方法論記事

ヒト腫瘍を有するヒト化マウスモデルにおける癌免疫療法の試験

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DOI:

10.3791/64606

2022年12月16日

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サマリー

このプロトコルは、免疫腫瘍学研究のためのヒト免疫系(HIS)マウスの生成について概説しています。このモデルに移植されたヒト腫瘍に対するヒト免疫療法を試験するためのこのモデルの使用における指示および考慮事項は、腫瘍に対するヒト免疫系の応答を特徴付けることに重点を置いたものとして提示されている。

要約

腫瘍微小環境の免疫抑制性を逆転させることは、免疫療法薬による癌の治療を成功させるために重要です。マウスがんモデルは、その多様性が非常に限られており、臨床への翻訳が不十分です。免疫療法研究のためのより生理学的な前臨床モデルとして役立つために、このプロトコルは、ヒト免疫系で再構成されたマウスにおけるヒト腫瘍の治療を評価するために開発されました。このユニークなプロトコルは、ヒト免疫系(HIS、「ヒト化」)マウスの開発と、それに続く細胞株由来異種移植片(CDX)または患者由来異種移植片(PDX)のいずれかのヒト腫瘍の移植を示しています。HISマウスは、臍帯血から分離したCD34+ヒト造血幹細胞を、異種腫瘍も受け入れることができる新生児BRGS(BALB/c Rag2-/-IL2RγC-/- NODSIRPα)の高免疫不全マウスに注入することによって生成されます。ヒト免疫系の発達と腫瘍移植の動態と特性の重要性が強調されています。最後に、フローサイトメトリーを用いた腫瘍微小環境の詳細な評価について説明します。このプロトコルを使用した多数の研究では、個々の腫瘍の腫瘍微小環境がHIS-PDXマウスで再現されることがわかりました。「熱い」腫瘍は大きな免疫浸潤を示しますが、「冷たい」腫瘍はそうではありません。このモデルは、幅広いヒト腫瘍に対する併用免疫療法の試験場として機能し、個別化医療の探求における重要なツールを表しています。

概要

マウスがんモデルは、腫瘍の成長と免疫逃避の基本的なメカニズムを確立するために重要です。しかし、マウスモデルでのがん治療研究では、同系モデルが限られており、種固有の違いがあるため、臨床への翻訳は有限です1,2。腫瘍を制御するための支配的なアプローチとしての免疫療法の出現は、機能的なヒト免疫システムを備えたin vivoモデルの必要性を繰り返し示しています。過去10年間のヒト免疫系マウス(HISマウス)の進歩により、さまざまな種類の癌および免疫療法剤におけるin vivoでの免疫腫瘍学の研究が可能になりました3456細胞株由来および患者由来異種移植片(それぞれCDXおよびPDX)を含むヒト腫瘍モデルは、HISマウスでよく増殖し、ほとんどの場合、ヒト造血生着を欠く免疫不全宿主における増殖とほぼ同じである7,8。この重要な発見に基づいて、研究者はHISマウスモデルを使用して、腫瘍微小環境(TME)を変化させて免疫抑制を低下させ、免疫指向性腫瘍殺傷を強化するように設計された併用療法を含むヒト免疫療法を研究しています。これらの前臨床モデルは、ヒト癌の不均一性の問題に対処するのに役立ち、治療の成功を予測し、免疫関連の薬物毒性を監視することもできます9,10

ヒト造血幹細胞の導入によるヒト免疫系を有するマウスモデルの作製には、異種移植片を拒絶しないレシピエント免疫不全マウスが必要である。現在のHISマウスモデルは、30年以上前に報告された免疫不全マウス系統に由来します。記載された最初の免疫不全マウス系統は、T細胞およびB細胞を欠失したSCIDマウスであり11、続いて、ヒトCD47分子12,13へのNOD SIRPα対立遺伝子の結合の増加により、ヒト細胞に対するマウスマクロファージ耐性に関与するSIRPα多型を有するハイブリッドNOD-SCIDが続いた。2000年代初頭、BALB/cとNODの両方の免疫不全株におけるIL-2受容体(IL-2Rγc)の共通ガンマ鎖の欠失は、宿主NK細胞の発生を禁止する遺伝子欠失により、ヒト生着増強のゲームチェンジャーでした14,15,16,17。BRGおよびNRGマウスなどの代替モデルは、TおよびB細胞受容体遺伝子の再配列、したがってリンパ球の成熟および生存に必要なRag1またはRag2遺伝子の欠失を通じてTおよびB細胞欠損を達成する18,19。本明細書で用いられるBRGS(BALB/c -Rag2ヌルIl2RγCヌルSirpα NOD)マウスは、IL-2Rγ鎖欠損症とRag2-/-バックグラウンド上のNOD SIRPα対立遺伝子を結合し、T、B、またはNK細胞を持たないが、30週以上の長期生着を可能にするのに十分な活力と健康を備えた高度に免疫不全マウスをもたらす13

HISマウスは複数の方法で生成することができ、ヒトPBMC注射が最も直接的な方法である151820しかし、これらのマウスは、活性化ヒトT細胞の顕著な増殖を有し、12週齢までに移植片対宿主病(GVHD)をもたらし、長期研究を妨げる。あるいは、臍帯血(CB)、骨髄、および胎児肝臓からのヒト造血幹細胞も、ヒト免疫系の着および産生に使用することができる。このシステムでは、造血幹細胞は、主にT細胞を発達させるPBMCマウスと比較して、マウス宿主に有意に耐性のあるT、B、および自然免疫細胞の生成を伴う多系統のヒト免疫系を産生する。したがって、GVHDは存在しないか、大幅に遅延し、研究は10ヶ月齢までのマウスに拡張することができる。CBは、遺伝的に同一の免疫系を持つ複数のHISマウスの生着を促進する、CD34+ヒト造血幹細胞の簡単でアクセスしやすい非侵襲的な供給源を提供します17182021過去数年間、HISマウスモデルは免疫療法およびTME 3,4,5,6の研究に広く使用されてきました。これらのマウスではヒト由来の免疫系が発達しているにもかかわらず、ヒト異種移植片腫瘍は対照免疫不全マウスと比較して同様の速度で成長し、生着したPDXの微小環境を維持するために重要な癌細胞と免疫細胞の間の複雑な相互作用を可能にします3,7,8.このプロトコルは、PDXおよびCDXを使用したHIS-BRGSマウスで治療をテストする50を超える研究を実施するために使用されています。重要な結論は、HISマウスのヒト腫瘍は、最初の患者サンプルおよび免疫浸潤特性に対する腫瘍の分子評価によって定義される独自のTMEを維持することである32223。私たちのグループは、マルチパラメータフローサイトメトリーを使用して、免疫器官と腫瘍の両方におけるHISの詳細な評価に焦点を当てています。本明細書では、BRGSマウスのヒト化、キメラの評価、ヒト腫瘍の移植、腫瘍増殖測定、癌治療投与、およびフローサイトメトリーによるHIS細胞の解析のためのプロトコールを記載する。

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プロトコル

すべての動物作業は、コロラド大学デンバー校の施設動物管理および使用委員会(IACUCプロトコル#00593および#00021)によって承認された動物プロトコルの下で実施されました。すべての動物作業は、コロラド大学デンバーアンシュッツメディカルキャンパスにある米国実験動物管理協会の認定施設である実験動物資源局(OLAR)に従って実施されました。すべてのヒト臍帯血サンプルは、匿名化されたドナーからの寄付として取得されたため、人間の研究倫理委員会による承認の対象にはなりません。

メモ: プロトコルに記載されているすべてのメディアとソリューションの構成は、 補足ファイル1に含まれています。 図1 は、HIS-BRGSマウスにおける腫瘍に対する免疫応答の生成および解析のための全体的なプロトコルを示す。

1. HISマウスの作製

  1. BALB/c -Rag2ヌルIl2RγCヌルSirpαNOD(BRGS)マウスのマウス飼育
    注:この株は非常に免疫不全であり、T、B、またはNK細胞はありません。したがって、日和見感染を防ぐために厳格な対策を講じる必要があります。トリメトプリムとスルファジアジンを含む食事でコロニーを通常の食事と交互に2週間のスケジュールで維持します。.可能な限り最高レベルの予防用住宅室(たとえば、アクセスが制限されたバリアシャワーイン施設)で維持します。
    1. BALB/c -Rag2ヌルIl2RγCヌルシルプαNOD(BRGS)およびBALB/c Rag2ヌルIl2RγCヌルシルバルブ/c(BRG)ホモ接合マウスのコロニーをブリーダーとして維持する。
    2. BRGS N / N×BRG B / Bを繁殖させて、BRGSB / N子犬を生成し、ヒト幹細胞のレシピエントとして使用します。このコロニーでは、BRGSB / NはBRGS N/ Nよりも健康であり、同等のレベル(BRG以上)で生着します。
  2. 臍帯CBからのCD34+ヒト幹細胞単離
    注:この手順には抗生物質は使用されていません。したがって、優れた滅菌技術が不可欠です。
    1. 50 mLのコニカルチューブラック、および3x 15 mLおよび~10x 50 mLのコニカルチューブを滅菌済みバイオセーフティキャビネット(BSC)に入れます。採血バッグに70%エタノールをスプレーし、BSCで乾燥させます。
    2. CB密度勾配分離に必要な50 mLコニカルチューブの数= CB容量/15を計算し、切り上げて偶数のチューブ数にします。チューブあたりの血液量= CB量/チューブ数を計算します。CBバッグから各円錐管に注意深く血液を注ぎます。これはチューブあたり最大15mLです。自動ピペッターと25 mLの血清学的ピペットを使用して、上下にピペッティングすることにより、血液を滅菌PBSと1:1で混合します。
    3. 低速の自動ピペッターと10 mLの血清学的ピペットを使用して、界面を乱すことなく、室温(RT)1.077 g/mL密度勾配溶液( 材料表を参照)で血液をゆっくりと下敷きにします。ピペットチップがチューブの底に触れないようにしてください。すべてのチューブについて繰り返します。次に、RTでブレーキをかけずに850 x gで30分間遠心分離し、密度勾配を確実に維持します。
    4. 1.077 g/mLの密度勾配の上にあるセルラーバフィーコートを、曇った白い層として視覚化します。25 mLの血清学的ピペットと自動ピペッターを使用して、バフィーコートの約10 mL上の血漿層を取り除き、廃棄します。
    5. 滅菌トランスファーまたは血清学的ピペットでバフィーコートを収集します。へらのようにピペットを使用して、球を放して(またはゆっくりとピペッティングして)細胞を引き上げながら、円錐形のチューブの側面から細胞をこすり落とします。2本の50 mLコニカルチューブのバフィーコートを1本の新しい50 mLコニカルチューブに組み合わせます。










  1. figure-protocol-1












    1. figure-protocol-2

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結果

脇腹腫瘍プロトコルと実験タイムライン(図1)に従って、標的チロシンキナーゼ阻害剤(TKI)療法とニボルマブ併用療法に対する腫瘍増殖と免疫応答を、2つの異なるヒト結腸直腸癌(CRC)PDXで研究しました。TKI薬は、腫瘍増殖を評価するために免疫不全宿主で研究されているのは29だけです。このモデルは、TKI単独、そしてさらに重要なことに、抗PD-1との併用による免疫応答の変化の研究を可能にした。この研究は、HIS-BRGSマウスを使用した評価の成功と技術的に欠陥のある実験を表す2つの異なる実験で、組み合わせ治療されたコホートに焦点を当てました。PDX CRC307Pの場合、併用処理は、経時的な腫瘍増殖量、採取時の腫瘍重量、およびSGRによって決定されるように、腫瘍の成長を遅らせた(図2AC)。一方、HIS−BRGSマウスの異なるコホートで試験した同じ患者由来の転移性腫瘍から発生したPDXであるPDX CRC...

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ディスカッション

過去6年間、免疫学とヒト化マウスの両方の専門知識を使用して、私たちの研究チームは、さまざまなヒト腫瘍の免疫療法をテストするために非常に必要な前臨床モデルを開発しました373031このプロトコルは、免疫療法中心のヒトT細胞集団に特に注意を払いながら、モデルの変動性を考慮することを強調しています。このプロトコルでは、HISマウスの世代、ならびにそれらのリンパ器官および腫瘍の両方の免疫分析が記載されている。従来の補償ベースのサイトメーターおよびスペクトルサイトメーター用に開発されたフローサイトメトリープロトコルも含まれています。大きな腫瘍サンプルおよび末梢の免疫系の変化を調べる能力は、この前臨床モデルにとって大きな利点を表しています。このシステムの追加の利点は、同じ固有のヒト腫瘍を有する複数のマウスを別々のコホートに割り当て、免疫療法薬の異なる組み合わせで治療することができ、本質的...

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謝辞

マウスの世話をしてくれた動物研究施設(OLAR)と、がんセンター支援助成金(P30CA046934)が支援するフローサイトメトリー共有リソースの両方に、私たちのすべての仕事に多大な支援をしてくださったことに感謝します。また、ゲイル・エックハルトとアンナ・カパソの両氏が、HIS-BRGSモデルでヒトPDXに対する免疫療法を研究する最初の共同研究を行ったことに感謝しています。この研究は、米国国立衛生研究所のP30CA06934がんセンター支援助成金によって、PHISM(前臨床ヒト免疫系マウスモデル)共有リソースRRID:SCR_021990およびフローサイトメトリー共有リソース(RRID:SCR_022035)を使用して部分的にサポートされました。この研究の一部は、契約番号75N93020C00058の下で国立衛生研究所のNIAIDによってサポートされました。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
1 mLシリンジ(針付きMcKesson 1031815
15 mL チューブGrenier Bio-One188271
2-mercaptoethanolSigmaM6250
50 mL チューブGrenier Bio-One227261
AutoMACS Pro SeparatorMiltenyi130-092-545
BD Golgi Stop Protein Transport Inhibitor withモネンシンBD バイオサイエンスBDB563792
BSAフィッシャー サイエンティフィックBP1600100
セル スティム カクテルライフ テクノロジー509305
チル 15 ラックミルテニー130-092-952
コットン プラグ グラス ピペットフィッシャー サイエンティフィック13-678-8B
カルトレックス ベースメント メンブレン エキスR&;Dシステム363200502
Cytek AuroraCytek
DNaseSigma9003-98-9
eBioscience FoxP3/Transcription Factor Staining Buffer SetInvitrogen00-5523-00
Embryonic Stemcell FCSGibco10439001
Eppendorf Tubes; 1.5 mLGrenier Bio-One616201
ExcelMicrosoft
FBSBenchmark100-106 500mL
Ficoll HypaqueGE Healthcare45001752
FlowJo SoftwareBD Biosciences
Forceps - fineRoboz Surgical RS5045
鉗子ノーマル デュモンRS4919
ホルムアルデヒドフィッシャーF75P1GAL
曇りガラス スライドコーニング1255310
ジェントルマックス C-チューブミルテニー   130-096-334
GentleMACS DissociatorMiltenyi130-093-235
ガラスピペットDWK Life Sciences63A53
GlutamaxGibco11140050
HBSS w/ Ca &MgSigma55037C
HEPESコーニングMT25060CI
IgG 標準SigmaI2511
IgM 標準Sigma401108
IMDMGibco12440053
Liberase DLRoche5466202001
LIVE/DEAD Fixable BlueThermoL23105
MDA-MB-231ATCCHTB-26
MEMGibco1140050
マウス 抗ヒト IgG-APサザン バイオテックJDC-10
マウス 抗ヒト IgG-unabeledサザン バイオテックH2
マウス 反ヒト IgM-APサザン バイオテックUHB
マウス 抗ヒト IgM-非標識サザンバイオテクノロジーSA-DA4
MultiRad 350精密 X 線
PBSコーニング45000-446
ペン 連鎖球菌Gibco15140122
ペトリ皿フィッシャー サイエンティフィFB0875713A
p-ニトロフェニル基板サーモ34045
PRISMグラフパッド
レック フー FLT3LR&Dシステムズ308-FK-005 / CF
レックHuIL6R&Dシステムズ206-IL-010 / CF
レックHu SCFのR&Dシステム255SC010
RPMI 1640コーニング45000-39
サポニンシグマ8047-15-2
はさみマッケソン862945
血清ピペット 25 mLフィッシャーサイエンティフィック1367811
滅菌フィルターナルゲン567-0020
滅菌分子水Sigma7732-18-5
Yeti Cell AnalyzerBio-Rad12004279
Zombie Greenバイオレジェンド423112
) ズ ック

参考文献

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Formal Correction: Erratum: Testing Cancer Immunotherapeutics in a Humanized Mouse Model Bearing Human Tumors
Posted by JoVE Editors on 5/25/2023. Citeable Link.

An erratum was issued for: Testing Cancer Immunotherapeutics in a Humanized Mouse Model Bearing Human Tumors. The Authors section was updated from:

Jordi M. Lanis1
Matthew S. Lewis1
Hannah Strassburger1
Stacey M. Bagby2
Adrian T. A. Dominguez2
Juan A. Marín-Jiménez3
Roberta Pelanda1
Todd M. Pitts2
Julie Lang1
1Department of Immunology and Microbiology, School of Medicine, University of Colorado Denver Anschutz Medical Campus
2Division of Oncology, School of Medicine, University of Colorado Denver Anschutz Medical Campus
3Department of Medical Oncology, Catalan Institute of Oncology (ICO-L’Hospitalet)

to:

Jordi M. Lanis1
Matthew S. Lewis1
Hannah Strassburger1
Kristina Larsen1
Stacey M. Bagby2
Adrian T. A. Dominguez2
Juan A. Marín-Jiménez3
Roberta Pelanda1
Todd M. Pitts2
Julie Lang1
1Department of Immunology and Microbiology, School of Medicine, University of Colorado Denver Anschutz Medical Campus
2Division of Oncology, School of Medicine, University of Colorado Denver Anschutz Medical Campus
3Department of Medical Oncology, Catalan Institute of Oncology (ICO-L’Hospitalet)

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