신경섬유종증 1형(NF1)은 성장을 위해 특정 신경 미세 환경이 필요한 양성 말초 신경초 종양(신경섬유종)을 유발합니다. NSG 마우스에 인간 슈완 세포의 신경내 주사를 사용하여 최적화된 동소 이종이식 모델이 개발되었습니다. 이 모델은 인간 신경섬유종을 요약하고 치료 전략을 평가할 수 있는 귀중한 플랫폼을 제공합니다.
방법 논문
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신경섬유종증 1형(NF1)은 성장을 위해 특정 신경 미세 환경이 필요한 양성 말초 신경초 종양(신경섬유종)을 유발합니다. NSG 마우스에 인간 슈완 세포의 신경내 주사를 사용하여 최적화된 동소 이종이식 모델이 개발되었습니다. 이 모델은 인간 신경섬유종을 요약하고 치료 전략을 평가할 수 있는 귀중한 플랫폼을 제공합니다.
신경섬유종증 1형(NF1)은 NF1 유전자의 병원성 변이로 인해 발생하는 유전 질환으로, 신경섬유소민 기능의 상실과 신경섬유종으로 알려진 양성 말초 신경초 종양의 발생을 초래합니다. 유전자 조작 마우스 모델(GEMM)은 NF1 병태생리학에 대한 이해를 발전시켰지만 환자 유래 신경섬유종의 자발적인 종양 형성 및 미세 환경 복잡성을 복제하지 못하는 경우가 많습니다. 양성 신경섬유종을 모델링할 때 주요 과제는 기존의 이종이식 접근법이 요약하지 않는 신경 미세 환경에 대한 의존성입니다. 여기에서 NF1 관련 신경섬유종에 대해 최적화된 동소 이종이식 모델이 개발되었습니다. 불멸화된 신경섬유종 유래 인간 슈완 세포를 NSG 면역결핍 마우스의 좌골 신경에 신경내 주사하는 이 모델은 신경 의존성 성장 및 종양 미세 환경 상호 작용을 포함하여 인간 신경섬유종 생물학의 주요 특징을 요약합니다. 이 프로토콜은 생물발광 이미징 을 통해 종양 진행을 동적으로 실시간으로 모니터링할 수 있게 하여 신경섬유종 성장을 평가하기 위한 재현 가능하고 정량적인 방법을 제공합니다. GEMM과 달리 이 모델은 종양 개시를 제어하고 전임상 치료 전략을 정확하게 평가할 수 있습니다. 또한 GEMM과 환자 유래 이종이식 모델 사이의 가교 역할을 하여 신경섬유종 연구의 중개 관련성을 향상시킵니다. 종양-신경 상호작용을 연구하기 위한 생리학적으로 관련된 설정을 제공함으로써 이 모델은 신경섬유종 생물학을 조사하고 잠재적인 치료 개입을 평가하기 위한 귀중한 플랫폼을 제공합니다. 면역 구성 요소의 통합이나 고급 이미징 기술을 포함한 향후 개선을 통해 NF1 연구에 대한 적용이 더욱 향상될 수 있습니다.
신경섬유종증 1형(NF1)은 NF1 유전자의 병원성 변이로 인해 발생하는 유전 질환으로, RAS-미토겐 활성화 단백질 키나아제(MAPK) 신호 전달 경로1을 하향 조절하는 주요 종양 억제인자인 뉴로피브로민의 기능 상실을 초래합니다. NF1은 주로 신경능선 유래 조직에 영향을 미치는 신경계, 피부 및 골격계와 관련된 주요 임상 증상을 보이는 종양 소인 증후군2입니다. NF1의 특징은 신경섬유종으로 알려진 양성 말초 신경 종양의 발생입니다. 이 종양은 주로 NF1+/- 섬유아세포, 신경주위 세포, 면역 세포 및 세포외 기질 성분을 포함한 다른 간질 요소와 함께 이중대립유전자 NF1 불활성화(NF1-/-)3를 포함하는 슈완 세포로 구성됩니다4.
동물 모델은 신경섬유종의 병태생리학을 이해하고 치료 전략을 테스트하는 데 필수적입니다. Nf1 녹아웃(KO) 돌연변이(Nf1-/-)에 대한 동형접합 마우스는 자궁 내에서 사망했습니다. Nf1+/- 마우스는인간 5와 마찬가지로 생존 가능하고 가임력이 있으며 암에 걸리기 쉽습니다. 그러나 이 동물들은 인간 NF1 질환의 특징적인 특징을 개발하지 않습니다: Nf1+/- 마우스는 색소 침착 이상이나 신경섬유종을 나타내지 않았습니다. 조건부 KO 접근 방식을 통해 일부 증상을 독립적으로 모델링하기 위해 지난 10년 동안 다양한 유전자 조작 마우스 모델(GEMM)이 확립되었습니다. 일부 GEMM은 슈완 세포 전구체에서 Nf1을 조건부로 비활성화하여 신경섬유종 형성을 유도하기 위해 개발되었습니다 6,7,8.
이러한 GEMM은 NF19에 대한 우리의 이해를 크게 발전시켰지만, 표현형의 복잡성과 이질성은 치료 분석을 위한 대체 및 보완적인 마우스 모델이 필요합니다. 동소 이종이식편은 인간 세포를 고유의 해부학적 틈새에 직접 이식할 수 있도록 하여 생리학적으로 보다 관련성이 높은 모델을 제공함으로써 귀중한 대안을 제공합니다. 그러나 대부분의 이종이식 기반 연구는 악성 말초 신경초 종양(MPNST)10에 초점을 맞추었는데, 이는 아마도 신경섬유종이 이소성으로 이식되지 않아 양성 종양을 모델링하는 데 공백을 남겼기 때문일 것입니다.
이 연구는 NOD SCID 감마(NSG) 면역결핍 마우스의 좌골 신경에 불멸화된 신경섬유종 유래 인간 슈완 세포(hTERT NF1 ipNF04.4 CVCL_UI78 세포주)의 신경내 주사를 기반으로 하는 새로운 동소 NF1 신경섬유종 모델을 설명합니다. 이 접근법은 천연 신경 미세 환경을 최대한 활용하여 양성 종양 형성을 허용하는 동시에 생물 발광 이미징(BLI)을 통한 동적 모니터링을 허용합니다.
이 프로토콜의 목표는 (1) NF1에 대한 재현 가능한 동소 신경섬유종 모델을 확립하고, (2) 종양-신경 상호작용을 연구하고 새로운 치료법을 평가하기 위한 강력한 전임상 플랫폼을 제공하고, (3) GEMM11,12와 환자 유래 이종이식편(PDX)13 사이의 격차를 해소합니다. 이 모델은 형질전환 마우스 계통을 생성할 필요 없이 일반적으로 주사 후 5일 이내에 신속하고 비용 효율적인 종양 개발을 가능하게 하여 이종이식편의 접근성과 동소 배치의 해부학적 관련성을 결합합니다.
이 신경섬유종 동소 세포주 유래 종양 이종이식편(CDX) 마우스 모델은 대체 방법에 비해 몇 가지 이점을 제공합니다. 종양 형성을 촉진하기 위해 유전적 소인에 의존하는 GEMM과 달리 이 모델은 종양 시작 및 진행을 직접 제어할 수 있습니다.
악성 말초 신경초 종양(MPNST)10 의 동소 생착 프로토콜은 양성 신경섬유종 모델에 적용되었습니다. 이는 새로운 치료 표적을 식별하고 혁신적인 치료 전략을 테스트하는 데 잠재적인 응용을 통해 중개 NF1 연구에서 중요한 진전을 나타냅니다.
모든 절차는 국제 지침에 따라 Institut Curie CEEA-IC #118(국가 당국에서 부여한 승인 #50186)의 윤리 위원회에서 검토 및 승인되었으며 동물 연구에 대한 윤리 지침에 따라 훈련된 직원이 수행했습니다. NOD SCID 감마(NSG) 마우스(NOD. Cg-Prkdc Il2rg/SzJ)는 성공적인 인간 세포 생착을 가능하게 하는 심각한 면역결핍으로 인해 이 연구를 위해 선택되었습니다. 사용된 시약과 장비는 재료표에 나와 있습니다.
1. 동물 모델 및 세포주 준비
2. 동소 이종이식을 위한 수술 절차
3. 생착 및 종양 성장 모니터링을 위한 생물발광 이미징
4. 이미징 설정
5. 생착 성공 기준
위에서 설명한 절차를 사용하여 불멸화된 신경섬유종 유래 세포(ipNF04.4)를 가진 NSG 마우스에서 동소 좌골 신경 종양 모델을 성공적으로 확립했습니다. D-루시페린을 사용한 생물발광 이미징은 시간이 지남에 따라 기하급수적으로 성장하는 증거와 함께 5일째에 좌골 신경에서 종양의 명확한 국소화를 나타냈습니다. 주입된 마우스의 90%(37/41)에서 생착이 성공적이었습니다. 종양 진행은 5일, 12일, 19일, 26일, 30일 및 33일에 모니터링되었으며(그림 1A), 모니터링 기간 동안 비특이적 신호는 관찰되지 않았습니다. 마우스는 제도적 지침에 따라 33일째에 고통 또는 과도한 종양 부담의 첫 징후가 나타날 때 안락사시켰습니다. 해부 시 종양은 농양 형성의 징후 없이 좌골 신경 내에서 잘 발달되고 통합된 것으로 나타났습니다(그림 1B). 특히, 마우스는 마취에서 회복된 직후 정상적인 보행을 보였다.

그림 1: NSG 마우스에서 동소 좌골 신경 이종이식편의 생물발광 이미징 및 거시적 분석. (A) ipNF04.4 세포를 좌좌골 신경에 신경내로 주입한 2마리의 NSG 마우스의 종방향 생물발광 이미징(BLI). 주사 후 5일, 12일, 19일, 26일, 30일 및 33일에 이미지를 캡처하여 두 마리의 동일한 마우스에서 시간이 지남에 따라 진행되는 종양 성장을 보여줍니다. 생물발광 신호 강도의 증가는 신경 미세 환경 내에서 성공적인 생착 및 종양 확장을 반영합니다. (B) 이식 후 33일째에 좌골 신경의 거시적 보기, 농양 형성의 징후 없이 잘 발달되고 통합된 종양을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 종양 성장 및 초점 침범을 보여주는 이 마우스의 이식 부위의 현미경 사진. 헤마트톡실린과 에오신(H&E)으로 염색된 파라핀 포매 조직 절편. 세 마리의 마우스로부터 전형적인 종양의 예가 나와 있습니다. 스케일 바: 2000μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 1: 이종이식 실험 과정 동안 NSG 마우스(n=15)의 대표적인 체중 진화. 유의미한 체중 감소는 관찰되지 않았습니다. 이 그림을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
NSG 마우스에서 동소 신경섬유종 세포주 유래 이종이식편(CDX) 모델의 성공적인 확립은 기존 모델의 주요 한계를 해결하는 NF1 연구의 중요한 발전을 나타냅니다. 이 프로토콜은 인간 불멸화된 NF1 관련 슈완 세포(ipNF04.4)14,15,16이 면역결핍 마우스의 좌골 신경에 효율적으로 생착되어 생리학적으로 관련된 미세 환경 내에서 재현 가능한 종양 발생을 유도할 수 있음을 확인합니다. 슈완 세포주의 동소 이종이식편은 인간 슈완 세포주를 확립하는 원래 연구에서 언급되었으며, 14,15, 자세한 프로토콜이 여기에 제공된다.
이 프로토콜의 성공의 열쇠는 세포 구성 요소와 숙주 동물 모두에 대한 세심한 준비와 모니터링이었습니다. 시술 과정에서 마취를 세심하게 관리하여 마우스가 큰 스트레스 없이 적절한 마취 상태를 유지할 수 있도록 했습니다. 잠재적인 손상을 최소화하기 위해 좌골 신경은 클램프나 겸자로 늘리지 않았으며 조직에 기계적 스트레스가 가해지지 않도록 세심한 주의를 기울였습니다. 루시페라제 기반 BLI를 사용하면 종양 성장에 대한 비침습적이고 종단적인 모니터링이 가능하여 정량적이고 재현 가능한 데이터를 제공할 수 있습니다. 이 이미징 전략은 이식편 생존력을 확인했을 뿐만 아니라 종양 역학의 초기 편차를 식별할 수 있게 해주었습니다. 마우스에서 상당한 체중 감소(보충 그림 1), 운동 기능 장애 또는 기타 고통 징후가 없다는 것은 이 프로토콜이 동물 복지의 윤리적 원칙 및 3R(교체, 감소, 개선)과 호환된다는 점을 강조합니다.
조건부 Nf1 비활성화 6,7,9에 의존하는 GEMM과 비교할 때 이 접근 방식은 몇 가지 뚜렷한 이점을 제공합니다. GEMM은 특정 유전자 변형을 필요로 하지만 인간 신경섬유종에서 관찰되는 복잡한 종양-간질 상호작용을 완전히 복제하지 못할 수 있습니다 1,17. 이 모델을 사용하면 세포 외인성 인자를 보존하면서 천연 신경 틈새에서 인간 슈완 세포를 직접 연구할 수 있습니다4. 시간이 지남에 따라 종양이 예측할 수 없이 발생하는 GEMM과 달리 이종이식 모델은 종양 형성에 대한 정확한 시공간 제어를 허용합니다. 이 모델은 후보 치료법을 테스트하기 위한 신속하고 재현 가능한 플랫폼을 제공하며, BLI를 통해 종양 진행 및 치료 반응을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.
또한, 이러한 발견은 동소 이종이식이 종양 모델의 충실도를 향상시키는 것으로 나타난 MPNST에 대한 이전 연구와 일치합니다5. 그러나 양성 신경섬유종은 성장이 기존의 피하 이식 방법으로는 요약되지 못하는 특정 신경 상호 작용에 크게 의존하기 때문에 고유한 문제를 야기합니다6. 결과는 신경내 주사가 지속적인 신경섬유종 발달을 위한 최적의 환경을 제공한다는 것을 확인시켜 줍니다.
따라서 이 생체 내 모델은 전임상 치료 테스트를 위한 GEMM에 대한 관련 보완 대안으로 간주될 수 있습니다. 그러나 모델에는 제한 사항이 있습니다. 신경섬유종에서 유래한 인간 슈완 세포는 불멸화되었으며 조밀한 세포 증식과 함께 망상 신경섬유종보다 더 공격적인 것으로 간주될 수 있는 종양 표현형을 나타냅니다(그림 2). 동물에서 원격 전파의 증거는 관찰되지 않았으며 완전한 악성 변형은 입증되지 않았습니다. 세포 표현형이 생물학적 잠재력을 알 수 없는 비정형 신경섬유종성 신생물(ANNUBP)과 같은 비정형 신경섬유종을 연상시키는 "중간" 표현형에 해당할 수 있는지 여부를 보여주기 위해서는 추가 연구가 필요합니다18. 이 모델의 또 다른 중요한 한계는 면역결핍 마우스에 대한 의존성에 있습니다. NSG 마우스에서 적응 면역 체계의 부재는 면역-종양 상호 작용에 대한 연구를 제한하며, 이는 신경섬유종 생물학의 주요 기여자로 점점 더 인식되고 있습니다 7,19,20,21. 향후 개선에는 질병의 면역학적 측면을 더 잘 포착하기 위한 인간화 마우스 모델이나 대체 전략이 포함될 수 있습니다. 또한, 종양 모니터링을 위한 루시페라제 발현에 대한 의존도는 매우 효과적이지만 BLI 장비에 대한 접근이 부족한 실험 설정에 대한 이 프로토콜의 적용 가능성을 제한할 수 있습니다. BLI는 민감하고 비침습적인 방법이지만 조직병리학적 변화에 대한 직접적인 통찰력을 제공하지는 않습니다. MRI 또는 고급 조직학과 같은 보완 분석은 신경섬유종 진행의 특성화를 더욱 향상시킬 수 있습니다.
성공적인 종양 생착을 보장하기 위해 여러 절차 단계에서 최적화가 필요할 수 있습니다. 주입 실패는 바늘 위치가 부적절하거나 세포 현탁액이 과도하게 누출되어 발생할 수 있습니다. 이를 완화하려면 바늘을 좌골 신경과 평행하게 조심스럽게 삽입하고 주사 후 천천히 빼내야 합니다. 생물발광 신호의 가변성은 일관되지 않은 루시페린 투여 또는 이미징 중 정렬 불량으로 인해 발생할 수 있습니다. 루시페린 주사 후 시기(10분)를 표준화하고 모든 동물에서 동일한 이미징 설정을 유지하는 것이 좋습니다. 종양 성장의 변동성이 여전히 높으면 주사 전에 세포 생존력을 확인하고 취급 중 동물의 스트레스를 최소화하십시오.
결론적으로, 이 연구는 새롭고 재현 가능한 동소 신경섬유종 이종이식 모델을 확립하여 NF1 관련 양성 종양을 연구하기 위한 효과적인 전임상 플랫폼을 제공합니다. 자연 신경 미세 환경에서 인간 슈완 세포를 활용함으로써 이 모델은 인간 신경섬유종 생물학을 밀접하게 모방하는 동시에 실시간 종양 모니터링 및 통제된 치료 개입을 가능하게 합니다. 이 모델은 GEMM과 환자 유래 모델(PDX) 사이의 필수적인 단계를 나타내며, 신경섬유종 연구 및 치료에 대한 보다 임상적으로 관련성이 높은 접근 방식을 위한 길을 열어줍니다.
향후 개선은 종양 미세 환경의 역할을 연구하기 위해 인간화 마우스 모델과 같은 면역 구성 요소를 통합하는 것을 목표로 해야 합니다6. MRI 또는 PET 스캔을 포함한 이미징 기법을 확장하면 구조적 및 대사적 통찰력으로 BLI를 보완할 수 있습니다22. 장기적인 신경섬유종 발달과 잠재적인 악성 변형 위험을 조사하려면 실험 일정을 연장하는 것이 필수적입니다. GEMM과 PDX 모델 간의 격차를 해소함으로써 이 플랫폼은 NF1의 중개 연구를 강화하여 양성 말초 신경초 종양에서 치료 혁신을 위한 새로운 기회를 제공합니다.
저자는 경쟁하는 재정적 이해관계가 없음을 선언합니다.
이 작업은 국립암연구 소 (Inca_18828)의 지원을 받았습니다. Institut Cochin의 HistIM 플랫폼(Maryline Favier 감독)과 Pierre Sohier에게 감사의 말씀을 전하고 싶습니다.
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