複雑な人間の疾患は、従来の実験室モデルシステムでモデル化するのが難しい場合があります。ここでは、ヒト骨格筋生検を免疫不不十分マウスに移植することにより、ヒト筋疾患をモデル化する外科的アプローチについて述べた。
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複雑な人間の疾患は、従来の実験室モデルシステムでモデル化するのが難しい場合があります。ここでは、ヒト骨格筋生検を免疫不不十分マウスに移植することにより、ヒト筋疾患をモデル化する外科的アプローチについて述べた。
動物実験で観察される治療効果は、多くの場合、臨床試験で要約に失敗します。この問題は多面的ですが、この失敗の理由の1つは、不十分なラボモデルの使用です。従来の実験室生物における複雑なヒト疾患のモデル化は困難であるが、この問題はヒト異種移植片の研究を通じて回避することができる。ここで説明する外科的方法は、筋肉疾患をモデル化し、前臨床試験を行うために使用することができるヒト骨格筋異種移植片の作成を可能にする。機関レビュー委員会(IRB)承認プロトコルの下で、骨格筋標本は患者から取得され、その後NOD-Rag1 nullIL2rγヌル(NRG)宿主マウスに移植される。これらのマウスは、成熟したリンパ球を作ることができないため、移植研究のための理想的な宿主であり、したがって、細胞媒介性および体液性適応免疫応答を開発することができない。宿主マウスはイソルランで麻酔され、マウス脛骨前部および伸張デジコラム長い筋肉が除去される。人間の筋肉の一部は、空の脛骨コンパートメントに配置され、ペロンヌス長い筋肉の近位および遠位腱に縫合される。異種移植された筋肉は、マウス宿主によって自発的に血管化され、活性化され、前臨床研究のモデルとして機能し得るヒト筋肉を強く再生する。
臨床試験を受けているすべての薬剤開発プログラムのわずか13.8%が成功し、承認された治療法1につながることが報告されています。この成功率は、以前に報告された10.4%よりも高いですが、まだ改善の余地があります。臨床試験の成功率を高めるための1つのアプローチは、前臨床研究で使用される実験室モデルを改善することです。食品医薬品局(FDA)は、第1相臨床試験の前に治療効果を示し、毒性を評価するために動物研究を必要とします。しかし、動物実験と臨床試験3の間の治療結果には、しばしば限られた一致がある。さらに、前臨床動物研究の必要性は、受け入れられた動物モデルを欠いている疾患の治療開発のための克服不可能な障壁であり、これはしばしば稀または散発性疾患の場合である。
ヒト疾患をモデル化する1つの方法は、ヒト組織を免疫不全マウスに移植して異種移植片を生成することである。異種移植片モデルには3つの主要な利点があります:まず、他の動物モデルでは再現できない可能性のあるヒト疾患に存在する複雑な遺伝的およびエピジェネティックな異常を要約することができます。第二に、異種移植片は、患者のサンプルが利用可能な場合、希少または散発性疾患をモデル化するために使用することができる。第三に、異種移植片は、生体内の完全な内で疾患をモデル化する。これらの理由から、異種移植片モデルにおける治療効果の結果は、患者の試験に翻訳する可能性が高いと仮定する。ヒト腫瘍異種移植片は、多発性骨髄腫を含む一般的な癌の治療法の開発に既に成功しており、個々の患者に対する個別化療法4、5、6、 7.
最近、異種移植片は、ヒト筋疾患8のモデルを開発するために使用されている。このモデルでは、ヒト筋肉生検標本を免疫不全NRGマウスの後肢に移植し、異種移植片を形成する。移植されたヒト筋線維は死ぬが、異種移植片に存在するヒト筋肉幹細胞は、その後、生着したヒト基底ラミナを再び生人口する新しいヒト筋線維に拡大して分化する。したがって、これらの異種移植片中の再生されたミオ繊維は完全にヒトであり、マウス宿主によって自発的に可逆化され、インビナー化される。重要なことに、マウスに移植された筋組織筋ジストロフィー(FSHD)患者の筋肉組織は、ヒト疾患の主要な特徴、すなわちDUX4転写因子8の発現を要約する。FSHDは、正常な筋肉組織9、10でエピジェネティックに沈黙しているDUX4の過剰発現によって引き起こされる。FSHD異種移植片モデルでは、DUX4特異的モルフォリノによる治療は、DUX4発現および機能を正常に抑圧することが示されており、FSHD患者11に対する潜在的な治療選択肢となりうる。これらの結果は、ヒト筋異種移植片がヒト筋肉疾患をモデル化し、マウスの潜在的な治療法をテストする新しいアプローチであることを示している。ここでは、免疫不全マウスにおけるヒト骨格筋異種移植片を作成する外科的方法を詳細に説明する。
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ヒト被験者からの研究標本の使用はすべて、参加者の権利と福祉を保護するためにジョンズ・ホプキンス機関審査委員会(IRB)によって承認されました。すべての動物実験は、ジョンズ・ホプキンス大学の施設動物管理・使用委員会(IACUC)によって、実験動物のケアと使用に関する国立衛生研究所(NIH)ガイドに従って承認されました。雄NOD−Rag1ヌルIL2rγ(NRG)宿主マウス(生後8〜12週)は、異種移植片実験を行うために使用される。これらのマウスは、換気ラックに収容され、HEPA濾過、強化、加湿空気、逆浸透濾過過塩素水を与えられる。マウスには水と照射された抗生物質食(材料表)アドリビタムが提供され、施設は中央タイマーによって制御される暗い10時間に14時間の光を提供する。
1. 設備の準備
2. 外科的準備
3. 異種移植手術
4. 異種移植片コレクション
注:異種移植片は通常、手術後4~6ヶ月の間に採取される。しかし、コレクションは手術後12ヶ月まで行われています。
5. 異種移植片免疫組織化学

図2:異種移植片手術。(A)毛髪は手術部位から取り除かれる。(B)脛骨前部(TA)上に切開が行われます。TAおよび伸張デジコラム長年(EDL)の遠位腱は矢印でマークされる。黒い破線は、ステップ 3.3 でエピミシウムが切断される場所を示します。(C)TAの遠位腱を切り、筋肉を膝まで引き上げる。(D)EDLの腱を切断し、EDLを膝まで引き上げる。これは、矢印でマークされたペロンロンダス(PL)の近位腱を露出させる。破線は、EDL(緑)とPL(青)を取り除くためにはさみで切る場所を示します。(E)EDL と TA が削除されます。(F)縫合糸は、PL.(G)異種移植片を空の脛骨室に置き、両手外科正方形結び目を用いて近位PL腱に縫合する。(H)縫合糸は、矢印でマークされたPLの遠位腱を通して配置され、別の両手外科正方形結び目が遠位腱に異種移植片を縫合するために使用される。(I)異種移植片は完全に移植され、PLに縫合される(J)皮膚は外科的接着剤で閉じられる。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図3:4ヶ月異種移植片コレクション。(A)毛髪は手術部位から取り除かれる。縫合糸は皮膚の下に見える。(B)異種移植片の上に重なった皮膚が除去される。その後、異種移植片は遠位縫合糸で虹彩鉗子でつかまれ、穏やかに上向きに引っ張られる。足首から始まり、メスは脛に沿って切断し、異種移植片を解放するために使用されます。矢印は脛間に沿って切開の始まりを示す。(C)胃筋を横に引っ張ることで、腹膜長体(PL)筋と胃腸血症(矢印で示す)を分離するエピミウムのかすかな白線が見えるようになります。他の脚の筋肉からPLを分離するために、このラインに沿ってカットするためにメスを使用してください。(D)異種移植片の右側、およびPLは現在、脚の他の筋肉から解放され、除去の準備ができています。破線は、異種移植片およびPL.(E)を遠位縫合糸の下に切断した後、膝に向かって異種移植片を偏向させるために外科ハサミで切断する場所を示す。破線は脛骨のコンパートメントから異種移植片およびPLを取除くために外科はさみで切る場所を示す。(F)異種移植片とPLを持つ空の脛骨コンパートメントが正常に除去された。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
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Yuanfan Zhangらによって示されるように、この外科的プロトコルは、ヒト骨格筋異種移植片8を産生する簡単な方法である。再生された異種移植片は自発的にインナーベーター化し、機能的収縮性を示す。加えて、FSHD患者から移植された筋肉異種移植片は、FSHD患者8で観察された遺伝子発現の変化を要約する。
我々の経験では、コントロール患者標本から行われた8つの異種移植片のうち約7は、正常な筋肉の移植を示す。正常な異種移植片は、ヒト特異的抗体で同定されたヒト筋線維の堅牢な再生を示す(図4)。ミオファイバーの割合内の陽性胚性ミオシン染色は、再生プロセスがまだ進行中であることを示す。対照的に、不十分な外科的技術や不十分な検体は、筋線維の再生不良につながる可能性がある(図4)。
特発性炎症性ミオパチー(IIM)と診断された患...
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患者由来の異種移植片は、筋肉疾患をモデル化し、前臨床試験を行う革新的な方法です。骨格筋異種移植片を作成するためにここで説明する方法は、迅速、簡単、および再現性があります。一方的な手術は15~25分、または30~40分で両側手術が可能です。両側異種移植片は、追加の実験的柔軟性を提供することができます。例えば、研究者は、一方の異種移植片の局所的な治療を行うことができ、もう一方はコントロールとして残されます。NRGマウスは、病原体のない施設に収容された場合、外科的部位感染に対して耐性がある。200以上の異種移植片を行った経験では、マウスが外科的感染症を獲得したことは一度もありません。さらに、宿主マウスはTAおよびEDLの除去を非常によく許容する。手術後1時間以内に、一方的かつ両側異種移植されたマウスは、アクティブになり、ケージの周りを歩き回り、さらには後肢に立ち上がる。時折、宿主マウスで足の低下が見られますが、通常は最近目覚めた場合など、一定期間の非活動の後にのみ、目を覚ます脚の使用が正常になります。
プロトコルにはいくつかの重要な手順があります。まず、EDLおよびTAの除去中に、隣接す...
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著者らは、彼らが競合する金銭的利益を持っていないと宣言します。
この作品は、筋炎協会とピーターバック財団によって支援されました。異種移植片の外科技術に関する専門知識と訓練を共有してくれたユアンファン・チャン博士に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 100 mm x 15 mm ペトリ皿 | フィッシャー サイエンティフィ | FB0875712 | |
| 2-メチルブタン | フィッシャー | O3551-4 | |
| 20 mm x 30 mm マイクロ カバー ガラス | VWR | 48393-151 | |
| 動物体重計 | ケント サイエンティフィック | SCL- 1015 | |
| 抗生物質-抗真菌剤溶液 | コーニング、Cellgro | 30-004-CI | |
| AutoClip System | F.S.T | 12020-00 | |
| Castroviejo ニードルホルダー | F.S.T | 12565-14 | |
| ひよこ胚抽出物 | 正確な | CE650TL | |
| CM1860 UVクライオスタット | ライカバイオシステムズ | CM1860UV | |
| Coplin 染色ジャー | サーモサイエンティフィック | 19-4 | |
| 解剖ピン | フィッシャーサイエンティフィック | S13976 | |
| ドライアイス - ペレット | フィッシャー サイエンティフィ | NC9584462 | |
| 胚性ミオシン抗体 | DSHB | F1.652 | 推奨濃度 1:10 |
| エタ | ノール フィッシャー サイエンティフィ | 459836 | |
| ウシ胎児血清 | GE ヘルスケア ライフサイエンス | SH30071.01 | |
| ファイバーライト MI-150 | ドラン・ジェンナー | Mi-150 | |
| 鉗子 | F.S.T | 11295-20 | |
| ヤギ抗マウス IgG1, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21121 | 推奨濃度 1:500 |
| ヤギ抗マウス IgG2b, AlexaFluor 594 | Invitrogen | A-21145 | 推奨濃度 1:500 |
| ガムトラガカンス | Σ | G1128 | |
| ハム F-10 ミディアム | コーニング | 10-070-CV | |
| Histoacryl Blue Topical Skin Adhesive | Tissue seal | TS1050044FP | |
| Human specific lamin A/C antibody | Abcam | ab40567 | 推奨濃度 1:50-1:100 |
| ヒト特異的スペクトリン抗体 | Leica Biosystems | NCLSPEC1 | 推奨濃度 1:20-1:100 |
| Induction Chamber | VetEquip | 941444 | |
| アイリス鉗子 | FST | 11066-07 | |
| グローバル2018(ユニプリム4100 ppm) | Envigo | TD.06596 | 呼吸器感染症を保護するための抗生物質のげっ歯類ダイエット |
| ソフルラン | MWI獣医供給 | 502017 | |
| Kimwipes | キンバリークラーク | 34155 | 外科用ワイプメー |
| プルソンE呼吸回路 | VetEquip | 921412 | |
| メタノール | フィッシャーサイエンティフィック | A412 | |
| 移動式麻酔器 | VetEquip | 901805 | |
| マウス オン マウス ベーシック キット | ベクター ラボラトリーズ | BMK-2202 | マウス IgG ブロッキング試薬 |
| マニキュア 電子 | 顕微鏡 科学 | 72180 | |
| NAIR ヘアリムーバー ローション/オイル | フィッシャー サイエンティフィ | NC0132811 | |
| NOD-Rag1null IL2rg null (NRG) マウス | ジャクソン研究所 | 007799 | 生後 2 〜 3 ヶ月 |
| O.C.T. 化合物 | フィッシャーサイエンティフィック | 23-730-571 | |
| 酸素 | エアガス | OX USPEA | |
| PBS (リン酸緩衝生理食塩水) 緩衝液 | フィッシャーサイエンティフィック | 4870500 | |
| ポビドンヨウ素Prep Solution | Dynarex | 1415 | |
| ProLong™ゴールド退色防止マウンタント | Fisher Scientific | P10144 (DAPIなし);P36935 (DAPIと) | |
| Puralube Ophthalmic Ointment | Dechra | 17033-211-38 | |
| リマジル(カルプロフェン)注射剤 | Patterson Veterinary | 10000319 | 外科的鎮痛剤、5 mg / kgの用量で皮下投与 |
| メスブレード - #11 | F.S.T | 10011-00 | |
| メスハンドル - #3 | F.S.T | 10003-12 | |
| 顕微鏡 | Accu-scope | 3075 | |
| Superfrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| 縫合糸、合成、非吸収性、長さ 30 インチ、CV-11 針 | Covidien | VP-706-X | |
| 1ml シリンジ (26 ゲージ、3/8 インチ 針) | BD Biosciences | 329412 | |
| Trimmer | Kent Scientific | CL9990-KIT | |
| Vannas スプリングはさみ、8.0 mm 刃先 | F.S.T | 15009-08 | |
| VaporGaurd 活性炭フィルター | VetEquip | 931401 | |
| 巻線クリップ、9 mm | F.S.T | 12022-09 |
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