Xenotransplantatie van zebravissen is een cruciaal in vivo model geworden voor het begrijpen van de pathogenese van kanker en het voorspellen van geneesmiddelreacties 1,2,3,4,5. Diermodellen blijven van cruciaal belang voor preklinische geneesmiddelentests, en het zebravismodel biedt aanzienlijke voordelen ten opzichte van andere in vivo systemen, waaronder een hoge doorvoer en kostenefficiëntie 6,7,8. Dit model kan ook helpen bij gepersonaliseerde voorspellingen van de behandelingsrespons, waaronder moleculair gerichte therapieën en CAR-T-celtherapie 9,10,11,12.
BCP-ALL kan met name baat hebben bij xenotransplantatie van zebravissen, aangezien het uitbreiden van primaire patiëntcellen in kweek een uitdaging blijft13. Er is een onmiskenbare behoefte aan nieuwe behandelingsbenaderingen bij ALL. Ondanks een hoog remissiepercentage van 80%-85% bij kinderen met BCP-ALL, variëren de overlevingspercentages op lange termijn voor patiënten met recidiverende of refractaire ziekte slechts tussen ongeveer 30%-60%14,15,16. In dergelijke gevallen zou het testen van geneesmiddelen met behulp van de voorgestelde pijplijn kunnen worden geïntegreerd in de klinische setting om de optimale patiëntspecifieke therapie te identificeren14,15. Deze gepersonaliseerde aanpak kan cruciaal zijn bij het omgaan met meerdere geneesmiddelresistenties, waardoor de behandelingslast voor patiënten aanzienlijk wordt verminderd door ineffectieve of suboptimale geneesmiddelen met ernstige bijwerkingen te vermijden.
Verschillende kenmerken maken zebravisembryoxenotransplantatie tot een geschikt model. De genetische overeenkomsten tussen mensen en zebravissen - 70% genetische homologie en 84% gedeelde ziektegebonden genen - ondersteunen studies naar gen-geneesmiddelinteracties17. Het gebruik van een transgeen gastheerembryo kan dus genetische aanleg onthullen die de gevoeligheid voor geneesmiddelen beïnvloedt18. Als alternatief kunnen cellen met specifieke genetische modificaties worden getransplanteerd om te evalueren of de gevoeligheid of resistentie van het geneesmiddel overeenkomt met in vitro bevindingen. Xenotransplantaten van zebravisembryo's geven ook inzicht in de mogelijke systemische effecten van medicijnen. Hoewel de orgaanontwikkeling in embryo's van 2-3 dagen oud niet volledig volgroeid is, zijn de organen correct gelokaliseerd en delen ze gedeeltelijk de cellulaire samenstelling met hun volwassen tegenhangers19.
Verdere voordelen van dit model zijn onder meer dat er slechts een paar kankercellen nodig zijn voor implantatie, het onderhouden van gastheerembryo's is eenvoudig, omdat er geen voeding nodig is binnen de eerste 5 dagen van het leven, en het succes van de injectie kan snel worden beoordeeld vanwege de transparantie en grootte van de embryo's. Een uniek kenmerk is dat in dit ontwikkelingsstadium alleen aangeboren immuniteit actief is, wat een efficiënte implantatie mogelijk maakt20. In het ZefiX-protocol dat hier wordt beschreven (zie samenvatting in figuur 1), wordt immunodeficiëntie verder versterkt door het aangeboren immuunsysteem gedurende de eerste 4 dagen van het leven te onderdrukken met behulp van stabiele morfolino-antisense-oligonucleotiden gericht tegen spi1 en csf3r, die de differentiatie van macrofagen en neutrofielen blokkeren 21,22,23.
Dit protocol verschilt ook van eerdere xenotransplantatieprotocollen voor zebravissen, die in de eerste plaats zijn ontwikkeld voor solide tumortransplantaten en doorgaans gebruik maken van op beeldvorming gebaseerde beoordelingsmethoden voor de respons op basis van hele mounts. ZefiX is geoptimaliseerd voor vloeibare kankercellen, zoals BCP-ALL-cellen, en is met succes gebruikt om vers of vers ingevroren patiëntenmateriaal te expanderen21. ZefiX kan ook worden aangepast voor aanhangende kankercellen door geschikte enzymen te selecteren voor weefseldissociatie.
Een ander groot voordeel is de stroomafwaartse analyse met behulp van flowcytometrie, die verschillende voordelen biedt: (i) een groot aantal transplantaatcellen kan snel worden verwerkt, waardoor een robuuste statistische analyse op het niveau van één cel mogelijk is, (ii) de proliferatiesnelheid en levensvatbaarheid kunnen gelijktijdig worden beoordeeld in individuele cellen, en (iii) flowcytometers zijn algemeen beschikbaar in klinische onderzoeksomgevingen, het mogelijk maken om binnen enkele uren de geneesmiddelrespons van transplantaatcellen op celniveau te evalueren. Om de reproduceerbaarheid te garanderen, biedt dit protocol een gestandaardiseerde pijplijn van voorbereiding via transplantatie tot flowcytometrie-analyse, waardoor de geneesmiddelrespons binnen een week in ALLE cellen kan worden voorspeld.