التطور التاريخي والتصنيف
أرسى عرض ياماغيوا وإيتشيكاوا في عام 1915 لسرطان الجلد الناجم عن المواد المسرطنة في الأرانب مفهوم نموذج الورم التجريبي24. وظهرت النماذج متماثلة الجينات (Syngeneic models) في منتصف القرن العشرين مع خطوط تأسيسية، مثل سرطان الرئة من نوع Lewis، وسرطان الثدي من نوع 4T1، وسرطان القولون والمستقيم من نوع CT26، والميلانوما من نوع B16، والتي لا تزال مفيدة في عصر المناعة الورمية الحالي25. وقد وفر اكتشاف فلاناجان في عام 1966 للفأر العاري عديم التيموس (athymic nude mouse) أول مضيف يعاني من نقص المناعة وقادر على تحمل الأنسجة غريبة النوع (xenogeneic tissue)26، مما مكن ريغارد وبوفلسن من تحقيق أول عملية تطعيم ناجحة لورم قولون ومستقيم بشري في عام 196927. وأدى التطوير اللاحق للسلالات من خلال خلفيات SCID وNOD/SCID وسلسلة غاما المشتركة لمستقبل IL-2 (Il2rg)-null إلى إزالة حواجز الخلايا التائية (T-cell) والخلايا البائية (B-cell) وخلايا NK تدريجياً28، مما أرسى التصنيف المعاصر: CDX وPDX، والمتغيرات الموضعية (orthotopic) والمنتشرة (disseminated)، والطعوم الغريبة المشتقة من العضوانيات (organoid-derived xenografts)، والطعوم الغريبة المأنسنة (humanized xenografts)6.
ساهمت لوحة NCI-60، التي أُسست في أواخر الثمانينيات كفحص in vitro لـ 60 خطاً خلوياً من السرطانات البشرية تشمل تسعة أنواع من الأنسجة، في مأسسة التقييم المنهجي للأدوية وترسيخ علم الأدوية قبل السريري القائم على الخطوط الخلوية لعدة عقود، حيث تم نقل المركبات الواعدة إلى دراسات CDX تحت الجلد في الفئران العارية عديمة التيموس باستخدام نقاط نهاية معيارية مثل %T/C (النسبة المئوية لحجم الورم في المجموعة المعالجة مقارنة بمجموعة التحكم)، وتأخر نمو الورم، والوفيات المرتبطة بالدواء لتمكين المقارنة بين الدراسات29. وتظل نماذج CDX المنصة الأكثر استخداماً والأكثر فعالية من حيث التكلفة لاختبار الفعالية قبل السريرية؛ حيث تصل دراسات CDX تحت الجلد إلى مرحلة قراءة النتائج في غضون 5–7 أسابيع (الشكل 1)، وتلعب دوراً مركزياً في سير عمل تطوير الأدوية لتحسين الجرعة، وتوصيف الحركية الدوائية/الديناميكية الدوائية (PK/PD)، وقياس تثبيط نمو الورم (TGI)، وتقييم نقاط نهاية البقاء على قيد الحياة (الشكل 2).
من وجهة نظر عملية، يتم تحديد تصنيف نماذج الطعوم الغريبة بناءً على ثلاثة متغيرات: مصدر الورم، وموقع الزرع، والخلفية الجينية للمضيف. تعتمد نماذج CDX على خطوط خلوية سرطانية مستقرة التوفر وموثقة جزيئياً وداروئياً بشكل مكثف من خلال موارد مثل موسوعة الخطوط الخلوية السرطانية30. أما نماذج PDX فتستخدم قطعاً ورمية طازجة مستأصلة من المرضى للحفاظ على النسيج المرضي للمتبرع، والبنية الجينومية، والتباين داخل الورم، على الرغم من أن السدى البشري يتم استبداله تدريجياً بسدى فأري مع مرور عمليات النقل المتسلسلة10. ويحدد موقع الزرع السياق البيولوجي: فالزرع تحت الجلد يعطي الأولوية للبساطة التقنية، وقابلية التكرار، وقياسات الفرجار المتسلسلة؛ بينما يعيد الزرع في الموضع الأصلي إنشاء البيئة الدقيقة الخاصة بالعضو ويدعم أنماط النقل الورمي التلقائي ذات الصلة سريرياً؛ ويؤدي الحقن داخل الأوعية الدموية (في وريد الذيل، أو داخل القلب، أو داخل الطحال) إلى إنشاء نماذج نقل ورمي تجريبية تستقصي الخطوات اللاحقة من سلسلة النقل الورمي مثل الخروج من الأوعية الدموية والاستعمار14؛ كما يستغل الزرع تحت المحفظة الكلوية موقعاً غنياً بالأوعية الدموية يحسن بشكل ملحوظ من معدلات نجاح الزرع للأورام التي يصعب زرعها31.
نماذج CDX وPDX: أدوار متكاملة في أبحاث الأورام قبل السريرية
أشارت الأدلة المتراكمة إلى أن نماذج CDX تمتلك قدرة محدودة على التنبؤ بالاستجابة الدوائية السريرية، مما استدعى إعادة تقييم منهجية أورام ما قبل السريرية. وتخضع خطوط الخلايا السرطانية الراسخة، التي يتم الحفاظ عليها إلى أجل غير مسمى في مزارع اصطناعية، لعملية اختيار نسيلي تدريجي، وتباعد في النسخ، وفقدان للسياق السدوي والمناعي مقارنة بالأورام الأولية التي اشتقت منها. وبالمقابل، تحافظ نماذج PDX على الأنسجة النسيجية للمتبرع، والبنية الجينية، والتباين داخل الورم عبر الممرات المتتالية10. وفي عام 2006، قدمت منصة PDX لسرطان البنكرياس أول برهان على التنبؤ بالاستجابة الدوائية الموجهة بالمؤشرات الحيوية32. وفي عام 2011، قامت منصة 'xenopatient' بتجميع 85 نموذج PDX للسرطان القولون والمستقيمي موصوفة جزيئياً، وأعادت إنتاج أنماط الاستجابة السريرية لعقار cetuximab، وحددت تضخيم HER2 كآلية مقاومة يمكن استهدافها - وهو ما تم التحقق من صحته لاحقاً في تجارب HERACLES33,34. وطبقت دراسة بارزة في عام 2015 تصميماً للتجربة السريرية لـ PDX بنمط 1 × 1 × 1 عبر ما يقارب 1,000 نموذج و62 نظاماً علاجياً، مما أدى إلى إعادة إنتاج الارتباطات بين النمط الجيني والاستجابة وترشيح آليات مقاومة جديدة، وهو ما جعل علم الأدوية على نطاق PDX جسراً موثوقاً لتصميم التجارب السريرية12.
على الرغم من هذه التطورات، لا تزال نماذج CDX تمثل المعيار الذهبي للتقييم قبل السريري in vivo في المراحل المبكرة للعلاجات المرشحة، وذلك لكونها سريعة، ونظيفة تجريبياً، وفعالة من حيث التكلفة: حيث يمكن التلاعب جينياً بالخطوط الخلوية المعتمدة، وتوسيعها على نطاق واسع، وزرعها في مجموعات متطابقة كبيرة مع ضجيج بيولوجي قليل نسبياً، مما يسمح بقراءات قابلة للتفسير للفعالية، والديناميكا الدوائية، والقدرة على التحمل ضمن جداول زمنية غير عملية لنماذج PDX أو الأنظمة المأنسنة. وترتبط الخطوط القياسية مثل HCT116 وA549 وU8735 بعقود من الأدبيات الميكانيكية وموارد الأوميكس العامة، كما توسع متغيرات CDX ذات الزرع في الموقع الأصلي (orthotopic) أو المنتشرة من فائدتها لتشمل الانتحاء النسيجي، والاستعمار النقيلي، والعلاج المحدد للموقع دون التضحية بالمزايا التشغيلية10. وبالنسبة للأسئلة القائمة على الفرضيات والتي تركز على الاعتماد على الهدف، أو تحسين جدول الجرعات، أو الفعالية المقارنة، أو إثبات الآلية، يظل CDX هو المنصة الأولى المناسبة للتجارب in vivo. وتحدد قيوده المعروفة، بما في ذلك الانحراف النسيلي، وغياب السدى البشري والمكونات المناعية، والقيمة التنبؤية المحدودة على مستوى المجتمع، استخدامه الصحيح كمنصة للتصنيف السريع ودراسة الآلية بدلاً من أن يكون بديلاً للنتائج السريرية.
إنشاء نموذج PDX: مصادر الأورام، والزرع، وبيولوجيا التطعيم
يتم الحصول على مواد ورمية حيوية غالباً من الاستئصال الجراحي، وكذلك من الخزعة اللبية، أو الإفرازات الخبيثة، أو شفطات النخاع في الأورام الدموية31. ويوفر الاستئصال الجذري أحجاماً أكبر من الأنسجة الحيوية والسليمة بنيوياً؛ ومع ذلك، توفر الخزعات مواد كافية عند توجيهها نحو الأمراض النقيلية أو غير القابلة للاستئصال31,36. ويجب نقل الأنسجة في وسط منظم مبرد ومعالجتها في غضون ~24 h؛ حيث يؤدي نقص التروية الدافئ الذي يتجاوز 2 h والفترات خارج الجسم ex vivo التي تتجاوز 8–10 h إلى تقليل كفاءة التطعيم تدريجياً. كما يعد الحصول على موافقة مجلس المراجعة المؤسسية والموافقة المستنيرة المكتوبة أمراً إلزامياً.
تتم معالجة مادة الورم إلى شظايا بحجم 1–3 mm3، مما يحافظ على بنية المصفوفة خارج الخلوية والتباين المكاني، أو يتم تفكيكها إلى معلقات من الخلايا المفردة لغرض الفرز والتلقيح بجرعات معيارية. يُستخدم الزرع المشترك مع Matrigel بشكل متكرر لدعم التوعي الدموي المبكر؛ وتعتبر تأثيراته متغيرة لذا يجب الإبلاغ عنها لأنها تغير سياق البيئة الدقيقة31. كما يعمل المكمل الهرموني، مثل حبيبات الإستراديول لأورام الثدي إيجابية مستقبلات الإستروجين (ER-positive) والديهايدروتستوستيرون لأورام البروستاتا، على تحسين تطعيم الأورام الخبيثة المعتمدة على الهرمونات. يوفر الزرع تحت الجلد في الخاصرة الظهرية إمكانية المراقبة باستخدام الفرجار وبساطة تشغيلية؛ بينما يعيد الزرع في الموقع الأصلي (orthotopic implantation) تهيئة البيئة الدقيقة الخاصة بالعضو؛ أما الزرع تحت محفظة الكلية فيرفع معدلات النجاح إلى أقصى حد لأنواع الأورام التي يصعب تطعيمها، بما في ذلك سرطان الرئة غير صغير الخلايا (NSCLC) وسرطان البروستاتا31.
يعتمد تطعيم الأورام بشكل قوي على نوع الورم نفسه. فالأورام العدوانية، أو ضعيفة التمايز، أو المقاومة للعلاج، أو النقيلية، يتم تطعيمها بسهولة أكبر من الأورام الخاملة أو جيدة التمايز؛ حيث تتفوق سرطانات الثدي ثلاثية السلبية، والسرطانات الغدية القنوية في البنكرياس، وسرطانات المبيض المصلية عالية الدرجة، واللوكيما الحادة باستمرار على أورام الثدي من النوع luminal A وغيرها من الكيانات ذات معدلات التطعيم المنخفضة، كما أن نجاح عملية التطعيم بحد ذاتها يتنبأ بسوء مآل المريض في حالات سرطان الثدي ثلاثي السلبية والأورام الخبيثة في القنوات البنكرياسية الصفراوية10. وتعتبر سلالة المضيف محددًا رئيسيًا ثانيًا: فقد حلت السلالات شديدة نقص المناعة مثل NSG وNOG محل فئران nude وSCID في الحالات الصعبة أو الدموية نظرًا لقابليتها الأوسع لاستقبال التطعيم9.
وفقاً للمتعارف عليه، يُسمى الزرع الأولي في المريض F0 (أو P0)، مع تسمية الممرات المتتالية F1 وF2 وما يليها. وعادةً ما تستقر حركية النمو بعد الممرات المبكرة، وتحتفظ معظم البرامج بالدراسات الدوائية الرسمية للمواد في المرحلة F2 أو F3 لتقليل التباين بين الفئران، على الرغم من عدم وجود حد فاصل عالمي؛ حيث تُعرف معظم البرامج الممر المبكر بأنه F2–F4، بينما تحمل المواد التي تتجاوز F5 مخاطر متزايدة من نمو النسائل الفرعية والانجراف النسخي بمعدل يعتمد على نوع الورم. ونظراً لأن رقم الممر يؤثر على كل من القابلية للتكرار والانجراف البيولوجي، فيجب تسجيل تاريخ الممر، وسلالة المضيف، وموقع الزرع، والمصدر لكل دراسة وفقاً لمعيار إعداد التقارير PDX-MI19.
سلالات المضيف ناقصة المناعة
تفتقر الفئران العارية عديمة التوتة (Foxn1nu) إلى الخلايا التائية الناضجة ولكنها تحتفظ بالخلايا البائية وخلايا NK والمناعة الفطرية. أما فئران CB-17 scid، التي تحمل طفرة فقدان الوظيفة في Prkdc، فتفتقر إلى الخلايا التائية والبائية بسبب خلل في إعادة تركيب V(D)J، ولكنها تحتفظ بخلايا NK وتطور لمفاويات "مسربة" مع تقدم العمر9. وقد أدت طفرة scid على خلفية NOD/ShiLtJ (NOD/SCID) إلى إضافة عيوب في المناعة الفطرية، بما في ذلك نقص المتممة، وضعف وظيفة الخلايا البلعمية والخلايا التغصنية، وانخفاض نشاط خلايا NK. كما أن إضافة طفرة خالية في السلسلة غاما المشتركة لمستقبل IL-2 (Il2rg)، والضرورية لإرسال الإشارات بواسطة IL-2 وIL-4 وIL-7 وIL-9 وIL-15 وIL-21، تؤدي إلى القضاء على خلايا NK الوظيفية وتعطيل المناعة الفطرية المتبقية، مما ينتج سلالتي NSG (NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1wjI/SzJ) وNOG (NODShi.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1sug)؛ حيث تحمل NSG حذفاً كاملاً لـ Il2rg، بينما تعبر NOG عن مستقبل مبتور يرتبط ولكن لا يمكنه إرسال الإشارات. وتدعم NSG وNOG تطعيم الأورام الصلبة والسرطانات الدموية، وهما المضيفان الافتراضيان لأبحاث نماذج PDX. أما سلالة NRG (NOD.Cg-Rag1tm1Mom Il2rgtm1wjI) فتعوض Prkdc بحذف Rag1، مما يحافظ على كفاءة إصلاح DNA. وتوفر سلالة BRG (BALB/c-Rag2null Il2rgnull) بديلاً على خلفية BALB/c متحمل للإشعاع يتجنب أليل Sirpa الخاص بسلالة NOD. ويدعم جرذ SRG (Sprague-Dawley Rag2/Il2rg double knockout) الخطوط الخلوية ونماذج PDX التي تنمو بشكل ضعيف في NSG، بما في ذلك سرطان البروستاتا VCaP بمعدل نجاح يتجاوز >90%، كما يتيح أخذ عينات متسلسلة من الدم والأنسجة، وإجراء الجراحات في الموقع الأصلي، ودراسة الحركية الدوائية ذات الصلة الفسيولوجية37.
تعمل أنظمة الطعوم الغريبة المؤنسنة على إعادة تكوين المكونات المناعية البشرية في الفئران التي تعاني من نقص مناعي شديد، وذلك إما قبل تطعيم الورم أو بالتزامن معه.38تتمثل التنسيقات الرئيسية الثلاثة في hu-PBMC (حقن الخلايا أحادية النواة في الدم المحيطي للبالغين)، وhu-CD34 (حقن الخلايا الجذعية المكونة للدم (HSCs) البشرية CD34⁺ وريدياً بعد تعريض الفئران لإشعاع دون المميت أو تهيئتها باستخدام البوسلفان)، وBLT (الزرع المشترك للجنيني الكبد والغدة الزعترية مع خلايا CD34⁺، مما ينتج عنه التطوير اللمفاوي الأكثر اكتمالاً). وتدعم هذه النماذج تقييم مثبطات نقاط التفتيش المناعية، والأجسام المضادة ثنائية الخصوصية، والعلاجات الخلوية، وآليات المقاومة بوساطة مناعية.38تعتمد التصاميم ذاتية التلقيح أو المتطابقة مع مستضدات الكريات البيضاء البشرية (HLA) على المزاوجة بين المكونات الورمية والمناعية من المتبرع نفسه. وتعتمد كفاءة إعادة التكوين على مصدر المتبرع، وسلالة المضيف، ونظام التهيئة، ومدة الدراسة؛ وعادةً ما تكون المكونات النخاعية والسدوية واللمفاوية غير مكتملة أو غير متوازنة: حيث تفتقر نماذج hu-PBMC إلى الخلايا القاتلة الطبيعية (NK cells)، والخلايا البائية (B cells)، والسلالات النخاعية على الرغم من التطعيم القوي للخلايا التائية؛ بينما تدعم نماذج hu-CD34 نتاجاً متعدد السلالات ولكنها لا تمثل الخلايا التغصنية التقليدية والبلعميات النسيجية بشكل كافٍ؛ وتحقق نماذج BLT تعليمًا فائقًا للخلايا التائية في الغدة الزعترية ولكنها تظل دون المستوى الأمثل فيما يخص إعادة التكوين النخاعي. وتحقق فئران hu-PBMC إعادة تكوين سريعة للخلايا التائية ولكنها تصاب بداء الطعم ضد المضيف (GvHD) الغريب في غضون ثلاثة إلى 6 أسابيع من خلال تعرّف الخلايا التائية البشرية على معقد التوافق النسيجي الكبير (MHC) للفئران؛ وتعمل متغيرات NSG-MHC-I/II-null على التخفيف من ذلك جزئيًا.22تسمح فئران hu-CD34 بإجراء دراسات أطول مدة، ولكنها تتطلب فترة إعادة بناء ممتدة، ولا تعيد إنتاج البيولوجيا البشرية للخلايا النخاعية أو الخلايا القاتلة الطبيعية (NK) أو الخلايا السدوية بشكل كامل.
نماذج الزرع في الموضع الأصلي ونماذج الانبثاث
تضع الطعوم الغريبة تحت الجلد، على الرغم من كونها المنصة قبل السريرية الأولية الافتراضية، أنسجة الأورام البشرية في سياق بيولوجي يختلف عن البيئة الدقيقة للعضو الأصلي. حيث تختلف تركيبة المصفوفة خارج الخلية، والبنية الوعائية، والتوتر الأكسجيني، والمجموعات السدوية، والإشارات المجاورة في الحيز تحت الجلدي الظهري عما هي عليه في الثدي، أو البنكرياس، أو الصفاق، أو القولون، أو الرئة10. ويعيد الزرع في الموضع الأصلي استعادة البيئة الدقيقة الخاصة بالعضو، وعادةً ما يدعم تعزيز التوعية الدموية والنقائل التلقائية التي تحاكي تطور السرطان الطبيعي بشكل أوثق، وذلك على حساب زيادة التعقيد الجراحي والحاجة إلى المراقبة القائمة على التصوير39.
توسعت تقنيات نماذج PDX في الموقع الأصلي (Orthotopic) عبر أنواع مختلفة من الأورام. حيث يتم إنشاء نماذج PDX لسرطان الثدي في الوسادة الدهنية الثدية، مما يدعم حدوث نقائل تلقائية إلى الرئة والعقد اللمفاوية40. أما نماذج PDX لسرطان القولون والمستقيم التي تُزرع في جدار الأعور أو القولون، فهي تحاكي الغزو الموضعي والنقائل الكبدية39. وتعمل نماذج PDX لسرطان المبيض التي يتم إيصالها عن طريق الصفاق على إعادة إنتاج الانتشار الصفاقي المميز للمرض المصلوي عالي الدرجة41. كما أن نماذج PDX لسرطان غدّي في القنوات البنكرياسية التي تُزرع في البنكرياس تعيد إنتاج التفاعل السدوي التنسجي والغزو الموضعي المبكر32. وتُستخدم استراتيجيتان رئيستان لنمذجة النقائل: نماذج النقائل التجريبية، والتي يتم فيها إيصال الخلايا الورمية عن طريق الأوعية الدموية لتقييم الخطوات اللاحقة من الشلال النقائلي، مثل الخروج من الأوعية الدموية والاستعمار؛ ونماذج النقائل التلقائية، والتي تنتشر فيها الأورام الأولية في الموقع الأصلي عبر الشلال النقائلي الكامل14.
التوحيد القياسي والتوثيق وتصميم الدراسة
تحدد أربعة أطر عمل لإعداد التقارير وتصميم الدراسات تجارب الطعوم الغريبة (xenograft). حيث يحدد إطار PDX-MI الحد الأدنى من البيانات الوصفية للنماذج المشتقة من المرضى، بما في ذلك معلومات المتبرع، ومصدر الورم، وسلالة المضيف، وموقع الزرع، ورقم الممر، ومعدل الانغراس، والتوصيف النسيجي والجزيئي؛ كما يتضمن إطار العمل توثيق التكرارات الترادفية القصيرة (STR) ضمن مراقبة جودة النموذج لتأكيد المصدر والكشف عن التلوث الخلطي19. ويوسع إطار MISHUM متطلبات مماثلة لتشمل الأنظمة المأنسنة، بما في ذلك مصدر الخلايا الجذعية المكونة للدم البشرية أو خلايا PBMC، ونظام التهيئة، وسلالة المضيف، وكفاءة إعادة التشكيل التي يتم التحقق منها بواسطة قياس التدفق الخلوي، ومراقبة داء الطعم ضد المضيف (GvHD)20. ويوفر إطار OBSERVE (أفضل الممارسات في علم الأورام: العلامات والنقاط النهائية والتحسينات للتجارب In Vivo)، وهو توافق آراء صادر عن EurOPDX/INFRAFRONTIER لعام 2024، إرشادات حول التحسين والرفق بالحيوان خاصة بنماذج السرطان في القوارض، مكملاً بذلك أطر عمل PREPARE و ARRIVE 2.0 الأكثر شمولاً23,42. وتتناول توصيات توافق الآراء الخاصة بـ NCI PDXNet لعام 2024 تصميم الدراسة، وتحليل نمو الورم، وتصنيف الاستجابة لتجارب علم الأدوية في نماذج PDX، وتوفر مجموعة عامة من الأدوات التحليلية43.
إن هذه الأطر ليست متوافقة تمامًا، وقد تحتاج دراسة الطعوم الغريبة الحديثة إلى تلبية متطلبات توصيات PDX-MI وMISHUM وOBSERVE وPDXNet في آن واحد. ومن الناحية العملية، غالبًا ما يتم إغفال عدد الممرات، وصيغة قياس الورم، ومصدر المضيف، وطريقة التحقق، والاستراتيجية التحليلية المحددة مسبقًا43. ولا يزال هناك احتياج لمخطط تقارير موحد يشمل أنظمة CDX وPDX والأنظمة المأنسنة. وتشمل مستودعات PDX المتاحة للجمهور مستودع نماذج المرضى التابع للمعهد الوطني للسرطان (PDMR)، وبوابة بيانات EurOPDX، وPDX Finder، والتي تعمل مجتمعة على فهرسة عدة آلاف من النماذج مع البيانات الجينومية والنسيجية والدوائية المرتبطة بها لدعم تحديد النماذج واقتنائها18. وتتطلب دراسات CDX إجراء تحليل STR روتيني والتحكم في التلوث، بينما تتطلب دراسات PDX الربط بحالة المتبرع، والتأكيد الجزيئي للميزات المحركة حيثما كان ذلك ممكنًا، وتوثيق المحتوى الخلوي البشري مقابل الفأري عبر الممرات19. ولا يزال تقدير حجم الورم غير متسق بين الدراسات، حيث تُطبق صيغ مختلفة دون إفصاح صريح، مما يؤدي إلى تغيير تقديرات تأثير العلاج وتعقيد المقارنة بين الدراسات؛ لذا فإن توحيد مقاييس النمو، وعتبات الاستجابة، وقواعد الرقابة، وتنسيقات التصوير البياني لا يقل أهمية عن توحيد طرق التطعيم43.
الدقة الجينومية والتطور النسيلي والتفسير الترجمي
تحتفظ نماذج PDX بالطفرات المسببة للمرض ومخططات عدد النسخ عبر الممرات المبكرة بشكل أكثر دقة من نماذج CDX، مما يدعم استخدامها في تطوير المؤشرات الحيوية، ودراسات المقاومة، والنمذجة السريرية المشتركة44. ومع ذلك، يحدث تطور ورمي خاص بالفئران، واستبدال سدوي، وإعادة برمجة فوق جينية أثناء عملية التمرير، كما يعكس بعض التباين الظاهري أخذ عينات من نسخ فرعية من أورام غير متجانسة مكانياً بدلاً من كونه انحرافاً ناتجاً عن النموذج45. وتوفر الممرات المبكرة تطابقاً بيولوجياً أقوى من المواد التي خضعت لتمرير مكثف، على الرغم من أن كليهما يتأثر بضغوط انتقائية مرتبطة بموقع الزرع، ومناعة المضيف، والعلاج السابق45. وينتج عن ذلك مبدآن عمليان: يجب توصيف نماذج PDX طولياً بدلاً من افتراض أنها ثابتة، ويوصى بدمج التسلسل الجيني، وعلم الأمراض النسيجي، والتنميط النسخي، والاستجابة للعلاج عندما يترتب على اختيار النموذج عواقب رئيسية لاحقة44.
نماذج الفئران المأنسنة وتطبيقات المناعة الورمية
تعالج الأنظمة المأنسنة المعاد تشكيلها باستخدام خلايا PBMC بشرية، أو خلايا HSCs CD34⁺، أو أنسجة BLT عدم قدرة مضيفات PDX التقليدية على نمذجة بيئة مناعية بشرية دقيقة وسليمة. تحقق نماذج hu-PBMC إعادة تشكيل سريعة للخلايا التائية، ولكنها تتقيد بحدوث مرض GvHD غريب النوع في غضون ثلاثة إلى ستة أسابيع؛ بينما تتطلب نماذج hu-CD34 من 8–16 أسبوعاً لإعادة تشكيل سلالات متعددة ولكنها تدعم دراسات أطول مدة9. وقد أدى إدخال الجينات المنقولة للسيتوكينات البشرية إلى تحسين إعادة تشكيل سلالات مناعية محددة بشكل أكبر. حيث تدعم فئران NSG-SGM3 (المعدلة وراثياً لإنتاج IL-3 و GM-CSF و SCF البشرية) تطور الخلايا النخاعية والخلايا الصارية46. وتنتج فئران MISTRG (المأنسنة لـ M-CSF و IL-3 و GM-CSF و SIRPα و thrombopoietin) وفئران MISTRG6 (المأنسنة بالإضافة إلى IL-6) على خلفية Rag2⁻/⁻ Il2rg⁻/⁻، أكثر إعادة تشكيل شاملة للخلايا النخاعية البشرية وخلايا NK والبلعميات النسيجية المتاحة حالياً، كما تدعم تطعيم الخلايا الجذعية والسلائف المكونة للدم المشتقة من نخاع العظم البالغ الذي تفشل السلالات الأخرى في استيعابه47. أما فئران NOG-EXL (المعدلة وراثياً لإنتاج IL-3 و GM-CSF البشرية على خلفية NOG) فتدعم إعادة تشكيل الخلايا النخاعية والصارية بمستويات سيتوكين أقل من NSG-SGM3، مما يترجم إلى تحسن في البقاء على قيد الحياة على المدى الطويل ومتلازمة تنشيط بلعمية أقل حدة، مما يجعلها أكثر ملاءمة لدراسات الأورام والأنسنة الممتدة. وتسمح الفئران المأنسنة المطعمة بخلايا تائية بشرية بنمذجة متلازمة إطلاق السيتوكينات (CRS)، مما يتيح التوصيف قبل السريري لملف السلامة لمحفزات الخلايا التائية ثنائية الخصوصية، والأجسام المضادة التي تستهدف CD3، والمواد البيولوجية ذات الصلة بتنشيط الخلايا التائية. لا توجد سلالة واحدة متفوقة عالمياً؛ بل يتم الاختيار بناءً على السلالة المناعية المستهدفة ومدة الدراسة.
تعد تهيئة PDX البشرية ذاتية الزرع هي الأعلى دقة، حيث يتم تطعيم الخلايا المكونة للدم والأنسجة الورمية المتطابقة مع المريض معاً، مما يلغي عدم تطابق معقد التوافق النسيجي الكبير (MHC) بين المكونات المناعية والورمية47. وقد أثبت Chiorazzi وزملاؤه في عام 2023 أن نماذج MISTRG6 PDX ذاتية الزرع تولد مجموعات مناعية بشرية فطرية وتكيفية تخترق البيئة المجهرية للورم، وتحاكي برامج التنشيط والإنهاك في خلايا CD8⁺ T، وتنتج بصمة نخاعية محفزة للورم مدفوعة بـ VEGF-A، والتي يؤدي تثبيطها إلى إبطال نمو الورم المعزز، مما يؤكد صلاحية هذه التهيئة كمنصة لتقييم العلاج المناعي47. كما وسّع Phoon وزملاؤه هذا النهج ليشمل الميلانوما، حيث أظهروا أن نماذج PDX البشرية ذاتية الزرع المعتمدة على PBMC تلتقط التباين بين المرضى في الاستجابة لإغلاق نقاط التفتيش وسيتوكينات IL-2 المهندسة48,49. وفي نهج ذاتي موازٍ، استُخدم النقل التبني لـ ex vivo الليمفاويات المتسللة للورم (TILs) المشتقة من المريض والموسعة مخبرياً إلى فئران تحمل أورام PDX متطابقة لنمذجة فعالية علاج TIL في الميلانوما والأورام الصلبة الأخرى50. ومع ذلك، فإن تفسير دراسات العلاج المناعي في الأنظمة البشرية يتطلب الحذر: إذ تمتلك العديد من الأجسام المضادة لنقاط التفتيش المناعية (على سبيل المثال، anti-CTLA4، وanti-PD1) تفاعلية متصالبة مقيدة بنوع معين، كما تظل وظيفة الخلايا التغصنية وتقديم المستضد غير مكتملين في معظم السلالات البشرية، ونادراً ما يتم إعادة تشكيل هياكل مثل الأعضاء اللمفاوية الثالثية والمراكز الإنتاشية ذات الكفاءة الوظيفية الكاملة51.
العلاج بخلايا CAR-T ونماذج الطعوم الغريبة
تتمتع العلاجات بالخلايا التائية ذات مستقبلات المستضد الخيمرية (CAR-T) بموافقات تنظيمية متعددة لعلاج الأورام الدموية الخبيثة، ويعد تقييم الطعوم الغريبة في الفئران ناقصة المناعة التي تحمل أورام CDX أو PDX هو المنصة قبل السريرية القياسية لمنتجات CAR-T البشرية قبل الانتقال إلى التطبيق السريري52. إن العجز المناعي في المضيفين من فئة NSG يستبعد تنشيط البلاعم، والعرض المتقاطع للخلايا الشجرية، والتثبيط الذي تتوسطه الخلايا التائية التنظيمية من النظام التجريبي، ولم تتنبأ الطعوم الغريبة الفأرية بالسميات الجهازية المدفوعة بالسيتوكينات التي لوحظت لاحقاً في المرضى52. وقد أفادت مراجعة منهجية وتحليل تلوّي عام 2025 لـ 422 تجربة سريرية و3,157 دراسة قبل سريرية أن مؤشرات الفعالية قبل السريرية في نماذج طعوم CAR-T الغريبة متجانسة إلى حد كبير ومستقلة عن المستضد، ولا تميز بين بنيات CAR التي تنجح أو تفشل لاحقاً في التجارب السريرية53. ووثّق Fløe وزملاؤه في عام 2025 أن الاختلافات على مستوى الأنواع في إشارات السيتوكينات، وكثافة المستضد، ومجموعة مستقبلات الخلايا التائية، والتواصل المتبادل بين الورم والجهاز المناعي تحد من القدرة الانتقالية لبيانات طعوم CAR-T الغريبة، وأن النماذج المتماثلة جينياً تُستخدم في حوالي 4% من دراسات CAR-T قبل السريرية المنشورة52,53. ولا يمكن إعادة إنتاج متلازمة إطلاق السيتوكينات (CRS) ومتلازمة السمية العصبية المرتبطة بالخلايا المؤثرة المناعية (ICANS) في طعوم NSG الغريبة القياسية. وقد أشارت الدراسات الميكانيكية في مضيفي NSG-SGM3 إلى أن CRS مدفوعة بشكل أساسي بـ IL-1 وIL-6 المشتقين من الخلايا الوحيدة، مع تباين الحاجة إلى IL-1 وIL-6 في حالة CRS مقابل السمية العصبية. كما أن تحييد GM-CSF يقلل من CRS والالتهاب العصبي مع الحفاظ على نشاط CAR-T المضاد للأورام. يتم رصد هذه المسارات في التكوينات البشرية ذات السيتوكينات المعدلة وراثياً والتكوينات ذاتية المنشأ بدلاً من الطعوم الغريبة التقليدية القائمة على NSG. وتوفر نماذج CAR-T الفأرية المتماثلة جينياً منصة تكميلية تسمح بتقييم تفاعلات CAR-T مع جهاز مناعي سليم للمضيف، وذلك على حساب الاعتماد على البيولوجيا المستهدفة الفأرية بدلاً من البشرية. وقد دعم التقييم القائم على الطعوم الغريبة الانتقال السريري لعلاج CAR-T الموجه ضد CD19، حيث تطابق النشاط ضد نماذج B-ALL وB-NHL في مضيفي NSG مع الاستجابات السريرية المستدامة54.
تطوير الأدوية، واكتشاف المؤشرات الحيوية، والترجمة القائمة على الذكاء الاصطناعي
تهدف نماذج PDX إلى التنبؤ بالاستجابات الدوائية السريرية بدقة أكبر من نماذج CDX أو GEMMs. وقد طبقت التجربة السريرية لـ Novartis PDX (PCT) عام 2015 التي أجراها Gao وزملاؤه تصميماً بنظام 1 × 1 × 1 على نحو 1,000 من نماذج PDX، و62 نظاماً علاجياً، وستة دواعي استعمال، وحددت ارتباطات بين النمط الجيني والاستجابة إلى جانب آليات مقاومة معروفة وجديدة12. إلا أن توسيع مفهوم 1 × 1 × 1 ليشمل مستوى المريض الفردي يتقيد بجدول زمني للتأسيس يتراوح بين 3 إلى 6 أشهر، مما يجعل القرارات الموجهة بواسطة PDX تقتصر عادةً على الخط العلاجي الثاني أو الثالث10. وقد ساهمت دراسات PDX في التحقق من المؤشرات الحيوية السريرية، بما في ذلك طفرة KRAS كمتنبئ بالمقاومة لـ anti-EGFR في سرطان القولون والمستقيم، وطفرات تنشيط EGFR وT790M لاختيار مثبط تيروزين كيناز في حالات NSCLC، وتضخيم HER2 في سرطان الثدي والمعدة، والمقاومة للبلاتين في سرطان المبيض10.
أتاحت مجموعات البيانات الضخمة الخاصة باستجابة الأدوية في نماذج PDX إمكانية تطبيق مناهج التعلم الآلي للتنبؤ بالاستجابة الدوائية. وصف يانغ وزملاؤه في عام 2025 إطار عمل TRANSPIRE-DRP، وهو إطار للتعلم العميق يستخدم تكيف المجال غير الخاضع للإشراف لترجمة البيانات الترانسكريبتومية لنماذج PDX إلى تنبؤات بالاستجابة على مستوى المريض، وقد تم تقييمه عبر عقاقير cetuximab وpaclitaxel وgemcitabine55. ونشر توسكا وزملاؤه في عام 2024 إطار نمذجة ترجمياً قام بقياس معدلات نمو أورام PDX قياسياً (allometrically) للتنبؤ بوقت تضاعف حجم الورم والبقاء على قيد الحياة دون تقدم المرض في مجموعات المرضى غير المعالجين عبر أحد عشر نوعاً من السرطانات الصلبة، حيث كانت 91% من وسيطات وقت تضاعف حجم الورم المتوقعة ضمن نطاق 1.5 ضعف من الملاحظات السريرية56. ولا تزال هناك تحديات لم تُحل: تحيز اختيار البنوك الحيوية نحو الأورام القابلة للاستنبات، ومحدودية التحقق السريري الاستشرافي، وغياب مسار تنظيمي محدد للأدلة قبل السريرية المستمدة من الذكاء الاصطناعي33,55.
تجيب منصات الطعوم الغريبة (Xenograft) عن أسئلة ترجمية مختلفة في مراحل تطوير متباينة بدلاً من التنافس على دور واحد. وتظل نماذج CDX محوراً أساسياً للأعمال الميكانيكية المبكرة والفحص عالي الإنتاجية؛ بينما توفر نماذج PDX الدقة الجينومية والتباين بين المرضى المطلوب للتحقق من المؤشرات الحيوية ونمذجة الاستجابة السريرية؛ وتتناول التكوينات البشرية (humanized) والبشرية ذاتية المنشأ (autologous humanized) أسئلة محددة تتعلق بالعلاج المناعي لا تستطيع الطعوم الغريبة التقليدية الإجابة عنها؛ كما تعمل المنصات القائمة على العضوانيات (organoids) على زيادة الإنتاجية ex vivo عندما تكون الأنسجة محدودة؛ وتدعم هذه المنصات مجتمعة التقييم قبل السريري للعلاجات السرطانية الجديدة والمثبتة والبديلة57,58,59. وتربط أطر الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة مثل TRANSPIRE-DRP ونماذج PK/PD الترجمية الآن بيانات الاستجابة الدوائية في نماذج PDX بتنبؤات الاستجابة على مستوى المريض، ولكن فائدتها السريرية تعتمد على جودة وتوحيد توصيف النماذج الأساسية. وتتمثل القضايا المركزية غير المحلولة في الصلاحية التنبؤية، وقابلية تكرار التقارير، وتمثيل البنوك الحيوية، والوضع التنظيمي للأدلة قبل السريرية المستمدة من الذكاء الاصطناعي. وسيعتمد التقدم بشكل أقل على إدخال فئات نماذج جديدة وبشكل أكبر على الاستخدام المنضبط للنماذج الحالية، مدعوماً ببيانات وصفية منسقة، وتقييم الدقة الطولية، والتكامل الشفاف بين المنصات.