמוך בהתפתחות תאי T אנושיים. מודל זה, המכונה מח עצם-כבד-תימוס (BLT), הוא יתרון רב מכיוון שהוא מאפשר המטופואיזיס רב-שושלתית, חינוך תאי T בתימוס האוטולוגי והגבלת HLA8.
המודל המוצע בכתב יד זה הוא מודל BLT מותאם עם אספקת ציטוקינים נוספים. ציטוקינים פרו-דלקתיים הוכחו כמחזקים את היכולות של תאי חיסון אפקטיביים, במיוחד באמצעות אימונותרפיה מבוססת IL-159. לימפוציטים CD45+ נצפים בדם ההיקפי של עכברים מואנשים (עכברי Hu) כ-8-12 שבועות לאחר הזרקת תאי CD34+ אנושיים, ומציגים עלייה ניכרת בבנייה מחדש בהשוואה לדם במחזור של עכברי NSG רגילים. באמצעות וקטור Adeno-Associated להעברת IL-3, IL-7 ו-GM-CSF אנושיים, רמות תאי CD45+ אנושיים עלו במחזור הדם בהשוואה לעכברים שאינם מקבלים את הציטוקינים. התוספת של ציטוקינים DNA Combo II (SCF, FLT3, CKIT ו-THPO) משפרת את תאי T ואת התמיינות התאים המיאלואידים10. התוספת של אספקת ציטוקינים מבדילה שיטה זו בין מודלים אחרים של עכברי Hu, כפי שנתמך על ידי נתונים שפורסמו10.
פיתוח מודל זה עם תגובה חיסונית אנושית מולדת ונרכשת איפשר לפרסם נתונים לגבי עמידות לטיפול ומיקרו-סביבת הגידול10. בתנאי שמעבדות יכולות לגשת לדגימות רקמה כדי להשתמש בשיטה זו; למודל Hu-mice זה יש פוטנציאל גדול למעבדות אחרות לחקור תחומים דומים וכן להתרחב לתחומים אחרים של אימונותרפיה ומחקרים פרה-קליניים.
כל הפרוטוקולים הקשורים לשימוש בבעלי חיים מנוטרים מקרוב על ידי הוועדה המוסדית לטיפול בבעלי חיים ומשתמשים בבעלי חיים (IACUC) של מכון וויסטאר. המעבדה מקפידה על ההנחיות שנקבעו על ידי ועדה זו והווטרינר המטפל כדי להבטיח את בריאותם, בטיחותם ורווחתם של בעלי החיים המעורבים. לפני ביצוע פרוטוקול זה, נדרש אישור וטרינר ו-IACUC, ואנשים עשויים להיות בעלי וריאציות בטכניקות הכירורגיות הספציפיות ובטיפול בבעלי חיים בהשוואה לפרוטוקול בהתאם לעצת הצדדים הנ"ל המעורבים ברווחת בעלי חיים.
הערה: ניתן להקפיא דגימות רקמה עד שהן מוכנות לשימוש. בנוסף, ניתן לבצע בידוד CD34+ באותו יום או למחרת כמו ניתוח השתלת הכליה. מידע זה יודיע מתי יוזרק בוסולפן: אם מתכוונים לבצע ניתוח באותו יום של בידוד, יש להזריק בוסולפן מראש כהכנה לרקמה מקבלת. לטפל בשלושים עכברי NSG נקבות בני 5-7 שבועות עם 30 מ"ג/ק"ג (100 מיקרוליטר, PBS 1x) של תרופה טרייה מדלדלת מיאלו; בוסולפן הזריק IP 24 שעות לפני הניתוח.
1. בידוד תאי CD34+
2. עיבוד תימי
3. השתלת קפסולה תת כלייתית והזרקת תאי CD34
לאחר ניתוח מוצלח וזריקות מתאימות לאחר הניתוח, ניתן לאשר התמיינות CD34+ באמצעות ציטומטריית זרימה. כ-8 שבועות לאחר הניתוח, עכברים מדממים כהכנה ל-FACS, וחוזרים על עצמם כל שבועיים עד להשגת סף ספציפי של תאי חיסון אנושיים כפי שתואר קודם לכן10. בקצרה, 100 מ"ל דם נאספו בצינורות איסוף דם מצופים בליתיום והפרין. לאחר ליזה של כדוריות דם אדומות באמצעות מאגר ליזה ACK, התאים נשטפו עם מאגר FACS (מי מלח עם פוספט, 2% FBS ו-0.1% נתרן אזיד) וצנטריפוגה. לאחר מכן כדור התא הושעה מחדש ב-100 מ"ל של מאגר FACS והודגרה עם פאנל של נוגדנים (CD45 נגד עכברים, CD45 נגד בני אדם, נגד CD3, נגד CD4, נגד CD8 ונגד CD20). כדי לזהות תאים חיים ומתים, התאים נצבעו ב-DAPI, והלימפוציטים גודרו על סמך הפרמטרים FSC-A ו-SSC-A. נוצר שער לבחירת התאים החיים ומתוכם התאים הבודדים. מאוכלוסיית הלימפוציטים הבודדים והחיים האלה, הבחנו תחילה בין האדם לתאי CD45+ של העכבר. תאי CD20+ ו-CD3+ זוהו מתאי CD45+ אנושיים, ולבסוף, תאי CD4+ ו-CD8+ זוהו מתאי CD3+ (תאי T). כדי לפרט, עכברי Hu מוכנים לשימוש עבור ניסויים אימונותרפיים כאשר הם מגיעים לסף של >25% HuCD45+ בסך הלימפוציטים ו->8%-10% CD8+ בתאי CD3+ אנושיים (איור 1). בשלבים המוקדמים של הבנייה מחדש, רמות CD20+ גבוהות, ורמות CD3+ נמוכות. ככל שהתאים מתרבים ומתחדשים עם הזמן, רמות CD20+ יורדות ככל שרמות CD3+ עולות. זה מתואם עם מתי בלוטת התימוס של העכבר, הטחול של העכבר וה-תימוס המושתל בקפסולת הכליה מאוכלסים מחדש בתאי מבשר לימפואידים אנושיים שעוברים התמיינות.
איור 1: ניתוח ציטומטריית זרימה של עכבר משוחזר. הניתוח מגודר כדי לבודד את אוכלוסיות התאים השונות, החל מאוכלוסיית הלימפוציטים הכוללת, ולאחר מכן להבחין בין תאים חיים, תאים בודדים ואוכלוסיות תאי גזע שונות עם תשומת לב ספציפית המוקדשת ל-CD45+ ו-CD8+ כדי לוודא קרבה לסף, כפי שדווח בעבר10. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
כתב יד זה מתאר כאן יצירת עכברים מואנשים באמצעות תימוס עוברי אנושי שהושתל מתחת לקפסולת הכליה ולאחר מכן הזרקת CD34+ כדי ליצור מחדש מערכת חיסון אנושית.
בעוד שהפרוטוקול מתפקד כדי ליצור את המודל הטוב ביותר האפשרי, שלבים מסוימים חיוניים לכדאיות. לדוגמה, במהלך בידוד CD34+ , חיוני שמי שמסתכל דרך המיקרוסקופ יוכל לזהות תאי CD34+ . למרות שזה עשוי להיראות מיותר, מכונות ספירה אוטומטיות לא תמיד מזהות תאים אלה בשל המורפולוגיה שלהם, והמכונה עצמה עלולה לזהות בטעות את הפסולת כתאים חיוביים. לכן, חיוני לזהות תאים אלה באופן ידני. יתר על כן, חיוני לאשר כי התימוס באמת נכנס לקפסולת הכליה במהלך ניתוח השתלת כליה. ניתן לדמיין או למשש זאת: המנתח אמור להיות מסוגל להרגיש את חלקי התימוס נכנסים לכליה.
חשוב לציין, לתהליך יש כמה אזהרות שיכולות לקבוע את הצלחת המודל. הראשונה היא, יש להעריך את איכות רקמת העובר באופן פרטני כדי לקבוע אם התאים המבודדים עלולים להיות רעילים לעכבר. לדוגמא, רקמה בגיל מעל 20 שבועות נראית מוצקה יותר וחותכת בצורה מדויקת יותר במהלך ההכנה. בדרך כלל יש פחות השפלה. תכונות אלה הן אינדיקטורים כלליים לרקמת קליבר טובה יותר. אזהרה שנייה של הטכניקה נוגעת לכמות ואיכות תאי CD34+ ; מספר התאים המיוצרים משתנה ולעיתים עשוי שלא לספק מספיק לזריקות. במקרים אלה, ניתן לעקוף את הבעיה על ידי הזרקת תאים חד-גרעיניים בכבד שבודדו מוקדם יותר בפרוטוקול. שלישית, לאחר יישום מודל מוצלח, העכברים עשויים להתחיל לפתח מחלת השתל נגד המארח (GVH) בסביבות גיל 25 שבועות. בעוד שהמודל יכול להחזיק מעמד עד 30 שבועות, בסביבות 25 שבועות החוקרים צריכים לשים לב היטב לשינויים במראה העכברים בציון הגוף, אובדן שיער ומצוקה בפנים. סביב נקודה זו, יש תמיד להתייעץ עם הווטרינר המטפל, לקבוע את איכות החיים ולטפל בעכברים כפי שהוכתב או להמית חסד.
ההבדל העיקרי בין פרוטוקול זה למודלים אנושיים אחרים הוא השימוש בציטוקינים כדי לשפר את התפשטותם וייצובם של תאים המטופויאטיים תחילה ולאחר מכן לשפר את ההתמיינות של תאי החיסון. השפעות השימוש בציטוקינים מטופלות על ידי הרמות המוגברות של תאי CD45+ אנושיים במחזור הדם ההיקפי של העכבר ומסייעות בהתמיינות תאי T ותאי מיאלואיד בהשוואה לעכברים ללא ציטוקינים, כפי שדווח בעבר10.
לסיכום, המודל המתואר מספק לעכבר אנושי תוחלת חיים יציבה וסיכום תפקודי של תאי החיסון האנושיים. אחרים יכולים לשחזר את המודל במאמץ לחקור מספר עצום של שאלות הנוגעות לאימונותרפיה, מחקר ויראלי, רפואה רגנרטיבית ותחומים רבים מעבר להקשרים אלה.
המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים עם כתב היד הזה.
תודה ל-Wistar Flow-Cytometry, Molecular Screening, Vector Core ו-Animal Facility על תמיכתם. עבודה זו התאפשרה בתמיכת קרן המחקר הרפואי ע"ש ד"ר מרים ושלדון ג. אדלסון.
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