Humanized mouse

A humanized mouse is a mouse carrying functioning human genes, cells, tissues, and/or organs. Humanized mice are commonly used as small animal models in biological and medical research for human therapeutics.

A humanized mouse or a humanized mouse model is one that has been xenotransplanted with human cells and/or engineered to express human gene products, so as to be utilized for gaining relevant insights in the in vivo context for understanding of human-specific physiology and pathologies.[1] A lot of our knowledge about several human biological processes has been obtained from studying animal models like rodents and non-human primates. In particular, small animals such as mice are advantageous in such studies owing to their small size, brief reproductive cycle, easy handling and due to the genomic and physiological similarities with humans; moreover, these animals can also be genetically modified easily. Nevertheless, there are several incongruencies of these animal systems with those of humans, especially with regard to the components of the immune system. To overcome these limitations and to realize the full potential of animal models to enable researchers to get a clear picture of the nature and pathogenesis of immune responses mounted against human-specific pathogens, humanized mouse models have been developed. Such mouse models have also become an integral aspect of preclinical biomedical research.[2]

History

The discovery of the athymic mouse, commonly known as the nude mouse, and that of the SCID mouse were major events that paved the way for humanized mice models. The first such mouse model was derived by backcrossing C57BL/Ka and BALB/c mice, featuring a loss of function mutation in the PRKDC gene. The PRKDC gene product is necessary for resolving breaks in DNA strands during the development of T cells and B cells. Dysfunctional PRKDC gene leads to impaired development of T and B lymphocytes which gives rise to severe combined immunodeficiency (SCID). In spite of the efforts in developing this mouse model, poor engraftment of human hematopoietic stem cells (HSCs) was a major limitation that called for further advancement in the development humanized mouse models.[3] The next big step in the development of humanized mice models came with transfer of the scid mutation to a non-obese diabetic mouse. This resulted in the creation of the NOD-scid mice which lacked T cells, B cells, and NK cells. This mouse model permitted for a slightly higher level of human cell reconstitution. Nevertheless, a major breakthrough in this field came with the introduction of the mutant interleukin 2 receptor α (IL2rα) gene in the NOD-scid model. This accounted for the creation of the NOD-scid-γcnull mice (NCG, NSG or NOG) models which were portrayed to have defective interleukins IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, and IL-15. Researchers evolved this NSG model by knocking out the RAG1 and RAG2 genes (recombination activation genes), resulting into the RAGnull version of the NSG model that was devoid of major cells of the immune system including the natural killer cells, B lymphocytes and T lymphocytes, macrophages and dendritic cells, causing the greatest immunodeficiency in mice models so far. The limitation with this model was that it lacked the human leukocyte antigen. In accordance to this limitation, the human T cells when engrafted in the mice, failed to recognize human antigen-presenting cells, which consequated in defective immunoglobulin class switching and improper organization of the secondary lymphoid tissue.[4]

이러한 한계를 피하기 위해, 다음 개발은 인간 T림프구 레퍼토리와 각각의 면역 [5]반응의 축적을 가능하게 하는 NSGnull RAG 모델에 HLA I 및 HLA II를 코드하는 트랜스제네스의 도입과 함께 이루어졌다.

종류들

면역 결핍 생쥐에 기능성 인간 세포를 이식하는 것은 생쥐에 인간 세포와 조직을 정맥 주입함으로써 달성될 수 있다.이 섹션에서는 다양한 방법을 사용하여 개발된 다양한 인간화된 마우스 모델을 강조합니다.

Hu-PBL-scid 모델

이 모델은 면역 결핍 생쥐에 인간 PBMC를 정맥 주사하여 개발되었습니다.모델에 착상되는 말초혈 단핵세포는 동의한 성인 기증자로부터 얻을 수 있다.이 방법의 장점은 비교적 쉬운 기술이고, 모델이 확립되는 데 상대적으로 시간이 적게 걸리며, 모델이 기능 메모리 T 셀을 [6]나타낸다는 것입니다.특히 이식편 대 숙주 질환 [5]모델링에 매우 효과적이다.그 모델은 B 림프구와 골수세포의 생성이 부족하다.이 모델의 다른 한계는 단기 실험(<3개월)에만 사용하기에 적합하며 모델 자체가 이식편 대 숙주 [5]질환에 걸릴 수 있다는 것이다.

Hu-SRC-scid 모델

Hu-SRC-scid 마우스는 CD34+ 인간 조혈줄기세포를 면역결핍 생쥐에 이식함으로써 개발된다.세포는 태아의 간, 골수 또는 [7]탯줄에서 유래한 혈액에서 얻어지며 정맥주사를 통해 이식된다.이 모델의 장점은 조혈세포의 다단계 발달과 순진한 면역체계 생성을 제공하며, 출생 후 72시간 이내에 신생 생쥐를 간내 주입하여 착상시키면 인체 세포 재구성을 향상시킬 수 있다는 것이다.그럼에도 불구하고 세포 분화가 일어나는 데 최소 10주가 걸리고 인간 RBC, 다형핵 백혈구 및 거핵구 [5]수치가 낮다는 것이 모델과 관련된 한계이다.

BLT(골수/간/흉선) 모델

BLT 모델은 인체 HSC, 골수, 간 및 흉선으로 구성됩니다.이식은 신장 캡슐 아래에 간과 흉선을 이식하고 태아의 간에서 얻은 HSC를 이식함으로써 이루어진다.BLT 모델은 HLA 제한 T 림프구를 가진 완전하고 기능적인 인간 면역체계를 가지고 있다.이 모형은 또한 인간과 유사한 점막계로 구성되어 있다.게다가, 모든 모델 중에서 BLT 모델은 인간 세포 [8]재구성의 최고 수준을 가지고 있다.

그러나 이 모델은 외과적 임플란트가 필요하기 때문에 개발하는데 가장 어렵고 시간이 많이 소요됩니다.이 모델과 관련된 다른 단점은 이 모델이 이종생물학, 차선의 클래스 스위칭에 대한 약한 면역 반응을 나타내며 [5]GvHD를 발생시킬 수 있다는 것이다.

인간 질환에 대한 확립된 모델

인간의 병폐의 근저에 있는 몇 가지 메커니즘은 완전히 이해되지 않았다.이러한 맥락에서 인간화된 마우스 모델의 활용은 연구자들이 전염병, 암, 자가면역, GvHD의 범주에 속하는 몇몇 인간 질병과 장애의 발생을 초래하는 중요한 요소들을 결정하고 풀 수 있게 해준다.

전염병

인간화된 쥐 모델에서 연구된 인간 특이 감염 병원체 중 인간 면역 결핍 바이러스는 성공적으로 [5]연구되었다.이 밖에도 에볼라 바이러스,[10] B형 간염,[11] C형 간염, 카포시 육종 관련 헤르페스 바이러스,[9][12][13] 라이슈마니아 메이저,[14] 말라리아[15], 결핵을 연구하는 인간화된 모델이 여러 연구에서 보고되고 있다.

뎅기 바이러스[16] 및 수두 대상 바이러스의 [17]NOD/scid 마우스 모델과 인플루엔자[18] 바이러스 연구를 위한 Rag22cnullnull 모델도 개발되었습니다.

암

이식용으로 사용된 인간 세포/조직의 유형에 따라 암에 대한 인간화된 마우스 모델은 환자 유래 이종 이식 [19]또는 세포주 유래 이종 이식으로 분류될 수 있다.PDX 모델은 부모의 악성종양 특성을 더 많이 유지하는 것으로 간주되며, 따라서 이러한 모델은 임상 전 [19][20]연구에서 항암제의 효과를 평가하기 위한 더 강력한 도구로 간주된다.다양한 장기의 암을 연구하기 위한 인간화된 마우스 모델이 설계되었다.유방암 연구를 위한 마우스 모델은 NSG [21]생쥐의 SK-BR-3 세포 간내 이식에 의해 생성되었다.마찬가지로, 환자 유래 AML [22]세포를 정맥에 주입한 NSG 생쥐와 환자 유래 췌장암[23] 종양을 주입한 NSG 생쥐도 각각 백혈병과 췌장암 연구를 위해 개발되었다.암과 암 면역 요법의 연구를 위한 몇몇 다른 인간화된 설치류 모델들 또한 [24]보고되었다.

자가면역질환

인간과 설치류 면역체계의 차이로 인한 문제를 몇 가지 전략으로 극복하고 인간화된 모델을 사용하여 자가면역장애를 연구할 수 있도록 했다.NSG 마우스는 PBMC와 함께 이식되어 Freund의 보조제에서 미엘린 항원과 함께 투여되었으며, 항원펄스 자가수상세포는 다발성 경화증을 [25]연구하기 위해 사용되었다.마찬가지로 조혈줄기세포를 이식하고 프리스탄을 투여한 NSG 마우스는 홍반성 [26]낭창 연구에 사용되어 왔다.또한 PBMC를 이식한 NOG 마우스는 생체 [27]내 동종이식물의 거부반응 메커니즘을 연구하기 위해 사용되어 왔다.

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레퍼런스

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