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人源化小鼠模型在人类疾病研究中的应用
点击次数:2988 发布日期:2018-4-24  来源:中国实验动物信息网

俞晓峰 博士,高级科学家


俞晓峰博士现任赛业模式生物副总裁、高级科学家,负责基因修饰模式动物的研发与技术服务等工作。


俞博士在遗传基因模式动物领域有超过20年研发与管理等方面的丰富经验,在干细胞相关领域及哺乳动物细胞系基因改造研究也取得了巨大成就,其研究成果多次发表在Nature Immunology、Hum Mol Genet、Mol Cell Biol等高水平杂志上。加入赛业生物前,俞博士2010-2013年任职于美国应用干细胞(ASC)公司,担任研发总监,负责基因修饰模式动物的研发与定制服务,并在中国子公司斯坦福生物科技担任副总裁一职。2009-2010任纽约大学医学院研究员。


2003-2009期间任职于美国基因打靶公司(iTL),作为资深科学家和项目经理负责参与了基因修饰小鼠模型研发方案与策略设计、项目管理、技术人员指导与培训、以及客户服务和技术咨询等方面工作,2007年起负责开发了p53基因不同点突变的人源化肿瘤小鼠模型库项目。2000年任美国耶鲁大学医学院研究员。1995年获得军事医学科学院博士学位。


专访篇


目前在人源化小鼠模型的研究过程中,还存在哪些问题,还有哪些改进方法与策略?人源化小鼠在哪些领域应用?为此,本期中国实验动物信息网特邀赛业模式生物高级科学家俞晓峰博士为大家详细讲解。


中国实验动物信息网:为什么要构建人源化小鼠模型?人源化小鼠模型的发展历程?


俞博士:将人基因、细胞与组织通过基因修饰或移植到免疫缺陷小鼠的方式来构建的小鼠模型即为人源化小鼠模型。人源化小鼠模型已经成为研究人类疾病的重要临床前动物实验模型。


由于直接利用人细胞及组织进行相关研究受到逻辑与伦理方面的限制,动物模型就成为人类生物学研究的替代选择。小鼠因体积小,易维持与操作,繁殖周期短, 与人在基因组和生理学等特征方面相似,以及已经有相应成熟的基因修饰技术方法等因素,使其成为广泛应用的哺乳动物模式生物系统。


尽管小鼠模型研究已经取得了大量基础生物学相关方面成果,然而,对于揭示人类生物学方面,小鼠模型仍然存在局限性。小鼠生物系统中,特别是免疫系统,与人不完全一致,突出表现在先天免疫分子方面存在许多的不同,例如,小鼠缺乏功能性的TLR10,而在小鼠体内表达的TLR11、 TLR12 和TLR13,在人体内却是没有的。


而且,许多人致病因子和药物具有种系特异性。某些病原体引起的免疫反应特性与致病过程只针对人细胞,往往不是小鼠的感染病原体。由于这些问题及因素的存在,限制了小鼠模型成为真正能全面揭示人类生物学系统等研究的可靠性及有效工具。


因此,建立有效的人源化小鼠模型作为研究人特异性感染病原体,癌症生物学及其免疫治疗的临床前模型等方面,将发挥着越来越重要的作用。另外,人源化小鼠作为转化医学模型,包括再生医学、移植和免疫学等生物学研究的需求也在不断增加。


早期的人源化小鼠模型的建立多是通过移植人细胞或组织至免疫缺陷小鼠来实现的。最早的人源化小鼠模型建立要追溯到1962年应用无胸腺裸鼠,然后是1983年因Prkdc基因缺失的SCID小鼠及1995年NOD-SCID小鼠的应用。然而,免疫缺陷小鼠应用的真正突变性进展发生在2000年早期,在原免疫缺陷的小鼠(如NOD-SCID) 的基础上,通过将IL2受体的伽马(γ) 共用链(IL2rg)敲除,而成功研制出新型免疫缺陷IL2rg小鼠。由于该共用γ链是包括许多细胞因子(如IL2,IL4,IL7,IL9,IL15和IL21)受体重要组成部分,所以IL2rg是这些细胞因子高亲和力结合与信号传递不可缺少的成分。因此,在NOD/SCID 突变,或Rag1/Rag2突变基础上,同时敲除小鼠IL2rg结构部分而构建的免疫缺陷IL2rg小鼠,具有先天免疫缺失(包括无小鼠NK细胞)和获得性免疫都明显缺失的特征。


目前,广泛应用的免疫缺陷IL2rg小鼠有三种:1. 2002年日本CIEA研制的NOG (NOD Shi. Cg-Prkdc IL2rg); 2. 2005年JAX研制的NSG(NOD. Cg-Prkdc IL2rg),3. 2004年日本CIEA的BRG (BALB/c-Rag2 IL2rg)。NOG小鼠含有缩短γ链胞浆部分,虽然此部分可以结合细胞因子,但因无信号域部分,所以无信号传递功能;而NSG和BRG小鼠则完全缺失γ链部分。与以前的人源化小鼠(如NOD-SCID)相比,当人细胞,组织和免疫系统移植至小鼠体内后,在此类人源化小鼠体内的生物学反应更能真实地反应人体内的生物学现象。


中国实验动物信息网:建立在免疫缺陷小鼠基础上的人源化小鼠模型有哪几种主要的构建方法?


俞博士:目前,通过将人细胞及组织移植到免疫缺陷小鼠体内,实现人源化小鼠模型建立的方式,由于其操作过程相对简单,效率高,且成本低,所以用该方法建立人源化小鼠已经广泛应用于人感染性疾病,癌症,再生医学,移植与宿主,过敏和免疫等领域的基础与临床前实验动物模型的研究。目前应用免疫缺陷小鼠构建人免疫系统,通常有三种方法。1. Hu-PBL-SCID模型,借助注射人外周血白细胞实现。该方法可以很快(第一周末)就可以获得人CD3 + T细胞,是体内研究人T细胞功能的极好模型。由于致死异种导致的移植物抗宿主疾病(GVHD)的形成,该方法的缺点是实验观察窗口较短(通常只有4-8周), 但此实验窗口期可以通过改造NSG小鼠,使其缺失MHC-I或II得到延长。


2. Hu-SRC-SCID模型, 通过静脉或股骨内注射来自人骨髓,脐带血,胎肝,或G-CSF激活的外周血等的人CD34 + HSC细胞。该模型支持完整的人免疫系统的移植。 虽然,B细胞,T细胞,髓系细胞和抗原提呈细胞(APCs) 存在于外周造血干细胞,但是,在小鼠血液中观察到的来自骨髓的粒细胞,血小板和红细胞的量却非常低。而且,小鼠胸腺通常缺乏一些可以完全模拟人T细胞成熟所需要的相应人特异性因子。


3. BLT模型(Bone marrow/liver/thymus)模型, 该模型的建立是通过肾囊和静脉血管注射,移植人胚胎干和胸腺。可以形成较强的人粘膜免疫系统,以及自体同源人胸腺的HLA限制的人T细胞。然而,在许多实验室实际操作时,小鼠会出现GVHD样综合症,从而限制了实验窗口期。


每种模型都有其优势与不足,研究者需要根据自己特殊的研究目的,需要解决的特殊生物学问题,选择合适的构建方法。


中国实验动物信息网: 针对目前常用免疫缺陷小鼠模型存在的问题,有哪些改进方法与策略?


俞博士:虽然相对于早期的免疫缺陷小鼠(如SCID, NOD-SCID等),免疫缺陷IL2rg小鼠已经具有支持人细胞,组织和免疫系统成功移植的能力。然而,为了进一步改善该模型在实际应用中存在的某些不足,在此类模型基础上,全球许多实验室也在为进一步完善免疫缺陷小鼠模型,研发更加有效的人疾病模型持续不断努力着。在这方面的努力主要集中在如何增加有利于人先天免疫系统和体液免疫发育成熟与功能效果等领域。


为了改善骨髓细胞在免疫缺陷IL2rg小鼠中发育成熟与功能, 研究者们在BRG小鼠的基础上,构建了人M-CSF, IL-3, SIRPa, TPO, GM-CSF 基因插入的MISTRG小鼠。该小鼠具有表达功能性的人单核细胞和NK细胞能力,而且,在接受人胎干HSC移植和皮下注射人黑色素瘤细胞系Me290后, M2巨噬细胞如同在原位肿瘤组织一样,可以侵润肿瘤微环境。与Hu-SRC-SCID NSG肿瘤移植小鼠模型相比,肿瘤生长在Hu-SRC-SCID/MISTRG小鼠中是增加的,提示巨噬细胞/骨髓细胞具有促进肿瘤生长的作用。


另外,在NOG小鼠背景添加人GM-CSF和IL3构建的NOG-hGM-CSF/hIL3小鼠,或在NSG小鼠背景上添加人GM-CSF,IL3和SF(Steel factor)构建的SGM3,与NOG/NSG小鼠相比,SGM3小鼠都具有促进来自人的骨髓细胞在小鼠体内发育成熟的作用。


逐步增加的发展趋势表明,这些改进的人源化小鼠模型正在被应用于人生物学反应和疾病许多研究,且将成为临床前药物评价,以及深入探讨人疾病发生机理潜在机制的重要工具。


中国实验动物信息网:目前免疫缺陷小鼠存在的问题与挑战是什么?


俞博士:目前这些免疫缺陷小鼠存在的主要问题,还是因为小鼠自身存在的先天免疫系统及细胞因子,仍然阻扰了人淋巴细胞和骨髓细胞在小鼠体内的发育成熟与功能。为了解决这一问题,已经构建了多种敲除小鼠株(包括破坏小鼠粒细胞和巨噬细胞功能等),达到进一步降低小鼠先天免疫的作用。如在移植人HSC后,由于人和小鼠细胞因子的种系特异性,使得人免疫细胞的分化和成熟不完全。针对此现象,也可以通过转基因或敲入等基因修饰技术与方法,将人细胞因子基因导入免疫缺陷小鼠的基因组DNA中来解决。


应用转基因方法的一个潜在的问题,是可能造成小鼠相应细胞因子基因的干扰,表现为虽然可以发生相应的结合反应,但却无法引起人细胞因子的相应靶信号效应。因此,对于许多表达人分子的转基因小鼠,建议同时将小鼠相应细胞因子基因进行敲除修饰。


另外,针对通过增加人细胞因子的改进型人源化小鼠模型(如MISTRG)小鼠的研究发现,该类小鼠表现有较严重贫血症状现象,这与人巨噬细胞对小鼠红细胞的损伤,以及来自人HSC对小鼠相应HSC的排斥作用可能有关。


而且,人源化小鼠不完整的体液免疫仍然是没有解决的问题,这可能与缺乏系统的继发淋巴细胞结构,包括免疫刺激后,无法形成有效的类转换和亲和力成熟等原因,从而限制了体液免疫反应。为了解决此问题,通过增加淋巴组织刺激细胞发育,但不需要借助IL2-rg受体的信号的研究努力也正在进行。例如,对现有的模型中敲除小鼠MHC类型I和类型II基因的修饰已经构建成功,当作为主要供体人PBMC移植小鼠MHC,可以达到降低GVHD发生。这些努力在总体上,增加了改进型人源化小鼠人免疫细胞移植的成功率及功能性。


中国实验动物信息网:人源化小鼠模型对人感染性疾病方面研究有哪些帮助?


俞博士:人源化小鼠模型为研究那些具有种系特异性致病源,即需要人组织而发挥其感染及复制功能,提供了机会与可能性。通过移植人免疫细胞至免疫缺陷小鼠,可以使许多人特异性致病源发挥感染作用。当然,根据需要研究解决问题的不同,需要结合不同的小鼠品系和移植方法,选择最为优化动物模型。目前,人源化小鼠已经有应用于包括HIV,登革热病毒,EB病毒,流感病毒,伤寒/沙门氏菌,结核杆菌,埃博拉病毒,疟疾,败血症等感染性疾病的研究报道。


人源化小鼠模型已经广泛应用于人免疫缺陷病毒 (HIV)的研究。1988年应用CB17-SCID 小鼠移植人免疫系统的构建以前,黑猩猩是用于HIV研究的唯一动物模型。 由于HIV感染人CD4 T细胞,巨噬细胞和树突状细胞,因而,人源化小鼠模型为体内研究HIV不仅提供了可能性,而且已经用于HIV感染,疾病发展过程,潜伏期,以及病毒学等方面研究。 虽然,一些实验室应用Hu-SRC-SCID模型来研究HIV,但更多的实验室是用BLT模型,因为这种模型可以获得移植效率更高的人粘膜系统,从而利于研究HIV在阴道和肠道的传播机制。这类模型已经应用于各种HIV预防性药物的测试,抑制HIV复制及其清除的细胞治疗的评估。


应用Hu-PBL-SCID小鼠最早在体内揭示了HIV感染,复制和致病性,而HSC-移植和BLT模型则再现了人感染疾病过程。HSC移植的免疫缺陷小鼠可以被CCR5或CXCX4-热带HIV株感染,表现为较长时间(超过一年)的血清病毒血症。BLT模型已成为研究HIV突变导致逃逸CD8 T细胞应答的有用模型。


为了努力重现因移植了CCR5缺失供体的骨髓能达到治愈HIV“柏林病人”现象,有许多研究专注于用抑制CCR5表达的HSC进行小鼠移植实验。如用ZFN技术对HSC中CCR5进行基因打靶修饰,导致CD4 T细胞的损失减少及HIV病毒拷贝数的下降。也有研究者应用慢病毒技术,将特异性作用于CCR5的相应microRNA导入至HSCs, 然后将修饰的HSCs移植NSG小鼠,发现这些小鼠表现为人CD4阳性T细胞的存在和病毒量的降低,表明该小鼠对CCR5热带HIV株感染具有抵抗性。


另外,也有通过构建同时针对CCR5和CXCR4热带病毒的双靶点HIV慢病毒表达载体,达到不仅可以下调CCR5,且有可以抵抗CXCR4热带病毒的作用。应用该双靶点载体转染的人HSCs来建立NSG-BLT人源化小鼠, 结果表明,来自这些小鼠的脾细胞具有在体外抵制CCR5和CXCR4热带病毒感染的作用。


中国实验动物信息网:人源化小鼠在人鼠嵌合肝小鼠模型应用中有什么意义?


俞博士:通过建立了人肝嵌合体小鼠模型,可为了研究人肝脏致病因子(如丙型肝炎,乙型肝炎和丁型肝炎等病毒)提供可能性。应用这类模型的常用策略是首先破坏小鼠的肝细胞,使其为移植人肝细胞提供空间。例如,通常的模型是通过破坏延胡索酰乙酰乙酸水解酶(Fah)。另外的方法是,通过表达可调控的所谓“毒性/自杀”基因,如尿激酶型纤溶酶原激活子(uPA), 白喉毒素受体(DTR),以及单纯疱疹病毒1型胸苷激酶(TK)等基因,发挥其对肝细胞的特异性损伤作用。


丙型肝炎病毒(HCV)是引起慢性感染,进行性肝硬化,以及导致肝细胞癌症的重要诱发因素。目前,SCID/Alb-uPA和Fah Rag2 IL2rg小鼠已经应用HCV的研究。近年来更多的研究是利用白蛋白(Alb) 启动子控制FKBP-capase8融合蛋白(AFC8)表达的BRG小鼠,通过利用AP20187来去除活性Caspase8的二聚作用,使移植人肝细胞和HSCs成为可能。研究表明,人肝嵌合小鼠可以被HCV感染,引起人病毒特异性T细胞对HCV的应答及肝纤维化。但是,HCV复制在小鼠体内只观察到约50%,提示为了能更有效地研究HCV致病性与免疫性,仍需要建立更加优化改进的小鼠模型。


HCV进入细胞需要通过Claudin-1受体密切接触介导实现,用人肝嵌合uPA-SCID小鼠研究发现,针对该受体的阻断抗体可达到抑制病毒复制,降低感染肝细胞数量的作用。另外,在NRG-Fah小鼠中,借助AAV载体表达针对多个HCV特异性的中和抗体联合应用的疗法,也具有降低HCV复制和病毒感染量的作用。而且,用MUP(Major urinary protein)启动子表达uPA 建立MUP-uPA/SCID/beige小鼠,应用该模型研究发现,HCV感染可引起约25%的感染小鼠形成原发性肝肿瘤,这为研究肝肿瘤的形成机制提供了独特的机会。


另外,人鼠肝嵌合小鼠模型也可应用于药物代谢的研究。许多药物是通过肝脏进行代谢,小鼠和人肝的代谢机制是明显不同的。因此,简单应用小动物模型研究药物代谢动力学显然是不适合的。目前,许多人鼠嵌合肝模型就是通过破坏小鼠肝细胞的方式,结合脾内注射人肝细胞来开展的。例如,一种新型免疫缺陷小鼠是通过利用白蛋白(Alb) 启动子控制表达白喉毒素受体(DTR),构建Alb-TRECK/SCID小鼠。当注射白喉毒素后,小鼠肝脏很快被破坏,然后用人肝细胞取而代之。这类人鼠肝嵌合小鼠模型具有如同人肝一样的药物代谢特征。由于种系的不同造成的原因, 可用于人的药物如利尿磺胺,对小鼠则是有毒性的。然而,应用人肝嵌合的TK-NOG小鼠则有有助于解决这一问题,并应用于人药物的毒性试验。如研究表明,利尿磺胺药物对TK-NOG小鼠的毒性作用降低,与在人体内观察的副反应相似。


中国实验动物信息网:人源化小鼠在肿瘤生长和癌症免疫学等研究领域有哪些方面应用?


俞博士:在过去的50多年时间,研究者们通过将来自病人肿瘤移植到无胸腺裸鼠及SCID免疫缺陷小鼠的研究方法,已经成为验证与评估人癌症疾病治疗效果方面非常有价值的工作。不幸的是,无胸腺裸鼠仍然保留了小鼠的先天免疫系统和B细胞,特别是保留能抑制肿瘤生长和转移的小鼠NK细胞。而包括缺失NK细胞的免疫缺陷IL2rg小鼠的建立,则有利于成功移植各种人肿瘤,包括肿瘤细胞系,原位实体瘤及血液系统肿瘤等领域的研究及应用。


肿瘤病人来源的异种移植(PDX)至免疫缺陷IL2rg小鼠,可以实现保留原位肿瘤的异质性和基质效果。由于PDX小鼠中存在有人肿瘤侵润免疫细胞,该模型成为肿瘤微环境中的非自发的异质性现象的贡献之一。因此,免疫缺陷IL2rg小鼠为研究肿瘤与免疫系统相互作用提供了机会,研究者们可以通过移植人肿瘤细胞及免疫系统至免疫缺陷小鼠,探索肿瘤是如何与免疫系统相互作用,肿瘤免疫逃逸的机制,免疫调节潜在疗法的机理。当然,PDX肿瘤经过再次传代后,迅速损失原肿瘤基质,而被小鼠基质细胞所替代。


基于肿瘤细胞系在人源化小鼠模型而获得的肿瘤及免疫系统相互作用的相关结果,由于其缺乏肿瘤异质性等因素,因而存在一定的应用局限性。而进一步改进的肿瘤模型如PDX肿瘤模型则有助于解决这方面的不足,因为原位移植的PDX肿瘤模型可以实现肿瘤组织的异质性与更加完整肿瘤微环境相结合的目的。


然而,如何获得足够量的自体同源的HSCs开展大批量的研究,则是构建人源化小鼠应用于PDX研究中一个潜在不利因素。最近,一种从脐带血或G-CSF刺激并转染tat-MYC和tat-Bcl2融合蛋白的PBL,分离获得扩增的HSCs的方法,可以在体外扩增HSCs。如XactMice, 即将经体外扩增的HSCs移植的NSG小鼠, 再移植来自头颈部体鳞状细胞癌(HNSCC)病人的PDX样品,肿瘤在此类小鼠中有人CD45阳性CD151阳性细胞,以及增加的淋巴血管密度,提示在小鼠的肿瘤微环境中人免疫细胞和基质细胞已经再生形成。


人源化小鼠应用T细胞编辑方面的研究也已成为现实。一种通过作用于免疫系统达到改善抗肿瘤免疫的机制,是通过导入TCR或嵌合抗原受体(CAR)基因改造T细胞方法,达到重新提升T细胞特异性的T细胞疗法。CAR疗法是基于构建针对特异性抗原T细胞受体,该抗原受非依赖于MHC限制,使得TCR被引导至选择的任何靶点。虽然,T细胞再定位的疗法已经用于临床,人源化小鼠模型则可作为优化TCR/CAR调节的药效及安全,以及扩大癌症治疗范围等的评估方法。


将肿瘤特异性TCR通过转基因(Tg) 方式导入T细胞的优化机制,已经在人源化小鼠模型进行了研究。关于Tg TCR疗法的安全性考虑问题,是Tg TCR与内源性TCR之间可能发生错误配对,引起脱靶特异性,从而增加了细胞毒性。有研究者利用ZFN方法将内源性TCRa和TCRb基因破坏后,表明在移植源WT-1阳性白血病的Hu-PBL-SCID模型中,编辑的Tg T细胞具有只表达WT-1肿瘤特异性TCRs。


人源化小鼠也可作为免疫检查点抑制剂的评价工具。利用检查点抑制剂的作用机制作为肿瘤免疫调节疗法,已经成为当前最具潜力的研究领域。 目前在临床上成功研制的两个免疫检查点单克隆抗体,如抗细胞毒T淋巴细胞抗原4(CTLA-4)单抗, 该抗体具有阻断抑制通路,激活T细胞的作用;和抗程序化细胞死亡-1(anti-PD-1)单抗,可以达到阻断PD-1与其程序化细胞死亡-配体1(PD-L1)相互作用。这些阻断作用在抵抗黑色素瘤方面都具有明显效果,但不是所有的病人对CTLA-4和抗PD-1治疗都有反应。因此,移植肿瘤的人源化小鼠被应用,可以成为更好地揭示阻断与免疫系统之间的相互作用机制,以及测试与评价免疫调节剂效果与效率的工具。


最近的研究表明,应用人源化小鼠分析免疫调节抗体的药物动力学,以及抗肿瘤的特性,如在人结直肠HT-29癌细胞和异源人PBMCs移植的Rag2 IL2rg小鼠中,或移植病人来源的胃癌组织及自体PBMCs的小鼠,利用抗hCD137和抗PD-1单抗联合作用具有显著降低肿瘤生长的效果。


中国实验动物信息网:应用基因修饰方法建立人源化小鼠模型有哪些基本技术方法?赛业模式生物在这方面有什么优势与贡献?


俞博士:前面介绍的人源化小鼠模型多是基于免疫缺陷小鼠基础上,通过移植人细胞和组织实现的。通过基因修饰的技术方法,将人相关基因直接替换小鼠相关基因,建立人源化小鼠模型的方式,也已广泛应用于人基因功能研究、肿瘤免疫药物研发、感染性疾病建立以及药物临床前评估与考核等生物医药领域研究。比如,通过对免疫检查点相关的小鼠基因(如CTLA4和PD1等)进行人源化修饰,构建能与抗CTLA4和PD1人源化抗体相互作用的人源化小鼠,为这类抗体药物的临床前筛选与评估提供了有效的工具。通过对不感染小鼠,但感染人病原体感染分子机理的研究,探索建立可被这些病原体感染的人源化小鼠模型,为在小鼠体内研究其发病过程,建立有效疾病的防御与治疗评价体系提供了可能性。如基于对引起中东呼吸道综合症(MERS)的冠状病毒感染人细胞的分子机制研究的基础上,利用基因打靶技术,将冠状病毒感染结合人细胞DPP4基因替换小鼠的相应基因,构建了人源化DPP4敲入小鼠,研究表明,该人源化小鼠对冠状病毒具有易感性,并可作为筛选评估MERS相应中和抗体效果的工具。


另外,近年来在人源化抗体制备的快速发展中,利用基因修饰的方法构建可制备人抗体的人源化小鼠,已经成为抗体药物研发的重要研究领域。其中最为成功的例子为美国Regeneron制药公司研发的VelocImmune小鼠。该人抗体人源化小鼠的制备策略是通过多轮基因打靶操作过程,分别用人抗体重链/轻链可变区替换小鼠同源区域获得。该人源化小鼠在受到相应抗原刺激后,可生产针对特异性抗原的含人抗体可变区部分,以及小鼠抗体恒定区的人源化抗体。研究表明,与其他体外DNA重组方法获得的人抗体比较,这类通过人源化小鼠筛选获得人抗体具有更佳有效的亲和力与活性。


目前,应用基因修饰的方式构建人源化小鼠模型的技术方法主要有以下几种,1. 借助原核注射的方法,将人基因导入小鼠体内,达到表达人基因的目的;2. 利用小鼠ES细胞系,进行传统基因打靶的方法,达到用人基因定点替换小鼠基因或插入人基因的目的;3. CRISPR/Cas9基因组编辑技术,通过原核注射方式,构建特殊目的的人源化小鼠模型;4. Turobo KO优化的ES打靶技术,该技术是赛业生物对传统ES打靶技术进行优化,使其在构建人源化小鼠模型的研制中更加高效稳定。由于以上几种技术方法都有其各自的优势与不足,因此,在实际应用中,需要根据各自的研究需要与目的选择更加适合方法。比如,虽然原核注射的转基因构建方法本身方便,快速,成本低,但因DNA随机插入的特性,可能对内源性基因干扰引起的风险,以及插入位置效应对基因表达的可能抑制影响,可能导致对以后研究带来的不确定性因素。传统基因打靶技术因其成熟性与稳定性,一直都是基因修饰小鼠制备的金标准,然而,由于该方法技术要求较高,操作步骤多而复杂,使其制备周期相对较长,也不利于其推广应用。CRISPR/Cas9技术因其设计与操作相对简单,对一般基因修饰的效率高,且没有物种限制的特性,大大促进了其在人源化模式动物模型的研制。当然,因为存在脱靶效应,以及对复杂修饰效果难控制等风险也在一定程度上限制该技术等应用。在传统ES打靶技术的基础上,赛业生物经过多年的探索努力,推出的Turobo KO基因打靶技术,包括建立生殖遗传高效的TetraOne ES细胞系,以及Neo抗性筛选基因自删除系统等技术改进,不仅保留了传统基因打靶技术的稳定性与成功率,而且提高其制备过程的有效性,使ES打靶技术的制备周期大大缩短。因此,赛业生物Turobo KO基因打靶技术的建立,将更加有助于构建相对复杂的基因修饰人源化小鼠模型,为应用基因修饰技术制备不同类型的人源化小鼠模型提供了更多的选择。目前,Turobo KO基因打靶技术的建立也是赛业生物有别于其他同类供应商的明显优势之一。


中国实验动物信息网:人源化小鼠模型的研究与应用未来需要解决的问题是什么?


俞博士:对建立在免疫缺陷小鼠基础上的人源化小鼠模型需要从以下几个方面进一步的改进与优化,1. 降低小鼠的先天免疫,使其达到更加有效的移植具有功能性的人细胞,组织和免疫系统,表达人分子,如能于供体人细胞相配的HLA等位基因,从而更加有利于人免疫发育和功能;2. 构建有助于免疫缺陷IL2rg小鼠的人相关淋巴结构(如含生发中心的淋巴结)发育,使人造血干细胞成为发挥完整功能性人免疫反应;3. 研究寻找与替换人免疫系统形成相关的特异性因素,因为这些因素可能是小鼠自身缺乏的,但却是理想人细胞分化与功能需要的;4. 进一步评估与验证PDX和PDX/免疫模型应用实际效果,使其实现能真实反映病人肿瘤微环境与免疫系统相互作用的机制,为探索新的有效肿瘤免疫治疗方法与策略提供依据和基础;5. 由于移植物抗宿主疾病在许多人免疫移植模型中都会发生,因此,建立降低或防止移植物抗宿主疾病发生的有效方法,为人源化小鼠模型作为有效的临床前研究的工具,以及未来新药开发与应用创造了条件。


而对于基因修饰人源化小鼠模型研制,如何筛选到合适有效的相关靶基因,对修饰靶基因自身的结构,剪切及表达特点的深入了解,基因修饰打靶策略的选择,以及对目前不同基因修饰技术与方法的改进与优化等因素,都将是基因修饰人源化小鼠模型未来需要探索解决的问题。


总之,人源化小鼠模型等建立促使了人感染性疾病,癌症,再生医学,移植与宿主,过敏和免疫等领域的研究发展。利用人源化小鼠模型最终有可能实现临床上真正“个性化” 医疗的目的。


中国实验动物信息网:非常感谢俞博士接受中国实验动物信息网的特邀专访。

 

来源: 中国实验动物信息网

来源:赛业(广州)生物科技有限公司
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