מאמר סקירה

מודלים סטנדרטיים של קסנוגרפט למחקר סרטן פרה-קליני

125 צפיות

⸱

DOI:

10.3791/71892

⸱

18 באוגוסט 2026

1Altogen Labs R&D

במאמר זה

סיכום

מודלים של קסנוגרפט (Xenograft) - אלו המופקים מקווי תאים (CDX), אלו המופקים מחולים (PDX), מודלים אנושיים (humanized) ואוטולוגיים - נותרו הפלטפורמה המרכזית לביצוע ניסויים in vivo לפיתוח תרופות לסרטן; דיווח סטנדרטי, בחירה רציונלית של הפלטפורמה ותרגום מבוסס בינה מלאכותית (AI) מגדירים כיום את שיטות העבודה המומלצות.

תקציר

מודלי קסנוגרפט (Xenograft) הם הפלטפורמה המרכזית למחקר in vivo באונקולוגיה פרה-קלינית והקישור הניסיוני המבוסס ביותר בין תרביות תאים למחקר קליני. ממודלי הארנבים שנחשפו לחומרים קרצינוגניים בתחילת המאה העשרית ועד לדור הנוכחי של מערכות קסנוגרפט אנושיות המופקות מחולים (PDX), פלטפורמות אלו התפתחו במענה לדרישות של מחקר סרטן תרגומי. סקירה זו בוחנת באופן ביקורתי את העקרונות הביולוגיים, הסטנדרטים המתודולוגיים והיישומים התרגומיים של פלטפורמות הקסנוגרפט העיקריות נמצאות כיום בשימוש. מודלי קסנוגרפט המופקים מקווי תאים (CDX) נותרו השיטה הנפוצה והכלכלית ביותר לבדיקת יעילות פרה-קלינית, והם מציעים את השחזוריות, היכולת להרחבה והנגישות ששימרו את תפקידם בשרשראות פיתוח התרופות האונקולוגיות במשך עשורים. מודלי PDX הפכו לפלטפורמה המועדפת לתכנון ניסויים קו-קליניים, גילוי ביומרקרים ניבויים ויישומים של אונקולוגיה מותאמת אישית, תוך שימור הנוף הגנומי, ההטרוגניות התוך-גידולית והארכיטקטורה ההיסטולוגית של הגידול התורם לאורך מעברים סדרתיים. הביולוגיה של השתרשות מערכות PDX, כולל בחירת זני מאכסון עם חסר חיסוני, אתר השתלה, מקור הגידול וביולוגיית המעברים, נסקרה יחד עם תצורות אנושיות ואוטולוגיות אנושיות המרחיבות את הפלטפורמה להערכת מעכבי נקודת בדיקה חיסונית, מעגלי T-cell bispecifics וטיפול בתאי T עם קולטן אנטיגני כימרי (CAR-T). סקירה זו עוסקת בתרגום מהשלב הפרה-קליני לקליני כפונקציה של שוני חיסוני, שחזור חלקי של מיקרו-סביבת הגידול וסטנדרטיזציה. מסגרות פורמליות, כולל תקן מידע מינימלי למודל PDX (PDX-MI) והמידע המינימלי לסטנדרטיזציה של עכברים אנושיים (MISHUM), נבחנות לצד תשתיות ביו-בנק גלובליות וגישות מידול תרגומיות חדשניות המבוססות על בינה מלאכותית (AI).

מבוא

סרטן נותר גורם מוביל לתמותה ברחבי העולם, עם הערכה של 28.4 מיליון אבחנות חדשות הצפויות מדי שנה עד שנת 20401. למרות התקדמויות טיפוליות מרשימות, כולל סוכנים מטרתיים מולקולריים, מעכבי נקודות בקרה חיסוניות, טיפולים בתאי T עם רסיפטור אנטיגני כימרי (CAR-T), ותצמידי נוגדן-תרופה, מרבית המטופלים עם גידולים ממאירים מתקדמים מפתחים עמידות לתרופות או אינם מגיבים לטיפול הראשוני, ושיעורי ההישרדות הכוללים למשך חמש שנים עבור גידולים מוצקים רבים נותרים לא מספקים2. פיתוח תרופות לסרטן ממשיך להתאפיין בצוואר בקבוק תרגומי קשה. חלק גדול מהסוכנים האונקולוגיים עם פעילות פרה-קלינית מעודדת נכשלים במהלך בדיקות קליניות, מה שמעיד על כך שמערכות ניסיוניות רבות עדיין אינן לוכדות את הגורמים הביולוגיים לתגובת המטופל3,4. הצורך במערכות פרה-קליניות in vivo המשחזרות נאמנה את התכונות הגנומיות, ההיסטופתולוגיות והפרמקולוגיות של סרטן אנושי הוא מבוסס היטב. מודלים של קסנוגרפט (Xenograft) נותרו מרכזיים לבעיה זו, ולפתרונה הפוטנציאלי, מכיוון שהם מייצגים את הגשר ה- in vivo המבוסס ביותר בין תרביות תאים לבין הקליניקה. מודלי קסנוגרפט נוצרים על ידי השתלה של חומר גידולי אנושי במארח המאפשר חיסונית, לרוב עכבר עם חסר חיסוני5. שתי צורות עיקריות שולטות בתחום: קסנוגרפטים המופקים מקווי תאים (CDX), הנוצרים מקווי תאי סרטן מבוססים, וקסנוגרפטים המופקים ממטופלים (PDX), הנוצרים על ידי השתלה ישירה של חומר ניתוחי או ביופסי טרי ללא שלב ביניים של תרבית ארוכת טווח6,7. גרסאות אורתוטופיות, מפוזרות (disseminated), תת-קפסולת הכליה, נגזרות מאורגנואידים וגרסאות אנושיות מרחיבות עוד יותר מסגרת זו על ידי שינוי אתר ההשתלה, חומר המקור או המצב החיסוני של המארח8,9,10.

גידולים ממאירים באדם הם מערכות דינמיות המעוצבות על ידי מוטציות סומטיות, תכנות מחדש אפיגנטי, הטרוגניות תוך-גידולית ואינטראקציות קו-אבולוציוניות מתמשכות בין אוכלוסיות של תאים נאופלסטיים ותאי סטרומה6,11. בעוד שבעבר נחשבו קווי תאי סרטן למנבאים פחות יעילים של תגובה קלינית3,4, תפיסה זו עברה עידון מאז10,12,13. על אף שקווי תאים אכן סובלים מסחף גנומי, מאובדן רכיבי סטרומה ומערכות חיסון, ומסטייה מההטרוגניות של הגידול המקורי, חלק ניכר מהחוסר המדווח ביכולת הניבוי שלהם נובע מתכנון המחקר (פאנלים קטנים, היסטולוגיות שאינן תואמות והיעדר סטרטיפיקציה מולקולרית) ולא מכשל מהותי של המודל14. מודלי PDX נותנים מענה חלקי למגבלות העיקריות של מודלי קווי תאים (סחף גנומי, אובדן הטרוגניות והיעדר סטרומה) על ידי השתלה של מקטעי גידול טריים מחולה ישירות לעכברים עם Deficiency חיסוני, ובכך הם שומרים על ההיסטולוגיה של התורם, על הארכיטקטורה הגנומית ועל היבטים של ארגון הסטרומה במהלך מעברים מוקדמים, כאשר וריאנטים אורתוטופיים, מפוזרים, תת-קפסולריים של הכליה, נגזרים מאורגנואידים או אנושייים (humanized) מרחיבים את המסגרת בהתאם לאתר ההשתלה, חומר המקור ומצב המערכת החיסונית של המארח10. ניסויי PDX בקנה מידה אוכלוסייתי משחזרים תגובות קליניות ברמת האינדיקציה12, וזוגות תואמים של חולה–PDX מראים התאמה של ~87% לתוצאות של חולים בודדים, אם כי הספציפיות בניתוח זה הייתה 70%13.

נוף השסנוגרפט (xenograft) מתרחב עוד יותר כדי לכלול פלטפורמות אנושיות (humanized), שבהן גידולי PDX גדלים במארחים ששוחלבו רכיבים של מערכת חיסון אנושית9, לצד מודלים אורטוטופיים באתרים ראשוניים תואמים אנטומית וגרסאות מטאסטטיות14. במקביל, סקירה זו מתמקדת במודלים של שסנוגרפט עכברי; מערכות משלימות כגון בדיקות קרומים חוריואלנטואידיים של אפרוחים (CAM)15, שסנוגרפטים בעוברים של דג ゼברה (zebrafish)16, ואורגנואידים המופקים מחולים17 יכולים להציע יתרונות אורתוגונליים במהירות, בתפוקה ובסקביליות, ובכך למקם אותם בתוך תהליכי עבודה פרה-קליניים משולבים רב-פלטפורמיים. התשתית הבינלאומית של ביו-בנקים ל-PDX התרחבה משמעותית בעשור האחרון18, ומסגרות סטנדרטיזציה רשמיות - תקן המידע המינימלי למודל PDX (PDX-MI)19 והמידע המינימלי לסטנדרטיזציה של עכברים אנושיים (MISHUM)20, הוקמו; עם זאת, אימוץ חלקי בספרות המפורסמת נותר מחסום מבני לתרגום קליני. מסגרות סטנדרטיזציה רשמיות הוקמו כדי להביא לאחידות בדיווח על אנוטציה קלינית, מתודולוגיית השתלה, היסטוריית מעברים, הבטחת איכות ופרמטרים של שחזור חיסוני. למרות התקדמות זו, אף פלטפורמת שסנוגרפט בודדת אינה מספיקה לכל שאלה תרגומית. מודלי PDX הם מטבעם איטיים, תובעי משאבים וכפופים לשיעורי קליטה משתנים, בעוד שמערכות שסנוגרפט אנושיות, למרות שהן נותנות מענה חלקי לג缺陷 החיסוני של מארחי PDX קונבנציונליים, מכניסות שונות נוספת עקב שחזור חיסוני חלקי9, הטרוגניות בין תורמים21, ומגבלות של תגובת השתלה נגד מארח (graft-versus-host)22. יתרה מכך, הסטנדרטיזציה נותרת לא אחידה: פרוטוקולים להקמת מודלים, מוסכמות למספור מעברים, שיטות אימות, כימות צמיחת גידול, ניטור חיסוני, הגדרות נקודת סיום ואיכות הדיווח הכללית משתנים משמעותית בין מוסדות ופרסומים23. סקירה זו בוחנת מודלים של שסנוגרפט דרך העדשה הכפולה של סטנדרטיזציה ובחירת מודל מעשית. תוך מיקום CDX כסוס העבודה החיוני המוקדם in vivo ו-PDX כפלטפורמה בעלת נאמנות גבוהה יותר אך תובענית יותר במשאבים, אנו מסכמים ראיות נוכחיות על טקסונומיה של מודלים, ביולוגיה של זן המארח, גורמים קובעים להשתלה, ביו-בנקינג, יציבות גנומית, תכנון מחקר כמותי ומסגרות דיווח, וממקמים מערכות שסנוגרפט לצד מודלים סינגנאיים, אורגנואידים, מודלים של עכברים מהונדסים גנטית (GEMM), ובדיקות חלופיות מהירות. הטיעון המרכזי הוא שאין להבין סטנדרטיזציה כמאמץ לאחד מחקרים למחלקה אחת של מודלים, אלא כמסגרת המגדירה כיצד כל פלטפורמה מיוצרת, מתוקפת, מדווחת וממוקמת באופן רציונלי בתוך תהליך עבודה פרה-קליני משולב (איור 1).

סקירה ופרספקטיבה

התפתחות היסטורית וטקסונומיה

הדגמה של Yamagiwa ו-Ichikawa משנת 1915 לסרטן עור המושרה על ידי קרצינוגנים בארנבים ביססה את הקונספט של מודל גידול ניסויי24. מודלים סינגניים הופיעו באמצע המאה העשרית עם שורות בסיסיות, כגון Lewis lung carcinoma, 4T1 mammary carcinoma, CT26 colorectal carcinoma, ו-B16 melanoma, אשר שומרות על תועלתן בעידן האימונו-אונקולוגיה הנוכחי25. גילו של Flanagan משנת 1966 של העכבר העירום האתמי סיפק את המארח המהותי הראשון עם מערכת חיסונית לקויה המסוגל לסבול רקמה זנוגנית26, מה שאפשר ל-Rygaard ו-Povlsen להשיג את השגריה הראשונה המוצלחת של גידול רקטוקולוני חומרי בבני אדם בשנת 196927. פיתוח זנים עוקב באמצעות רקעי SCID, NOD/SCID, ו-IL-2 receptor common gamma chain (Il2rg)-null ביטלו בהדרגה את מחסומי תאי T, תאי B ותאי NK28, ובכך ביססו את הטקסונומיה העכשווית: CDX, PDX, גרסאות אורטוטופיות ומופצות, שיבולים זנוגנטיים מורכבי אורגנואידים, ושיבולים זנוגנטיים אנושיים6.

פאנל ה-NCI-60, שהוקם בסוף שנות ה-80 כסקר in vitro של 60 קווי תאי סרטן אנושיים המשתייכים לתשעה סוגי רקמות, המסד את ההערכה השיטתית של תרופות ועיגן את הפרמקולוגיה הפרה-קלינית מבוססת קווי תאים למשך מספר עשורים, כאשר תרכובות שהניבו תוצאות חיוביות המשיכו למחקרי CDX תת-עוריים בעכברי nude אתמיים תוך שימוש במדדים סטנדרטיים כגון %T/C (אחוז נפח הגידול בקבוצת הטיפול ביחס לקבוצת הביקורת), עיכוב בצמיחת הגידול ומוות תרופתי כדי לאפשר השוואה בין מחקרים29. מודלי CDX נותרים הפלטפורמה הנפוצה והמשתלמת ביותר לבדיקת יעילות פרה-קלינית; מחקרי CDX תת-עוריים מגיעים לקריאת תוצאות תוך 5–7 שבועות (איור 1) וממלאים תפקיד מרכזי בתהליך פיתוח התרופות עבור אופטימיזציה של המינון, אפיון פרמקוקינטי/פרמקודנמי (PK/PD), כימות עיכוב צמיחת הגידול (TGI) והערכת מדדי הישרדות (איור 2).

מבחינה מעשית, הטקסונומיה של מודלי קסנוגרפט (xenograft) מוגדרת על ידי שלושה משתנים: מקור הגידול, אתר ההשתלה והרקע הגנטי של המארח. מודלי CDX מתבססים על שורות תאי סרטן מבוססות עם אספקה יציבה ואנוטציה מולקולרית ופרמקולוגית נרחבת באמצעות משאבים כגון ה-Cancer Cell Line Encyclopedia30. מודלי PDX משתמשים במקטעי גידול טריים מהשתלה של חולה כדי לשמר את ההיסטולוגיה של התורם, את הארכיטקטורה הגנומית ואת ההטרוגניות התוך-גידוליים, אם כי רקמת החיבור (stroma) האנושית מוחלפת בהדרגה ברקמת חיבור עכברית עם מעברים סדרתיים (serial passaging)10. אתר ההשתלה קובע את ההקשר הביולוגי: השתלה תת-עורית מעדיפה פשטות טכנית, שחזוריות ומדידה סדרית באמצעות קליפר; השתלה אורטוטופית משחזרת את המיקרו-סביבה הספציפית לאיבר ותומכת בדפוסים רלוונטיים קלינית של גרורות ספונטניות; הזרקה תוך-כלית (דרך וריד הזנב, תוך-לבבית או תוך-טחולית) יוצרת מודלים של גרורות ניסיוניות הבוחנים שלבים מאוחרים יותר של קסקדת הגרורות, כגון יציאה מכלי דם (extravasation) והתנחלות (colonization)14; והשתלה מתחת לקפסולת הכליה מנצלת אתר בעל וסקולריזציה גבוהה המשפר באופן ניכר את שיעורי ההשרשה של גידולים שקשיהם קשים להשתלה31.

CDX ו-PDX: תפקידים משלימים באונקולוגיה פרה-קלינית

ראיות מצטברות הצביעו על כך שלמודלי CDX יש יכולת מוגבלת לנבא תגובה תרופתית קלינית, דבר שהוביל להערכה מחדש של מתודולוגיה פרה-קלינית באונקולוגיה. שורות תאי סרטן מבוססות, המתוחזקות ללא הגבלה בתרבית מלאכותית, עוברות סלקציה קלונלית הדרגתית, סטייה תעתוקית ואובדן של ההקשר הסטרומלי והחיסוני ביחס לגידולים הראשוניים מהם הן נגזרו. מודלי PDX משמרים את ההיסטולוגיה של התורם, את הארכיטקטורה הגנומית ואת ההטרוגניות התוך-גידולית לאורך מעברים עוקבים10. בשנת 2006, פלטפורמת PDX לסרטן הלבלב סיפקה את ההדגמה הראשונה של ניבוי תגובה תרופתית מונע על ידי ביומרקרים32. בשנת 2011, פלטפורמת ה-'xenopatient' ריכזה 85 מודלי PDX של סרטן המעי הגס עם אנוטציה מולקולרית, שחזרה דפוסי תגובה קליניים ל-cetuximab, וזיהתה הגברה של HER2 כמנגנון עמידות שניתן לטיפול - דבר שאומת לאחר מכן בניסויי HERACLES33,34. מחקר פורץ דרך משנת 2015 יישם עיצוב של ניסוי קליני במודלי PDX (PCT) מסוג 1 × 1 × 1 על פני כ-1,000 מודלים ו-62 משטרי טיפול, שחזר קשרים בין גנוטיפ לתגובה והציע מנגנוני עמידות חדשים, ובכך ביסס את הפארמקולוגיה בקנה מידה של PDX כגשר אמין לעיצוב ניסויים קליניים12.

על אף התקדמות זו, מודלי CDX נותרו כסטנדרט הזהב להערכה פרה-קלינית מוקדמת in vivo של תרופות מועמדות, כיוון שהם מהירים, נקיים ניסיונית ויעילים מבחינה כלכלית: ניתן להבצע מניפולציות גנטיות בקווי תאים מאומתים, להרחיב אותם בקנה מידה רחב ולהשתילם בקבוצות תואמות גדולות עם רעש ביולוגי מועט יחסית, מה שמאפשר קריאת נתונים ניתנות לפירוש לגבי יעילות, פרמקודינמיקה וסבילות בלוחות זמנים שאינם מעשיים עבור מערכות PDX או מערכות אנושיות (humanized systems). קווים קנוניים כגון HCT116, A549, ו-U8735 מעוגנים לעשרות שנים של ספרות מכניסטית ומשאבי אומיקה ציבוריים, וגרסאות CDX אורתוטופיות או מפוזרות מרחיבות את תועלתם לבדיקת טרופיזם רקמתי, קולוניזציה מטאסטטית וטיפול ספציפי לאתר ללא ויתור על היתרונות התפעוליים10. עבור שאלות מונחות היפותזה המתמקדות בתלות במטרה, אופטימיזציה של לוח זמני מינון, יעילות השוואתית או הוכחת מנגנון, CDX נותר הפלטפורמה הראשונה המתאימה ל- in vivo. מגבלותיו המוכרות, כולל סחף קלונלי, היעדר סטרומה אנושית ומדרי רכיבים חיסוניים, וערך ניבוי מוגבל ברמת האוכלוסיות, מגדירות את השימוש הראוי בו כפלטפורמה למיון מהיר ולבדיקת מנגנונים, ולא כתחליף לתוצאה קלינית.

הקמת מודל PDX: מקורות הגידול, השתלה וביולוגיית השגור

חומר גידולי חיוני מופק לרוב באמצעות כריתה כירורגית וכן באמצעות ביופסיית ליבה, נוזלים ממאירים או שאיבת מחית גרם בממאירות המטולוגיות31. כריתה רדיקלית מספקת נפחים גדולים יותר של רקמה חיונית עם מבנה ארכיטקטוני שלם; עם זאת, ביופסיות מספקות חומר מספיק כאשר הן מכוונות למחלה גרורתית או למחלה שאינה ניתנת לכריתה31,36. יש להוביל את הרקמה במצע מנוטרל קר ולעבד אותה תוך ~24 h; איסכמיה חמה העולה על 2 h ומרווחי זמן ex vivo מעבר ל-8–10 h מפחיתים באופן הדרגתי את יעילות ההשתלה. אישור ועדת הלסינקי (IRB) והסכמה מדעת בכתב הם חובה.

חומר הגידול מעובד לfragment של 1–3 mm3, תוך שימור ארכיטקטורת המטריצה החוץ-תאית וההטרוגניות המרחבית, או מופרד לסספנסיות של תאים בודדים לצורך מיון והחדרה במינון מנורמל. השתלה משולבת של Matrigel משמשת לעיתים קרובות לתמיכה בווסקולריזציה מוקדמת; השפעתה משתנה ויש לדווח עליה כיוון שהיא משנה את ההקשר של המיקרו-סביבה31. תוספת הורמונלית, גרגרי estradiol עבור גידולי שד ER-positive ו-dihydrotestosterone עבור גידולי פרוסטטה, משפרת את ההשתבשות (engraftment) של ממאירות תלויות הורמונים. השתלה תת-עורית בבטן הגב (dorsal flank) מאפשרת ניטור באמצעות קליפר ופשטות תפעולית; השתלה אורתוטופית משחזרת את המיקרו-סביבה הספציפית לאיבר; והשתלה תחת הקפסולה הכליתית (subrenal capsule) מקסימה את שיעורי הקליטה עבור סוגי גידולים שקשים להשתבשות, כולל סרטן ריאותה שאינו מסוג תאים קטנים (NSCLC) וסרטן פרוסטטה31.

השגור (Engraftment) תלוי במידה רבה בגידול. גידולים אגרסיביים, בעלי דיפרנציאציה נמוכה, עמידים לטיפול או גרורתיים משתבצים בקלות רבה יותר מאשר גידולים אינדולנטיים או בעלי דיפרנציאציה טובה; סרטני שאירי עם שלישיות שליליות (triple-negative breast cancers), אדנוקרצינומות של דרכי הלבלב, סרטני שחלה סרוזיים בדרגה גבוהה ולוקמיות חריפות מראים עקביות גבוהה יותר בהצלחת השגור בהשוואה לגידולי שאירי מסוג luminal A וישויות אחרות בעלות שיעור השגור נמוך, והשגור המוצלח כשלעצמו מנבא פרוגנוזה גרועה למטופל בסרטן שאירי עם שלישיות שליליות ובגידולים של דרכי הלבלב והמרה10. זן המאכסן הוא גורם קובע מרכזי שני: זנים בעלי חסר חיסוני חמור כגון NSG ו-NOG החליפו את עכברי nude ו-SCID במקרים מאתגרים או במקרים המטולוגיים, וזאת בשל רמת הסבילות הרחבה יותר שלהם9.

על פי המוסכמה, השתלת החולה הראשונית מוגדרת כ-F0 (או P0), כאשר מעברים סדרתיים מסומנים כ-F1, F2 והלאה. קינטיקת הגדילה מתייצבת בדרך כלל לאחר המעברים המוקדמים, ומרבית התוכניות שומרות את הפארמקולוגיה הפורמלית לחומרים מדור F2 או F3 כדי להפחית את השונות בין העכברים, אם כי לא קיים סף אוניברסלי; רוב התוכניות מגדירות מעבר מוקדם כ-F2–F4, כאשר חומרים מעבר ל-F5 נושאים סיכון גובר לצמיחה של תתי-שבטים (subclonal outgrowth) ולסטיה תעתוקית (transcriptional drift) בקצב התלוי בסוג הגידול. מכיוון שמספר המעברים משפיע הן על השחזוריות והן על הסתייה הביולוגית, יש לתעד עבור כל מחקר את היסטוריית המעברים, את זן המאחס, את אתר ההשתלה ואת מקור החומר, בהתאם לתקן הדיווח PDX-MI19.

זני מאכסון עם חסר חיסוני

עכברים עירומים אתיימיים (Foxn1nu) חסרים תאי T בוגרים אך שומרים על תאי B, תאי NK ומערכת חיסון מולדת. עכברי CB-17 scid, הנושאים מוטציית אובדן תפקוד ב-Prkdc, חסרים תאי T ו-B עקב רקומבינציית V(D)J פגומה, אך שומרים על תאי NK ומפתחים לימפוציטים "דולפים" עם הגיל9. מוטציית ה-scid על רקע NOD/ShiLtJ (NOD/SCID) הוסיפה פגמים בחסינות המולדת, כולל חסר במשלב (complement), תפקוד לקוי של מקרופאגים ותאי דנדריטיים ופעילות NK מופחתת. הוספת מוטציית null בשרשרת גמא המשותפת של קולטן IL-2 (Il2rg), הדרושה לאיתות על ידי IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15 ו-IL-21, מחסילה תאי NK תפקודיים ומשביתה את החסינות המולדת הנותרת, מה שיוצר את NSG (NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1wjI/SzJ) ואת NOG (NODShi.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1sug); NSG נושא knockout מלא של Il2rg, בעוד NOG מבטא קולטן קטוע שנקשר אך אינו מסוגל לאתת. NSG ו-NOG תומכים בהשתחיה של גידולים סולידיים והמטולוגים והם המארחים ברירת המחדל לעבודות PDX. זן ה-NRG (NOD.Cg-Rag1tm1Mom Il2rgtm1wjI) מחליף את Prkdc ב-knockout של Rag1, ובכך משמר את יכולת תיקון ה-DNA. זן ה-BRG (BALB/c-Rag2null Il2rgnull) מספק חלופה בעלת רקע BALB/c העמידה לקרינה, הנמנעת מהאלל של Sirpa הספציפי ל-NOD. חולדת ה-SRG (Sprague-Dawley Rag2/Il2rg double knockout) תומכת בקווי תאים וב-PDXs שגדלים בצורה דלה ב-NSG, כולל סרטן ערמונית VCaP בשיעור הצלחה של >90%, ומאפשרת דגימת דם ורקמות סדרתית, ניתוח אורטוטופי ופרמקוקינטיקה רלוונטית פיזיולוגית37.

מערכות של שיכון זרות האנושיות (Humanized xenograft systems) משקמות עכברים עם חסר חיסוני חמור באמצעות רכיבים חיסוניים אנושיים, לפני או במקביל להשתלת הגידול38שלושת הפורמטים העיקריים הם hu-PBMC (הזרקה של תאים מונונוקליאריים מדם פריפרי של מבוגרים), hu-CD34 (תאי גזע המטופואטיים (HSCs) אנושיים CD34⁺ שמוזרקים תוך-ורידית לאחר הקרנה תת-קטלנית או התנייה באמצעות בוסולפן), ו-BLT (השתלה משולבת של רקמות עובריות) כבד ותימוס עם תאי CD34⁺, המניבים את פיתוח הלימפואיד המלא ביותר). מודלים אלו תומכים בהערכה של מעכבי נקודות בקרה חיסוניות, נוגדנים דו-סגוליים, טיפולים תאיים ומנגנוני עמידות ממחוריים.38עיצובים אוטולוגיים או כאלה התואמים ל-HLA משייכים את מדורי הגידול והמערכת החיסונית מאותו תורם. יעילות השחזור תלויה במקור התורם, בגזע המארח, במשטר ההכנה ובמשך המחקר; מדורי המיאלואיד, הסטרומה והלימפואיד הם בדרך כלל חסרים או לא מאוזנים: מודלי hu-PBMC לוקים בחסר בתאי NK, תאי B ושושלות מיאלואידיות למרות השתרשות חזקה של תאי T; מודלי hu-CD34 תומכים בתוצר רב-שושלתי אך מציגים ייצוג חסר של תאים דנדריטיים קונבנציונליים ומקרופאגים רקמתיים; ומודלי BLT משיגים חינוך עליון של תאי T בטימוס אך נותרים תת-אופטימליים לשחזור מיאלואידי. עכברים מסוג hu-PBMC משיגים שחזור מהיר של תאי T אך מפתחים מחלה של השתלה נגד מארח (GvHD) קסנוגנית בתוך שלושה עד 6 שבועות, עקב זיהוי של תאי T אנושיים את ה-MHC העכברי; גרסאות NSG-MHC-I/II-null ממתנות זאת באופן חלקי.22עכברי hu-CD34 מאפשרים מחקרים ממושכים יותר, אך הם דורשים תקופת שיקום (reconstitution) ממושכת ואינם משחזרים באופן מלא את הביולוגיה של תאי המיילואיד, תאי NK או התאים הסטרומליים האנושיים.

מודלים אורתוטופיים ומודלים של גרורות

שתלים של קסנוגרפ תת-עורי, על אף שהם מהווים את הפלטפורמה הפרה-קלינית הראשונית כברירת מחדל, מציבים רקמת גידול אנושית בהקשר ביולוגי השונה מהמיקרו-סביבה של האיבר המקורי. הרכב המטריצה החוץ-תאית, הארכיטקטורה הווסקולרית, מתח החמצן, אוכלוסיות הסטרומה והסיגנלינג הפראקריני של החלל התת-עורי הגבי שונים מאלו של השדי, הלבלב, הפריטונאום, המעי הגס או הריאה10. השתלה אורתוטופית משחזרת את המיקרו-סביבה הספציפית לאיבר ובדרך כלל תומכת בוסקולריזציה מוגברת ובגרורות ספונטניות המשחזרות באופן הדוק יותר את התקדמות הסרטן הטבעית, וזאת על חשבון מורכבות כירורגית רבה יותר והצורך בניטור מבוסס דימיון39.

טכניקות PDX אורתוטופיות התרחבו על פני סוגי גידולים שונים. PDX של סרטן השד מוקם בפד השומן של הגומלה, ותומך בגרורות ספונטניות לריאות ולבלต่อות הלימפה40. PDX של סרטן המעי הגס והחך, המושתל בדופן העקום או המעי הגס, משחזר פלישה מקומית וגרורות לכבד39. PDX של סרטן השחלה המוחדר תוך-פריטוניה משחזר את הפיזור הפריטוני האופייני למחלה סרוזית בדרגה גבוהה41. PDX של אדנוקרצינומה של תעלות הלבלב המושתל בלבלב משחזר את התגובה הסטרומלית הדסמופלאסטית ופלישה מקומית מוקדמת32. נעשה שימוש בשתי אסטרטגיות עיקריות למידול גרורות: מודלים של גרורות ניסיוניות, שבהם תאי גידול מוחדרים תוך-כליים כדי להעריך שלבים מאוחרים של רצף הגרורות, כגון אקסטרוואזציה (extravasation) והתנחלות; ומודלים של גרורות ספונטניות, שבהם גידולים ראשוניים אורתוטופיים מפיצים את עצמם דרך הרצף המלא14.

סטנדרטיזציה, אימות ותכנון מחקר

ארבעה מסגרות דיווח ותכנון מחקר מגדירות ניסויי קסנוגרפט (xenograft). מסגרת PDX-MI מגדירה מטא-נתונים מינימליים עבור מודלים המופקים מחולים, כולל מידע על התורם, מקור הגידול, זן המאחס, אתר השתילה, מספר המעברים, קצב ההשרשה, ואפיון היסטולוגי ומולקולרי; אימות רצפי STR (short tandem repeat) נכלל תחת בקרת איכות המודל כדי לאשר את המקור ולזהות זיהום צולב19. מסגרת MISHUM מרחיבה דרישות דומות למערכות אנושניות (humanized systems), ומכסה את מקור תאי הגזע ההמטופואטיים האנושיים או ה-PBMC, משטר התנאיים (conditioning regimen), זן המאחס, יעילות השחזור שאושרה באמצעות ציטומטריה זרימתית, וניטור GvHD20. OBSERVE (Oncology Best-practices: Signs, Endpoints and Refinements for In Vivo Experiments), קונסנסוס של EurOPDX/INFRAFRONTIER משנת 2024, מספק הנחיות לשיפור ורווחה ספציפיות למודלים של סרטן במכרסמים, ומשלים את מסגרות PREPARE ו-ARRIVE 2.0 הרחבות יותר23,42. המלצות הקונסנסוס של NCI PDXNet משנת 2024 עוסקות בתכנון המחקר, ניתוח צמיחת הגידול וסיווג התגובה עבור ניסויי פרמקולוגיה של PDX, ומספקות חבילה ציבורית של כלים אנליטיים43.

מסגרות אלו אינן מתואמות באופן מלא, ומחקר Xenograft מודרני עשוי להצטרך לעמוד בדרישות של PDX-MI, MISHUM, OBSERVE והמלצות PDXNet בו-זמנית. למעשה, מספר המעברים (passage number), נוסחת מדידת הגידול, מקור המאכסן, שיטת האימות ואסטרטגיה אנליטית שנקבעה מראש מושמטים לעיתים קרובות43. סכמת דיווח מאוחדת המקיפה מערכות CDX, PDX ומערכות אנוש (humanized systems) נותרת צורך שטרם סופק. מאגרי PDX נגישים לציבור כוללים את מאגר המודלים הנגזרים מחולים של ה-NCI (PDMR), את פורטל הנתונים EurOPDX ואת PDX Finder, אשר מקטלגים יחד כמה אלפי מודלים עם נתונים גנומיים, היסטולוגיים ופרמקולוגיים נלווים לתמיכה בזיהוי ורכישת מודלים18. מחקרי CDX דורשים פרופיל STR שגרתי ובקרת זיהום, בעוד שמחקרי PDX דורשים קישור למקרה התורם, אישור מולקולרי של תכונות מניעות (driver features) במידת האפשר, ותיעוד של תוכן תאי אנושי לעומת עכברי לאורך המעברים19. הערכת נפח הגידול נותרת לא עקבית בין מחקרים, כאשר נוסחאות שונות מיושמות ללא גילוי מפורש, מה שמשנה את הערכות השפעת הטיפול ומסבך השוואה בין מחקרים; לכן, סטנדרטיזציה של מדדי גדילה, ספי השראה, כללי צנזור ופורמטים של ויזואליזציה חשובה לא פחות מסטנדרטיזציה של שיטות השגירה (engraftment methods)43.

נאמנות גנומית, אבולוציה קלונית ופרשנות תרגומית

מודלים של PDX שומרים על מוטציות מניעות (driver mutations) ועל נוף מספר העותקים (copy-number landscapes) לאורך המעברים המוקדמים באופן נאמן יותר מאשר CDX, מה שמחזק את השימוש בהם לפיתוח סמנים ביולוגיים, למחקרי עמידות ולמידול קו-קליני44. עם זאת, במהלך המעברים מתרחשים תהליכים של התפתחות גידול ספציפית לעכבר, החלפה סטרומלית ותכנות מחדש אפיגנטי, וחלק מהחוסר התאמה הניכר משקף דגימה סב-קלונאלית של גידולים בעלי הטרוגניות מרחבית ולא סחף הנגרם מהמודל45. מעברים מוקדמים מספקים התאמה ביולוגית חזקה יותר מאשר חומר שעבר מעברים נרחבים, אם כי שניהם מעוצבים על ידי לחצים סלקטיביים של אתר ההשתלה, חסינות המאכסן וטיפול קודם45. מכאן נגזרים שני עקרונות מעשיים: יש לאפיין מודלי PDX באופן לונגיטודי ולא להניח שהם סטטיים, ומומלץ לשלב רצף גנומי, היסטופתולוגיה, פרופיל תעתוקי ותגובה לטיפול כאשר לבחירת המודל יש השלכות משמעותיות בהמשך44.

מודלים של עכברים אנושיים (Humanized) ויישומים באימונו-אונקולוגיה

מערכות אנושיות (Humanized systems) ששוחזרו באמצעות PBMCs אנושיים, תאי HSC CD34⁺ או רקמת BLT נותנות מענה לחוסר היכולת של מאכלי PDX קונבנציונליים לדגמן מיקרו-סביבה חיסונית אנושית שלמה. מודלי hu-PBMC משיגים שחזור מהיר של תאי T, אך מוגבלים על ידי GvHD של זנים זרים בתוך שלושה עד שישה שבועות; מודלי hu-CD34 דורשים 8–16 שבועות לשחזור רב-קוואי (multilineage) אך תומכים במחקרים ארוכים יותר9. הכנסת טרנסגנים של ציטוקינים אנושיים שיפרה עוד יותר את השחזור של שושלות חיסוניות ספציפיות. עכברי NSG-SGM3 (טרנסגניים עבור IL-3, GM-CSF ו-SCF אנושיים) תומכים בפיתוח של תאי מיאלואיד ותאי מאסט46. עכברי MISTRG (אנושיים עבור M-CSF, IL-3, GM-CSF, SIRPα ותרומבופואטין) ועכברי MISTRG6 (בנוסף אנושיים עבור IL-6) על רקע Rag2⁻/⁻ Il2rg⁻/⁻, מייצרים את השחזור המקיף ביותר של תאי מיאלואיד, NK ומקרופאגי רקמה אנושיים הזמין כיום, ותומכים בהשתגרה של תאי גזע ופרוגניטורים המטופואטיים ממח עצם של מבוגרים שזנים אחרים אינם מסוגלים להכיל47. עכברי NOG-EXL (טרנסגניים עבור IL-3 ו-GM-CSF אנושיים על רקע NOG) תומכים בשחזור תאי מיאלואיד ותאי מאסט ברמות ציטוקינים נמוכות יותר מאשר ב-NSG-SGM3, מה שמתבטא בהישרדות ארוכת טווח משופרת ובתסמונת הפעלת מקרופאגים פחות חמורה, ובכך הם מתאימים יותר למחקרים ממושכים של אנושיות וגידולי סרטן. עכברים אנושיים עם השתגרה של תאי T אנושיים מאפשרים דגום של תסמונת שחרור ציטוקינים (CRS), דבר המאפשר אפיון פרה-קליני של פרופיל הבטיחות של מעגנים דו-ספציפיים של תאי T (bispecific T-cell engagers), נוגדנים המכוונים ל-CD3 וביולוגיים דומים המפעילים תאי T. אף זן בודד אינו עדיף באופן אוניברסלי; הבחירה מודרכת על ידי השושלה החיסונית הרלוונטית ומשך המחקר.

התצורה בעלת הנאמנות הגבוהה ביותר היא ה-PDX האוטולוגי ההומניזד, שבו תאים המטופויטיים תואמי-מטופל ורקמת גידול מושתלים יחד, מה שמבטל את חוסר ההתאמה ב-MHC בין המדור החיסוני למדור הגידול47. Chiorazzi ועמיתיו הדגימו בשנת 2023 כי מודלי PDX מסוג MISTRG6 אוטולוגיים מייצרים אוכלוסיות חיסוניות אנושיות מולדות ומסתגלות המסתננות לסביבת המיקרו של הגידול, משחזרות תוכניות של אקטיבציה ותשישות בתאי CD8⁺ T, ומייצרות חתימה מיאלואידית פרו-גידולית המונעת על ידי VEGF-A, שעיכובה מבטל את הגברה של צמיחת הגידול, ובכך תיקפו תצורה זו כפלטפורמה להערכת אימונותרפיה47. Phoon ועמיתיו הרחיבו גישה זו למלנומה, והראו כי מודלי PDX הומניזד עם PBMC אוטולוגיים לוכדים שונות בין-מטופלים בתגובה לחסימת נקודות בקרה (checkpoint blockade) וציטוקיני IL-2 מהונדסים48,49. גישה אוטולוגית מקבילה, העברה אדופטיבית של לימפוציטים חודרי גידול (TILs) מופקים ממטופל שהורחבו ex vivo לעכברים הנושאי גידולי PDX תואמים, שימשה למידול יעילות של טיפול ב-TILs במלנומה ובגידולים מוצקים אחרים50. למרות זאת, פרשנות של מחקרי אימונותרפיה במערכות הומניזד דורשת זהירות: למספר נוגדנים של נקודות בקרה חיסוניות (למשל, anti-CTLA4, anti-PD1) יש תגובת-צלב מוגבלת למינים, תפקוד תאי דנדריטיים והצגת אנטיגנים נותרים חלקיים ברוב הזנים ההומניזד, ומבנים כגון איברי לימפואידים שלישוניים ומרכזי נבט תפקודיים מלאים משוחזרים לעיתים רחוקות51.

טיפול בתאי CAR-T ומודלים של קסנוגרפט

טיפול בתאי CAR-T זכה למספר אישורים רגולטוריים עבור ממאירות המטולוגיות, והערכה של קסנוגרפט (xenograft) בעכברים עם חסר חיסוני הנושאים גידולי CDX או PDX היא הפלטפורמה הפרה-קלינית הסטנדרטית עבור מוצרי CAR-T אנושיים לפני מעבר ליישום קליני52. הגירעון האימונולוגי של מאחים מסוג NSG מוציא מהמערכת הניסויית הפעלת מקרופגים, הצגה צולבת (cross-presentation) של תאי דנדריטיים ודיכוי המתווך על ידי תאי T רגולטוריים, וקסנוגרפטים עכבריים לא ניבאו את הרעילות הסיסטמית המונעת על ידי ציטוקינים שנצפתה מאוחר יותר בחולים52. סקירה שיטתית ומטא-אנליזה משנת 2025 של 422 ניסויים קליניים ו-3,157 מחקרים פרה-קליניים דיווחו כי אותות יעילות פרה-קליניים במודלים של קסנוגרפט CAR-T הם במידה רבה הומוגניים ובלתי תלויים באנטיגן, ואינם מבדילים בין מבני CAR אשר הצליחו או נכשלו לאחר מכן בניסויים קליניים53. Fløe ועמיתיו תיעדו בשנת 2025 כי הבדלים ברמת המין בסיגנלציה של ציטוקינים, בצפיפות האנטיגן, ברפרטואר של קולטני תאי T ובקשר ההדדי (crosstalk) בין הגידול למערכת החיסון מגבילים את יכולת התרגום של נתוני קסנוגרפט CAR-T, וכי מודלים סינגנאיים מועסקים בכ-4% מהמחקרים הפרה-קליניים שפורסמו על CAR-T52,53. תסמונת שחרור ציטוקינים (CRS) ותסמונת נוירוטוקסית הקשורה לתאי אפקטור חיסוניים (ICANS) אינן משתחזרות בקסנוגרפטים סטנדרטיים של NSG. מחקרים מכניסטיים במאחים מסוג NSG-SGM3 הצביעו על כך ש-CRS מונעתת בעיקר על ידי IL-1 ו-IL-6 המופקים ממונוציטים, כאשר IL-1 ו-IL-6 נדרשים באופן שונה עבור CRS לעומת נוירוטוקסית. כמו כן, נטרול של GM-CSF מפחית CRS ונוירו-דלקת תוך שמירה על הפעילות האנטי-גידולית של CAR-T. נתיבים אלו נלכדים בתצורות של ציטוקינים טרנסגניים והומניזציה אוטולוגית ולא בקסנוגרפטים קונבנציונליים מבוססי NSG. מודלים סינגנאיים של CAR-T עכבריים מספקים פלטפורמה משלימה המאפשרת הערכה של אינטראקציות של CAR-T עם מערכת חיסון של מאח שלמה, במחיר של הסתמכות על ביולוגיה של מטרה עכברית ולא אנושית. הערכה מבוססת קסנוגרפט תמכה במעבר הקליני של טיפול CAR-T המכוון ל-CD19, שבו פעילות נגד מודלים של B-ALL ו-B-NHL במאחים מסוג NSG תאמה תגובות קליניות בנות-קיימא54.

פיתוח תרופות, גילוי סמנים ביולוגיים ותרגום מבוסס בינה מלאכותית

מודלי PDX שואפים לנבא תגובות תרופתיות קליניות בנאמנות גבוהה יותר מאשר מודלי CDX או GEMMs. ניסוי קליני של PDX שביצעה חברת Novartis בשנת 2015 (PCT) על ידי Gao ועמיתיו, יישם מערך של 1 × 1 × 1 על פני כ-1,000 מודלי PDX, 62 משטרי טיפול ושש אינדיקציות, וזיהה קשרים בין הגנוטיפ לתגובה לצד מנגנוני עמידות מוכרים וחדשים12. הרחבת קונספט ה-1 × 1 × 1 לרמת החולה הבודד מוגבלת על ידי לוח זמנים של 3–6 חודשים להקמה, מה שממקם בדרך כלל החלטות מודרכות PDX בשלב הטיפול בקו שני או שלישי10. מחקרי PDX תרמו לתיקוף של סמנים ביולוגיים קליניים, כולל מוטציית KRAS כמנבא לעמידות לאנטי-EGFR בסרטן המעי הגס, מוטציות EGFR-activating ו-T790M לבחירת מעכבי טירוזין קינאז ב-NSCLC, הגברה של HER2 בסרטן השד והקיבה, ועמידות לפלטינה בסרטן השחלות10.

מאגרי נתונים גדולים של תגובה לתרופות במודלי PDX אפשרו שימוש בגישות של למידת מכונה לניבוי תגובה לתרופות. Yang ועמיתיו תיארו בשנת 2025 את TRANSPIRE-DRP, מסגרת של למידה עמוקה המשתמשת בהתאמת דומיין לא מפוקחת (unsupervised domain adaptation) כדי לתרגם נתונים טרנסקריפטומיים של PDX לניבויים של תגובה ברמת החולה, אשר הוערכו עבור cetuximab, paclitaxel ו-gemcitabine55. Tosca ועמיתיה פרסמו בשנת 2024 מסגרת למידול תרגומי שביצעה סקלה אלומטרית של קצבי גדילת גידולי PDX כדי לנבא את זמן הכפלת נפח הגידול ואת ההישרדות ללא התקדמות המחלה באוכלוסיות חולים לא מטופלות באחד עשר סוגי סרטני רקמה רכה, כאשר 91% מחציוני זמן הכפלת נפח הגידול החזויים היו בטווח של פי 1.5 מהתצפיות הקליניות56. אתגרים שטרם נפתרו נותרו בעינן: הטיית בחירה בביובנקים לטובת גידולים הניתנים להשתלה, תיקוף קליני פרוספקטיבי מוגבל, והיעדר מסלול רגולטורי מוגדר עבור ראיות פרה-קליניות המופקות מ-AI33,55.

פלטפורמות של קסנוגרפ (Xenograft) עונות על שאלות תרגומיות שונות בשלבים שונים של הפיתוח, במקום להתחרות על תפקיד יחיד. מודלי CDX נותרים מרכזיים לעבודה מכניסטית מוקדמת ולסריקה בעלת תפוקה גבוהה; מודלי PDX מספקים את הנאמנות הגנומית וההטרוגניות הבין-חולי הדרושות לתיקוף של סממנים ביולוגיים ולמידול תגובה קלינית; תצורות אנושיות (humanized) ואנושיות אוטולוגיות עונות על שאלות ספציפיות לאימונותרפיה שקסנוגרפים קונבנציונליים אינם יכולים לענות עליהן; ופלטפורמות מבוססות אורגנואידים מרחיבות את התפוקה ex vivo כאשר הרקמה מוגבלת; פלטפורמות אלו תומכות יחד בהערכה פרה-קלינית של טיפולים חדשניים, מבוססים וחלופיים לסרטן57,58,59. מסגרות של בינה מלאכותית (AI) ולמידת מכונה, כגון TRANSPIRE-DRP ומודלים תרגומיים של PK/PD, מקשרות כעת נתוני תגובה לתרופות במודלי PDX לתחזיות תגובה ברמת המטופל, אך התועלת הקלינית שלהן תלויה באיכות ובסטנדרטיזציה של אנוטציית המודל הבסיסית. הסוגיות המרכזיות שטרם נפתרו הן תוקף ניבוי, הדירות של הדיווח, ייצוגיות ביו-בנקית והמעמד הרגולטורי של ראיות פרה-קליניות המופקות מ-AI. ההתקדמות תהיה תלויה פחות בהצגת קטגוריות מודלים חדשות ומסביב לשימוש ממושמע באלו הקיימות, בתמיכה של מטא-נתונים הרמוניים, הערכת נאמנות לרוחב זמן ואינטגרציה שקופה בין פלטפורמות.

מסקנות

מודלים של קסנוגרפט התפתחו מהשתלות תת-עוריות פשוטות של שורות תאים מבוססות למסגרת ניסויית רב-גונית הכוללת מודלי CDX ו-PDX, גרסאות אורטוטופיות ושל גרורות, ומערכות חיסוניות אנושיות משוחזרות, כולל תצורות אוטולוגיות. התפתחות זו הונעה מההכרה ההדרגתית בכך שנאמנות לביולוגיה של סרטן בבני אדם, במונחים של הנוף הגנומי, ההטרוגניות התוך-גידולית ומיקרו-סביבת הגידול, היא גורם קריטי הקובע את הערך הניבוי המוקדם של המודלים לפני השלב הקליני.

מודלי CDX נותרים מרכזיים באונקולוגיה פרה-קלינית כפלטפורמה ה-in vivo הנפוצה והמשתלמת ביותר להערכה של תרופות בשלבים מוקדמים, והם מספקים נתונים הניתנים לשחזור ובקנה מידה רחב עבור אופטימיזציה של מינון, אפיון PK/PD, הערכת עיכוב בצמיחת גידול והערכת נקודות סיום של הישרדות. מודלי PDX מספקים את רמת הדיוק הנדרשת לגילוי ביומארקרים, תכנון ניסויים קו-קליניים ויישומים פרמקולוגיים התלויים בשימור המאפיינים הגנומיים וההיסטולוגיים של התורם. ההיררכיה של החסר החיסוני - מעכברי nude ו-SCID דרך NSG, NOG, NRG ו-BRG, ועד לחולד ה-SRG המופיע לאחרונה - משקפת זיקוק הדרגתי של רמת ההיתר להשתרשות (engraftment). תצורות הומניזציה ואוטולוגיה מרחיבות פלטפורמות אלו להערכה של מעכבי נקודות בקרה חיסוניות, נוגדנים ביספציפיים וטיפולי תאי CAR-T, אם כי מגבלות אימונולוגיות ברמת המין נותרות בעינן.

שיפור התרגום הפרה-קליני מחייב תכנון מחקר קפדני ודיווח סטנדרטי. ההמלצות להסכמה של PDX-MI, MISHUM, OBSERVE ו-NCI PDXNet מספקות את מסגרות הדיווח הנחוצות; אימוץ עקבי על ידי חוקרים, כתבי עת וסוכנויות מימון נותר הגורם המכריע להשפעתן. מסלול המחקר של שיבוטי קסנוגרפט מתכנס לארבע סדרי עדיפויות: דיווח סטנדרטי בכל הפלטפורמות, בחירה רציונלית של פלטפורמה התואמת את השאלה התרגומית, שיפור מתמיד של הנדסת מודלים אנושיים, ומסגרות תרגום מבוססות AI המתרגמות מאגרי נתוני PDX רחבי היקף לתחזיות תגובה בעלות ערך קליני.

דיאגרמה של מודלי עכברים של קסנוגרפט ומודלים אוטכתונוס; לוחות זמנים, יתרונות, מגבלות; מחקר אונקולוגי.
איור 1: מודלי עכברים של קסנוגרפט: לוחות זמנים מההקמה ועד לקבלת התוצאות, עם יתרונות ומגבלות השוואתיים. לוחות זמנים מההתחלה ועד לקבלת התוצאות הניסיוניות מוצגים עבור הפלטפורמות הפרה-קליניות העיקריות המשמשות לפיתוח תרופות אונקולוגיות, מקובצות לפי מצב החיסוני של המאכסן. הפאנל העליון כולל מודלי קסנוגרפט במאכסנים עם חסר חיסוני: קסנוגרפטים המופקים מקווי תאים (CDX) תת-עוריים, אורטוטופיים או מפוזרים, קסנוגרפטים המופקים מחולה (PDX) תת-עוריים, PDX תת-קפסולת הכליה (PDX-SRC), קסנוגרפטים אורטוטופיים המופקים מחולה (PDOX), קסנוגרפטים המופקים מאורגנואידים (ODX), ו-PDX אנושי (huPDX). הפאנל התחתון כולל פלטפורמות עם מערכת חיסונית תקינה ואוטכתונוס: מודלים סינגנאיים, אלוגרפטים המופקים ממודלי עכברים מהונדסים גנטית (GDA), ומודלי עכברים מהונדסים גנטית (GEMM). עבור כל פלטפורמה, השלבים הניסיוניים מסומנים בצבעים (אקלימטיזציה, קבלת השתל, תרבית אורגנואידים, השתרשות וצמיחה, מעבר, הומניזציה, וטיפול/קבלת תוצאות; או רבייה וזמן דגירה של גידול/טיפול/קבלת תוצאות עבור מודלים אוטכתונוס), כאשר משכי הזמן הכוללים המשוערים מצוינים בשבועות. יתרונות ומגבלות ספציפיים לפלטפורמה מסוכמים בפאנל הימני. לוחות הזמנים מייצגים נהלי עבודה סטנדרטיים המיושמים ב-Altogen Labs ועולים בקנה אחד עם טווחים שפורסמו בתחום (https://altogenlabs.com/xenograft-models); משכים בפועל משתנים בהתאם לסוג הגידול, זן המאכסן, עיצוב המחקר וקינטיקת ההשתרשות. BLI, דימות ביולומינסנציה; GvHD, מחלת השתל נגד מאכסן; HSC, תא גזע המטופואטי; IO, אימונו-אונקולוגיה; MRI, דימות תהודה מגנטית; NSCLC, סרטן ריאות שאינו מסוג תאים קטנים; PBMC, תאי מונונוקליאוז מהדם ההיקפי; SC, תת-עורי; TME, מיקרו-סביבת הגידול; TNBC, סרטן שד טריפל-נגטיב. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

מחקרים in vivo, in vitro; תרשים זרימה; יעילות תרופתית, הערכת רעילות; שיטות ניתוח ADME, PK.
איור 2: תהליך עבודה אינטגרטיבי לאונקולוגיה פרה-קלינית: מיעילות in vitro ועד למחקרים המאפשרים הגשה של בקשה לתרופה חדשה תחת חקירה (IND). תרשים של צינור הפיתוח הפרה-קליני המדורג של תרופות, המאורגן בארבעה שלבים רצופים. יעילות in vitro כוללת מעורבות מטרה (IC50, KD), פעילות אנטי-פרוליפרטיבית על פני פאנלים של שורות תאים כולל NCI-60 ושורות ספציפיות למחלה, תאים המופקים מחולים (PDC), בדיקות מנגנוניות ובדיקות מסלולים, מודלים תלת-ממדיים, אורגנואידים של גידולים המופקים מחולים (PDTO), בדיקות נדידה ופלישה, פרופיל ציטוקינים ומערכת החיסון, בדיקות אנגיוגנזה ותאי גזע סרטניים, בדיקות קלונוגניות, פרופיל סלקטיביות, בדיקות קו-קלטורה של מערכת החיסון, מידול עמידות, זיהוי סמנים ביולוגיים, פרופיל ביטוי של מטרה, קריאות של סממנים ביולוגיים פרמקו-דינמיים ומחקרי שילובים. CDX in vivo מכסה CDX תת-עורי, אורתוטופי, ומופץ או סיסטמי לאופטימיזציה של מינון, אפיון PK/PD, הערכת נפח גידול ו-TGI, סיווג תגובה חלקית ומלאה (PR/CR), נקודות קצה של הישרדות (OS, EFS, TTE), דימות מולטי-מודאלי (BLI/IVIS, MRI, PET/CT), קריאות סבילות כולל ירידה במשקל הגוף (BWL) וסימנים קליניים, נקודות קצה מולקולריות (IHC, ELISA, WES, ציטומטריית זרימה, RNA-seq, ספירת גרורות), וספירת תאי גידול במחזור הדם (CTC). פלטפורמות in vivo מתקדמות כוללות PDX תת-עורי ואורתוטופי, PDX תת-קפסולת כליה (SRC), PDX אנושי, מודלים סינגנואיים להשוואת ביצועים באימנו-אונקולוגיה, GEMM ו-GDA, ODX, מודלים של קסנוגרפט שאינם מכרסמים, בדיקות סיבים חלולים (HFA), ניסויים קליניים בעכברי PDX (MCT), ומודלים של עמידות/הישנות. מחקרים המאפשרים IND כוללים רעילות GLP במינון בודד וחוזר, טוקסיקו-קינטיקה, פרמקולוגיית בטיחות, סבילות מקומית, גנו-טוקסיקוטיות, אימנו-טוקסיקוטיות, רעילות רבייתית והתפתחותית, תחזית מינון ראשון בבני אדם (FIH), הערכת שחרור ציטוקינים, והערכת פוטו-טוקסיקוטיות על בסיס סיכון. אפיון מקבילי של כימיה, ייצור ובקרות (CMC) וספיגה, הפצה, מטבוליזם והפרשה/פרמקוקינטיקה (ADME/PK) כולל מידול in silico PBPK ו-IVIVE, מסיסות ויציבות, חדירות ואפלוקס של P-glycoprotein (P-gp), עיכוב ואינדוקציה של ציטוכרום P450 (CYP), בדיקות מטבוליות, PK in vivo, קישור לחלבוני פלזמה, מידול חשיפה-תגובה, התפלגות ברקמות, חיזוי PK אנושי, זיהוי מטבוליטים, והערכת סיכון לאינטראקציה בין תרופות (DDI). אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

גילויים

המחבר מוועסק על ידי Altogen Labs (אוסטון, טקסס, ארה"ב), ארגון מחקר בחוזה המספק שירותי מחקר פרה-קליניים באונקולוגיה. איור 1 ו-איור 2 הם סכימות מקוריות שהוצגו על ידי המחבר. האיורים כוללים לוחות זמנים ותהליכי עבודה הנגזרים מנהלי העבודה הסטנדרטיים של Altogen Labs. לא הוצהר על ניגוד עניינים.

מקורות

  1. Sung H, Ferlay J, Siegel RL, et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin. 2021;71(3):209-249.
  2. Islami F, Wiese D, Schafer EJ, Sung H, Jemal A. Stage-specific cancer survival in Black and White persons by urbanicity of county of residence, United States, 2015-2021. Cancer. 2025:e70073.
  3. Johnson JI, Decker S, Zaharevitz D, et al. Relationships between drug activity in NCI preclinical in vitro and in vivo models and early clinical trials. Br J Cancer. 2001;84(10):1424-1431.
  4. Voskoglou-Nomikos T, Pater JL, Seymour L. Clinical predictive value of the in vitro cell line, human xenograft, and mouse allograft preclinical cancer models. Clin Cancer Res. 2003;9(11):4227-4239.
  5. Jung J. Human tumor xenograft models for preclinical assessment of anticancer drug development. Toxicol Res. 2014;30(1):1-5.
  6. Liu Y, Wu W, Cai C, et al. Patient-derived xenograft models in cancer therapy: technologies and applications. Signal Transduct Target Ther. 2023;8:160.
  7. Okada S, Vaeteewoottacharn K, Kariya R. Application of highly immunocompromised mice for the establishment of patient-derived xenograft (PDX) models. Cells. 2019;8(8):889.
  8. Blanchard Z, Brown EA, Ghazaryan A, et al. PDX models for functional precision oncology and discovery science. Nat Rev Cancer. 2025;25(3):153-166.
  9. Shultz LD, Brehm MA, Garcia-Martinez JV, et al. Humanized mice for immune system investigation: progress, promise and challenges. Nat Rev Immunol. 2012;12(11):786-798.
  10. Hidalgo M, Amant F, Biankin AV, et al. Patient-derived xenograft models: an emerging platform for translational cancer research. Cancer Discov. 2014;4(9):998-1013.
  11. Dobrolecki LE, Airhart SD, Alferez DG, et al. Patient-derived xenograft (PDX) models in basic and translational breast cancer research. Cancer Metastasis Rev. 2016;35(4):547-573.
  12. Gao H, Korn JM, Ferretti S, et al. High-throughput screening using patient-derived tumor xenografts to predict clinical trial drug response. Nat Med. 2015;21(11):1318-1325.
  13. Izumchenko E, Paz K, Ciznadija D, Sloma I, Katz A, Vasquez-Dunddel D, et al. Patient-derived xenografts effectively capture responses to oncology therapy in a heterogeneous cohort of patients with solid tumors. Ann Oncol. 2017;28(10):2595-2605.
  14. Khanna C, Hunter K. Modeling metastasis in vivo. Carcinogenesis. 2005;26(3):513-523.
  15. Ribatti D. The chick embryo chorioallantoic membrane (CAM) assay. Reprod Toxicol. 2017;70:97-101.
  16. Fazio M, Ablain J, Chuan Y, et al. Zebrafish patient avatars in cancer biology and precision cancer therapy. Nat Rev Cancer. 2020;20(5):263-273.
  17. Drost J, Clevers H. Organoids in cancer research. Nat Rev Cancer. 2018;18(7):407-418.
  18. Conte N, Mason JC, Halmagyi C, et al. PDX Finder: a portal for patient-derived tumor xenograft model discovery. Nucleic Acids Res. 2019;47(D1):D1073-D1079.
  19. Meehan TF, Conte N, Goldstein T, et al. PDX-MI: minimal information for patient-derived tumor xenograft models. Cancer Res. 2017;77(21):e62-e66.
  20. Stripecke R, Münz C, Schuringa JJ, et al. Innovations, challenges, and minimal information for standardization of humanized mice. EMBO Mol Med. 2020;12(7):e8662.
  21. Brehm MA, Wiles MV, Greiner DL, et al. Generation of improved humanized mouse models for human infectious diseases. J Immunol Methods. 2014;410:3-17.
  22. King MA, Covassin L, Brehm MA, et al. Human peripheral blood leucocyte non-obese diabetic-severe combined immunodeficiency interleukin-2 receptor gamma chain gene mouse model of xenogeneic graft-versus-host-like disease and the role of host major histocompatibility complex. Clin Exp Immunol. 2009;157(1):104-118.
  23. Percie du Sert N, Hurst V, Ahluwalia A, et al. The ARRIVE guidelines 2.0: updated guidelines for reporting animal research. Br J Pharmacol. 2020;177(16):3617-3624.
  24. Sajjad H, Imtiaz S, Noor T, et al. Cancer models in preclinical research: a chronicle review of advancement in effective cancer research. Anim Models Exp Med. 2021;4(2):87-103.
  25. Mosely SI, Prime JE, Sainson RC, et al. Rational selection of syngeneic preclinical tumor models for immunotherapeutic drug discovery. Cancer Immunol Res. 2017;5(1):29-41.
  26. Flanagan SP. "Nude", a new hairless gene with pleiotropic effects in the mouse. Genet Res. 1966;8(3):295-309.
  27. Rygaard J, Povlsen CO. Heterotransplantation of a human malignant tumour to "Nude" mice. Acta Pathol Microbiol Scand. 1969;77(4):758-760.
  28. Chen J, Liao S, Xiao Z, et al. The development and improvement of immunodeficient mice and humanized immune system mouse models. Front Immunol. 2022;13:1007579.
  29. Shoemaker RH. The NCI60 human tumour cell line anticancer drug screen. Nat Rev Cancer. 2006;6(10):813-823.
  30. Barretina J, Caponigro G, Stransky N, et al. The Cancer Cell Line Encyclopedia enables predictive modelling of anticancer drug sensitivity. Nature. 2012;483(7391):603-607.
  31. Liu M, Yang X. Patient-derived xenograft models: current status, challenges, and innovations in cancer research. Genes Dis. 2025;12(5):101520.
  32. Rubio-Viqueira B, Jimeno A, Cusatis G, et al. An in vivo platform for translational drug development in pancreatic cancer. Clin Cancer Res. 2006;12(15):4652-61.
  33. Bertotti A, Migliardi G, Galimi F, et al. A molecularly annotated platform of patient-derived xenografts ("xenopatients") identifies HER2 as an effective therapeutic target in cetuximab-resistant colorectal cancer. Cancer Discov. 2011;1(6):508-23.
  34. Sartore-Bianchi A, Lonardi S, Martino C, et al. Pertuzumab and trastuzumab emtansine in patients with HER2-amplified metastatic colorectal cancer: the phase II HERACLES-B trial. ESMO Open. 2020;5(5):e000911.
  35. Ovcharenko D, Chitjian C, Kashkin A, et al. Two dichloric compounds inhibit in vivo U87 xenograft tumor growth. Cancer Biol Ther. 2019;20(9):1281-1289.
  36. Hernandez MC, Bergquist JR, Leiting JL, et al. Patient-derived xenografts can be reliably generated from patient clinical biopsy specimens. J Gastrointest Surg. 2019;23(4):818-824.
  37. Noto FK, Sangodkar J, Adedeji BT, et al. The SRG rat, a Sprague-Dawley Rag2/Il2rg double-knockout validated for human tumor oncology studies. PLoS One. 2020;15(10):e0240169.
  38. De La Rochere P, Guil-Luna S, Decaudin D, et al. Humanized mice for the study of immuno-oncology. Trends Immunol. 2018;39(9):748-763.
  39. Hoffman RM. Patient-derived orthotopic xenografts: better mimic of metastasis than subcutaneous xenografts. Nat Rev Cancer. 2015;15(8):451-2.
  40. Okano M, Oshi M, Butash A, et al. Orthotopic implantation achieves better engraftment and faster growth than subcutaneous implantation in breast cancer patient-derived xenografts. J Mammary Gland Biol Neoplasia. 2020;25(1):27-36.
  41. Scott CL, Becker MA, Haluska P, et al. Patient-derived xenograft models to improve targeted therapy in epithelial ovarian cancer treatment. Front Oncol. 2013;3:295.
  42. De Vleeschauwer SI, van de Ven M, Oudin A, et al. OBSERVE: guidelines for the refinement of rodent cancer models. Nat Protoc. 2024;19(9):2571-2596.
  43. Meric-Bernstam F, Lloyd MW, Koc S, et al. Assessment of patient-derived xenograft growth and antitumor activity: the NCI PDXNet consensus recommendations. Mol Cancer Ther. 2024;23(7):924-938.
  44. Woo XY, Giordano J, Srivastava A, et al.; PDXNET Consortium; EurOPDX Consortium. Conservation of copy number profiles during engraftment and passaging of patient-derived cancer xenografts. Nat Genet. 2021;53(1):86-99.
  45. Hynds RE, Huebner A, Pearce DR, et al. Representation of genomic intratumor heterogeneity in multi-region non-small cell lung cancer patient-derived xenograft models. Nat Commun. 2024;15(1):4653.
  46. Wunderlich M, Chou FS, Sexton C, et al. Improved multilineage human hematopoietic reconstitution and function in NSGS mice. PLoS One. 2018;13(12):e0209034.
  47. Chiorazzi M, Martinek J, Krasnick B, et al. Autologous humanized PDX modeling for immuno-oncology recapitulates features of the human tumor microenvironment. J Immunother Cancer. 2023;11(7):e006921.
  48. Phoon YP, Lopes JE, Pfannenstiel LW, et al. Autologous human preclinical modeling of melanoma interpatient clinical responses to immunotherapeutics. J Immunother Cancer. 2024;12(4):e008066.
  49. Tsimafeyeu I, Makhov P, Ovcharenko D, et al. A novel anti-FGFR1 monoclonal antibody OM-RCA-01 exhibits potent antitumor activity and enhances the efficacy of immune checkpoint inhibitors in lung cancer models. Immunooncol Technol. 2024;23:100725.
  50. Jespersen H, Lindberg MF, Donia M, et al. Clinical responses to adoptive T-cell transfer can be modeled in an autologous immune-humanized mouse model. Nat Commun. 2017;8(1):707.
  51. Morton JJ, Bird G, Refaeli Y, et al. Humanized mouse xenograft models: narrowing the tumor-microenvironment gap. Cancer Res. 2016;76(21):6153-6158.
  52. Fløe LVB, Pedersen MG, Møller BK. Animal models in preclinical evaluation of CAR-T cell therapy: advantages and limitations. Biochim Biophys Acta Rev Cancer. 2025;1880(6):189455.
  53. Andreu-Sanz D, Gregor L, Carlini E, et al. Predictive value of preclinical models for CAR-T cell therapy clinical trials: a systematic review and meta-analysis. J Immunother Cancer. 2025;13(6):e011698.
  54. Duncan BB, Dunbar CE, Ishii K. Applying a clinical lens to animal models of CAR-T cell therapies. Mol Ther Methods Clin Dev. 2022;27:17-31.
  55. Yang J, Wu T, Xue F, et al. TRANSPIRE-DRP: a deep learning framework for translating patient-derived xenograft drug response to clinical patients via domain adaptation. J Transl Med. 2025;23(1):1340.
  56. Tosca EM, Ronchi D, Rocchetti M, et al. Predicting tumor volume doubling time and progression-free survival in untreated patients from patient-derived-xenograft (PDX) models: a translational model-based approach. AAPS J. 2024;26(5):92.
  57. Ovcharenko D, Mukhin D, Ovcharenko G. Alternative cancer therapeutics: unpatentable compounds and their potential in oncology. Pharmaceutics. 2024;16(9):1237.
  58. Altogen Labs. Xenograft models in oncology: CDX, PDX, organoids, and humanized immuno-oncology platforms. Austin (TX): Altogen Labs; https://altogenlabs.com/xenograft-models/
  59. Sirotkin AV, Ovcharenko D, Mlyncek M. Identification of protein kinases that control ovarian hormone release by selective siRNAs. J Mol Endocrinol. 2010;44(1):45-53.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

שיכון גרפט ממקור חולהשיכון גרפט מקו תאיםהשתקת גידולעכברים עם חסר חיסונימיקרו-סביבה של גידולאונקולוגיה תרגומיתגילוי סמנים ביולוגייםטיפול CAR-T
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.