ジメチルベンズを用いた化学的誘発性皮膚発癌モデル[a]アントラセンと12-O-テトラデカノイル・ホルボル-13-酢酸(DMBA-TPA)
2019年12月19日
二段皮膚発癌は、局所的に適用される2つの化学物質によって誘発される。変異原7,12-ジメチルベンズ[a]アントラセン)は、表皮細胞の突然変異を引き起こし、一般的な増殖刺激剤12-O-テトラデカノイルホルボル-13-酢酸の連続的な適用は、皮膚乳頭腫形成を促進する。
この2段階の皮膚癌モデルは、皮膚癌における炎症の役割の研究を可能にし、腫瘍の進行とは別のプロセスとして腫瘍開始を研究することを可能にする。このモデルの腫瘍形成は化学的に誘導され、ノックアウト株を使用して環境因子または治療候補の効果を研究することを可能にする。このモデルは、がんにおける免疫系と血管新生の役割を研究するのに適しています。
これは、ヒト患者における扁平上皮癌と同様の疾患病態を示す。この方法は比較的行いやすいですが、正確なタイミングが不可欠です。発がん性物質であるDMBAを取り扱う際には、適切な安全対策を講じることも重要です。
実験を開始する前に、戦いと皮膚病変を避けるために、別々のケージに任意の積極的な7〜9週のマウスを収容します。皮膚乳頭腫誘導の場合は、まず実験動物の背中の皮膚を剃り、マウスを個別に計量する。シェービングの48時間後、ピペットを使用して、各麻酔マウスの剃った領域に200マイクロリットルのDMBAを50マイクログラム塗布します。
皮膚乳頭腫の促進のために、DMBAの適用の7日後に、実験の終わりまで週に2回200マイクロリットルのアセトンで5マイクログラムのTPAで皮膚を治療する。乳頭腫の動物を調べ、毎週地図上の個々の乳頭腫の大きさを写真に記録します。直径1ミリメートルを超える触知可能な質量は、1週間以上残っている場合は乳頭腫と見なされます。
腫瘍応答が高原に達すると、最後のTPAの適用の24時間後に動物から適切なサンプル材料を収穫し、免疫組織化学分析のために皮膚の完全な厚さの部分を採取する。生検パンチを使用して、乳頭腫および非乳頭腫の皮膚サンプルから遺伝子発現およびタンパク質アニールスを採取し、メスを使用して乳頭腫および非乳頭腫皮膚から断片を収集して免疫学的分析を行います。次に、皮膚のリンパ節を排出し、必要に応じてフローサイトメトリック分析のために脾臓の一部を収集します。
乳頭腫の遊離時間と実験群間の乳頭腫の数の統計的に有意な差は、典型的にはDMBA TPA腫瘍モデルにおいて観察される。組織学的分析は、乳頭腫の構造、皮膚の形態、または目的の免疫細胞の浸潤を研究するのに適しています。皮膚にDMBAとTPAを均等に塗布し、一定の間隔でTPAを適用することが不可欠です。
また、定期的に乳頭腫を数える事が重要です。腫瘍形成の数と時間に影響を与えるメカニズムは、免疫組織化学、フローサイトメトリー、定量PCR、タンパク質分析など、さまざまな方法を用いて研究することができます。この従来の技術は、腫瘍の開始および進行に対する異なる遺伝子、環境因子、または目的の治療薬の効果を研究するために容易に適応し、適用することができる。
DMBAは発がん性があり、アセトンはすぐに蒸発するので、この技術を行う際には注意が必要です。適当な呼吸マスクとフローキャビネットの使用をお勧めします。
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概要
本研究では、皮膚癌における炎症の役割を調査することが可能な、2段階皮膚発癌モデルを提示します。このモデルでは、変異原と増殖刺激剤を用いて腫瘍形成を誘導し、腫瘍の発生と進行に関する知見を提供します。
研究の主要構成要素
科学分野
- 腫瘍学
- 発がん
- 炎症
背景
- 2段階皮膚発がん法では、変異原と増殖促進剤が用いられます。
- このモデルは、有棘細胞癌の研究に適しています。
- 実験系において、正確なタイミングと安全対策が極めて重要です。
- 環境要因や治療要因を探索するために、ノックアウト株を利用できます。
研究目的
- 腫瘍の発生および進展のメカニズムを調査すること。
- 皮膚癌における免疫系の役割を評価すること。
- 化学的に誘発された腫瘍における血管新生を評価すること。
使用した手法
- 7,12-ジメチルベンズ[a]アントラセン (DMBA) の局所投与。
- 12-O-テトラデカノイルホルボール-13-アセテート (TPA) の継続的な投与。
- 環境要因の研究におけるノックアウト株の使用。
- 腫瘍の形成および進行の経時的なモニタリング。
主な結果
- このモデルは、ヒトの扁平上皮癌の病理学的特徴を適切に模倣している。
- 炎症は腫瘍の形成において重要な役割を果たす。
- 結果の再現性を確保するためには、正確なタイミングが不可欠である。
- 発がん性物質を取り扱う際は、安全プロトコルの遵守が必要である。
結論
- 2段階モデルは、皮膚がんのメカニズムを研究する上で有効です。
- このモデルは、治療候補薬を試験するためのプラットフォームを提供します。
- さらなる研究により、がん生物学への理解を深めることができます。
よくある質問
業界における重要性
DMBA-TPA二段階皮膚発がんモデルは、前臨床腫瘍学研究において、腫瘍の発生と進展を詳細に解析するための信頼性の高いプラットフォームを提供します。その再現性と定量的な解析結果により、炎症経路および免疫介在性の腫瘍促進に関するメカニズム的なリスク低減が可能となります。これにより、皮膚科領域および免疫腫瘍学プログラムにおける初期探索段階でのデータに基づいた意思決定（go/no-go決定）や、ポートフォリオの優先順位付けが可能になります。
バイオファーマR&Dにおける戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 科学的価値： 時間的に分離した化学的刺激を用いることで、腫瘍の発生と進行の検証を可能にする。
- 科学的価値： ノックアウト系統の解析を通じて、炎症誘発性発がんにおける標的の機能的妥当性を裏付ける。
- 科学的価値： 腫瘍形成に対する免疫細胞の浸潤および血管新生の寄与を分離することで、メカニズムのリスク低減を促進する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 運用の価値： 化合物スクリーニングのための、標準化され定量可能な乳頭腫数および成長指標を算出します。
- 運用の価値： アッセイの標準化に適した、再現性のある腫瘍発生までの期間（time-to-tumor）および多発性（multiplicity）のリードアウトを提供します。
- 運用の価値： 開始段階または促進段階に影響を与える治療候補物質の、スケーラブルな評価を支援します。
トランスレーショナル・前臨床研究
- トランスレーショナルバリュー：ヒト扁平上皮癌の病理をモデル化しており、皮膚腫瘍学的な適応への関連性を可能にする。
- トランスレーショナルバリュー：炎症メカニズムと腫瘍進展を関連付け、バイオマーカーに基づいた前臨床検証を支援する。
- トランスレーショナルバリュー：生理学的に関連のあるコンテキストにおいて、免疫調節剤および抗血管新生剤を試験するためのプラットフォームを提供する。
パイプラインおよびワークフローの統合
このモデルは、ターゲット検証から前臨床有効性試験に至るディスカバリー・コンティニュアムに適合し、特に免疫腫瘍学および炎症経路の調節において有用です。
- 探索生物学：誘導性または恒常的なノックアウトモデルを用いて、発がんにおける遺伝子と環境の相互作用に関する仮説検証を可能にします。
- スクリーニング：乳頭腫の潜伏期間や負荷などの定量的エンドポイントを提供し、用量反応関係の確認やリード最適化に活用します。
- 分析：組織病理学的、フローサイトメトリー的、および分子的なリードアウトを生成し、表現型の結果とメカニズムを相関させます。
- トランスレーショナルリサーチ：炎症および血管新生という共通の軸を介して、メカニズムの発見から前臨床検証までの連続性をサポートします。
- 企業内での再利用：皮膚がんや上皮がんにおける適応症横断的なスクリーニングのための、再利用可能な炎症性発がんプラットフォームを構築します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：腫瘍発生における開始段階と促進段階を分離することで、メカニズム上の曖昧さを軽減する。
- 運用的価値：化学物質の投与量、タイミング、および安全管理された適用を標準化することで、再現性を確保する。
- 戦略的価値：炎症駆動型腫瘍モデルにおいて標的の早期リスク低減を可能にし、資本効率を向上させる。
- ポートフォリオへの影響：無腫瘍生存率および進行指標に基づいた、リスク調整後の進展判断に情報を供する。
実施上の考慮事項
- 発がん性物質の取り扱いおよび齧歯類モデルへの局所投与に関する専門知識が必要である。
- DMBAの揮発性と発がん性があるため、換気設備および個人用保護具（PPE）のインフラに依存する。
- 闘争や皮膚病変による混絡要因を防ぐため、標準化された動物飼育管理が必要である。
- 信頼性の高いエンドポイントを得るために、一貫した腫瘍測定および経時的な追跡に関するトレーニングが必要である。
- 皮膚またはアクセス可能な上皮表面に限定されるため、局所投与または粘膜投与の研究にのみ使用が制限される。
