マウス生物発光肝腫瘤モデル
2010年7月17日
この記事では、マウスで同所生物発光性肝腫瘍の誘発、およびライブ全身の発光イメージングを使用して肝臓に限局する腫瘍の成長のその後の分析のための手順を説明します。
皆さん、こんにちは。私はサイモン・レゲンロンです。アイルランドの癌研究センターで外科レジストラを務めています。
本日は、肝転移を誘発する外科的手法について説明します。腫瘍モデルにおいて、肝臓は転移が起こりやすい部位であり、癌に関連する死亡の主要な原因となっています。進行した肝疾患を持つ患者の中で、外科的切除に適している方はごくわずかです。
したがって、この疾患の治療には新しい治療薬が必要です。肝転移の動物モデルの多くは、臨床状況に類似した疾患を再現できていません。本日ご紹介するモデルは臨床的に意義のあるモデルであり、習得が比較的容易で、非常に高い成功率が得られます。
このモデルでは、脾臓を2つの半脾臓に分割します。一方の半脾臓に腫瘍細胞を接種します。これらの腫瘍細胞は門脈循環を経由して肝臓へと移動します。
もう一方の半脾臓は、免疫学的特性を維持するため、そのままの状態にしておきます。使用している細胞株はルシフェラーゼを安定的に発現しているため、生体内で腫瘍増殖のバイオルミネッセンス解析が可能です。したがって、このモデルを用いることで、肝疾患治療法の非侵襲的なモニタリングが可能となります。
それでは、本日の手順を開始しましょう。必要な器具は、解剖用鋏、持針器、小型鉗子2本、10番メス、皮膚閉鎖用の5-0 Prolene縫合糸、腹膜層閉鎖用の4-0 PDS縫合糸、脾臓結紮用の3-0 Vicrylタイ、生理食塩水、麻酔薬注入用の29Gインスリン針、腫瘍細胞懸濁液注入用の26Gインスリン針、無血清培地中の腫瘍細胞懸濁液、注射用麻酔薬、皮膚マーカー、および滅菌済みガーゼ綿です。本日使用するマウスモデルは、Athymic MF1ヌードマウスです。
適切な腫瘍細胞株を用いて、C 57やBCなどの他のモデルを使用することも可能です。実験室では、加熱パッドと注射による全身麻酔剤が使用されます。麻酔の深さは、足指へのピンチテスト（toe pinch）を用いて評価します。
足指を挟んだ際に、足指の逃避反射が見られないことを確認します。マウス（Knee size）を適切に配置して固定し、腹部をベタジンで消毒後、滅菌的にドレーピングします。肋下切開を行い、腹腔内に進入し、脾臓を同定して体外に露出させます。
あらかじめカットした滅菌ガーゼを用いて、マウスから脾臓を分離します。2本の血管茎の間に2本の垂直な結紮糸を通し、緩やかに結びます。脾臓を等分に2つの半脾臓に分割します。
腫瘍細胞の接種には、片側の脾臓（hemi spleen）を使用します。漏出を防ぐため、腫瘍細胞を脾臓へゆっくりと注入します。腫瘍細胞は門脈循環を通じて移動し、肝臓に到達します。
10分間のインキュベーション後、注入した側の脾臓半分を摘出し、もう一方の脾臓半分を腹腔内に戻します。腹腔の閉鎖には吸収性縫合糸を用いて連続縫合を行い、皮膚の閉鎖には非吸収性の5-0プロリン縫合糸を使用します。回復はルーチンに従って行います。
2D ivusイメージングを用いることで、肝疾患の発症を経時的に評価できます。マウスを前述と同様に麻酔し、ルシフェリン基質を腹腔内に投与します。その後、マウスを37°Cのチャンバー内にあるステージ上に配置します。
イメージングを3分間行い、発光が検出されたマウスの重ね合わせ画像を生成します。治療の3週間後、腹部を開いて広範な肝疾患が認められます。結論として、本手法により肝臓に局在した転移性腫瘍細胞の増殖を誘導することができ、さらに発光イメージングによって腫瘍増殖の可視化と定量化、および治療反応の評価への適用が可能となります。
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概要
本記事では、マウスにおいて正位的な生物発光肝腫瘍を誘導するための外科的手法について解説します。この処置により、生体全身発光イメージングを用いて、肝臓に限定された腫瘍増殖の解析が可能になります。
研究の主要構成要素
科学分野
- 腫瘍学
- 神経科学
- 外科的手法
背景
- 肝臓は癌の転移が頻繁に起こる部位である。
- 進行した肝疾患は、外科的切除の選択肢を制限する。
- 肝転移を理解することは、患者の予後を改善するために極めて重要である。
- ライブイメージング技術は、腫瘍ダイナミクスの研究を促進させる。
研究の目的
- マウスモデルにおいて肝腫瘍を誘導する方法を実証すること。
- 腫瘍の成長および挙動の研究を促進すること。
- 将来のがん研究のためのプラットフォームを提供すること。
使用した手法
- マウスにおける生物発光肝腫瘍の誘導。
- 腫瘍解析のための生体全身ルミネッセンスイメージング。
- 腫瘍誘導のための外科的手技。
- 経時的な腫瘍成長のモニタリング。
主要な結果
- マウスモデルにおける肝腫瘍の誘導成功。
- イメージング技術を用いた腫瘍増殖の効果的なモニタリング。
- 肝転移の進展に関する知見。
- 治療的介入への潜在的な応用。
結論
- この外科的手法は、肝腫瘍の研究において信頼性の高いモデルを提供します。
- ライブイメージングは、腫瘍のダイナミクスをモニタリングするための有用なツールです。
- 今後の研究では、このモデルを基盤として治療法の探索を行うことが可能です。
よくある質問
業界における重要性
本モデルにより、バイオ医薬品の研究開発チームはルシフェラーゼ発現腫瘍細胞を用いた肝転移の正位移植モデルを構築でき、治療介入を評価するための臨床的に適切なシステムを利用することが可能になります。生物発光イメージングを用いることで、腫瘍負荷の非侵襲的な経時的モニタリングが可能となり、メカニズムのリスク低減とリード化合物の同定における予測信頼性が向上します。外科的手法により門脈循環を介した再現性のある腫瘍生着が保証され、肝転移治療薬の標準化された前臨床評価が促進されます。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期探索およびターゲット検証
- 科学的価値： 肝臓特異的な微小環境における転移性腫瘍細胞の生存および増殖メカニズムの解析を可能にする。
- 実用的価値： 研究コホート全体で一貫した腫瘍誘導を可能にする、再現性の高い外科的モデルを提供する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値：生存している腫瘍細胞量と相関する定量可能な生物発光信号を生成し、用量反応評価を可能にする。
- 運用的価値：IVISを用いた標準化されたイメージングプロトコルをサポートし、長期的な治療有効性スクリーニングを実現する。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 科学的価値： ヒトの疾患に関連した肝転移の進行をモデル化し、腫瘍微小環境の相互作用の評価を可能にする。
- 運用的価値： 生物発光信号の減少を通じて、治療誘発性の腫瘍壊死を早期に検出でき、試験継続の可否（go/no-go decision）の判断に寄与する。
パイプラインおよびワークフローの統合
このモデルは、ターゲットのバリデーションから前臨床段階の有効性試験に至るまでの創薬コンティニュアムに組み込まれており、肝転移治療薬の開発を支援します。
- 探索生物学：ルシフェラーゼ標識腫瘍細胞を用いた肝臓正位移植モデルにより、転移メカニズムの仮説検証をサポートします。
- スクリーニング：標準化されたバイオルミネッセンス読み取りが可能なアッセイ対応腫瘍モデルを実現し、化合物ライブラリーの評価を可能にします。
- 分析：IVISイメージングによる腫瘍増殖の定量的測定を提供し、治療群間の統計的比較を容易にします。
- トランスレーショナルリサーチ：臨床的に関連のある肝転移表現型を通じて、探索的な知見を前臨床検証へと結びつけます。
- エンタープライズ再利用：肝転移を標的とする複数の腫瘍学プログラムで再利用可能な、外科的手技およびイメージングプラットフォームを確立します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 腫瘍の増殖と治療反応の直接的な可視化により、肝転移仮説のメカニズム的なリスク軽減を行う。
- 運用的価値： 標準化された手術手順とイメージングワークフローにより、施設間および研究間での再現性を確保する。
- 戦略的価値： 腫瘍負荷に対する治療効果を定量化することで、データに基づいた早期のgo/no-go判断を可能にする。
- ポートフォリオへの影響： 予測的な生物発光エンドポイントに基づき、肝転移候補薬のリスク調整済み優先順位付けを支援する。
実施上の検討事項
- 脾臓の遊離および半脾臓切除を含む、マウスの手術手技に関する専門知識が必要です。
- 生物発光検出のため、IVISイメージング設備およびルシフェラーゼ基質の投与に依存します。
- 実験群間での腫瘍細胞の接種量およびインキュベーション時間の標準化が必要です。
- モデルの完全性を維持し、ばらつきを抑えるために、無菌的な手術操作が求められます。
- ヒト腫瘍細胞の生着には免疫不全マウスモデル（例：サイナミックヌードマウス）に限定されるため、免疫関連の治療評価に影響を与える可能性があります。
