ГУМАНИЗИРОВАННЫЕ МЫШИ: МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ, МОДЕЛИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОНКОЛОГИИ (ОБЗОР)

В лабораториях разных стран ведется постоянная работа по улучшению существующих, а также созданию новых биологических объектов, моделирующих различные заболевания человека. Иммунодефицитные мыши, которым трансплантированы функциональные клетки и ткани человека, а также трансгенные животные, в геноме которых интегрированы соответствующие человеческие гены — то есть «гуманизированные мыши», — все чаще выступают в качестве тест-систем в различных биомедицинских исследованиях. Модели гуманизированных мышей постоянно совершенствуются и в настоящее время используются для изучения биологических реакций человека, в качестве доклинических инструментов для тестирования лекарственных средств, для выявления патогенетических механизмов широкого спектра заболеваний. В частности, такие животные играют все более важную роль в изучении специфических для человека инфекционных агентов, а также широко применяются в исследованиях биологии рака и разработках новых противоопухолевых воздействий. Кроме того, гуманизированные мыши все чаще используются в качестве трансляционных моделей во многих областях клинических исследований, включая трансплантологию, иммунологию и онкологию. В конечном счете использование гуманизированных животных может привести к внедрению действительно «персонализированной» медицины в клиническую практику. В данном обзоре обсуждаются современные достижения в получении и использовании гуманизированных мышей, подчеркивается их полезность для изучения патогенеза, а также разработки новых методов лечения онкологических заболеваний человека.

гуманизация животных, ксенотрансплантация, иммунодефицитные мыши, моделирование заболеваний человека, злокачественные опухоли

1. Гематология: национальное руководство / Под ред. О.А. Рукавицына. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. 776 с.

2. Дейкин А.В. Современные подходы и перспективы использования технологии модификации генома при моделировании патологических состояний человека на животных моделях. Russian scientist. 2017;2:16–17.

3. Каркищенко Н.Н., Рябых В.П., Каркищенко В.Н., Колоскова Е.М. Создание гуманизированных мышей для фармакотоксикологических исследований (успехи, неудачи и перспективы). Биомедицина. 2014;3:4–22.

4. Каркищенко Н.Н., Капанадзе Г.Д., Петрова Н.В. Новая модель оценки избирательной токсичности антибластомных средств на трансгенных мышах с генами Nat1 hom человека. Биомедицина. 2015;3:4–19.

5. Кит О.И., Колесников Е.Н., Максимов А.Ю., Протасова Т.П., Гончарова А.С., Лукбанова Е.А. Методы создания ортотопических моделей рака пищевода и их применение в доклинических исследованиях. Современные проблемы науки и образования. 2019;2.

6. Banuelos S.J., Shultz L.D., Greiner D.L., Burzenski L.M., Gott B., Lyons B.L., et al. Rejection of human islets and human HLA-A2.1 transgenic mouse islets by alloreactive human lymphocytes in immunodefi cient NOD-scid and NOD-Rag1(null) Prf1(null) mice. Clin. Immunol. 2004;112:273–283. PubMed: 15308121.

7. Brady J.L., Harrison L.C., Goodman D.J., Cowan P.J., Hawthorne W.J., et al. Preclinical screening for acute toxicity of therapeutic monoclonal antibodies in a huSCID model. Clin. Transl. Immunology. 2014;3:e29. PubMed: 25587392.

8. Brehm M.A., Bortell R., Verma M., Shultz L.D., Greiner D.L. Humanized Mice in Translational Immunology. In: Translational Immunology: Mechanisms and Pharmacological Approaches. Ed. by S.L. Tan. Elsevier, 2016:285–326.

9. Cany J., van der Waart A.B., Tordoir M., Franssen G.M., Hangalapura B.N., et al. Natural killer cells generated from cord blood hematopoietic progenitor cells effi ciently target bone marrow-residing human leukemia cells in NOD/SCID/IL2Rg(null) mice. PLoS ONE. 2013;8:e64384. PubMed: 23755121.

10. Cassidy J.W., Caldas C., Bruna A. Maintaining Tumor Heterogeneity in Patient-Derived Tumor Xenografts. Cancer Res. 2015;75:2963–2968. PubMed: 26180079.

11. Fisher T.S., Kamperschroer C., Oliphant T., Love V.A., Lira P.D., et al. Targeting of 4-1BB by monoclonal antibody PF-05082566 enhances T-cell function and promotes anti-tumor activity. Cancer Immunol. Immunother. 2012;61:1721–1733. PubMed: 22406983.

12. Fujii H., Trudeau J.D., Teachey D., Fish J.D., Grupp S.A., Schultz K.R., et al. In vivo control of acute lymphoblastic leukemia by immunostimulatory CpG oligonucleotides. Blood. 2007;109:2008–2013. PubMed: 17068155.

13. Hanazawa А., Ito R., Katano I., Kawai K., Goto M., Suemizu H., et al. Generation of human immunosuppressive Myeloid cell Populations in human interleukin-6 Transgenic NOG Mice. Front. Immunol. 2018;9:152. DOI: 10.3389/fimmu.2018.00152.

14. Kloss C.C., Condomines M., Cartellieri M., Bachmann M., Sadelain M. Combinatorial antigen recognition with balanced signaling promotes selective tumor eradication by engineered T-cells. Nat. Biotechnol. 2013;31:71–75. PubMed: 23242161.

15. Lang J., Weiss N., Freed B.M., Torres R.M., Raul M.Т., Pelanda R. Generation of hematopoietic humanized mice in the newborn BALB/c-Rag2nullIl2rγnull mouse model: a multivariable optimization approach. Clin. Immunol. 2011 July;140(1):102–116. DOI: 10.1016/j.clim.2011.04.002.

16. Lim W.H., Kireta S., Russ G.R., Coates P.T. Human plasmacytoid dendritic cells regulate immune responses to Epstein — Barr virus (EBV) infection and delay EBV-related mortality in humanized NODSCID mice. Blood. 2007;109:1043–1050. PubMed: 17018863.

17. Liu D., Song L., Wei J., Courtney A.N., Gao X., et al. IL-15 protects NKT cells from inhibition by tumorassociated macrophages and enhances antimetastatic activity. J. Clin. Invest. 2012;122:2221–2233. PubMed: 22565311.

18. Maykel J., Liu J.H., Li H., Shultz L.D., Greiner D.L., Houghton J. NOD-scidIl2rg (tm1Wjl) and NOD-Rag1 (null) Il2rg (tm1Wjl): a model for stromal cell-tumor cell interaction for human colon cancer. Dig. Dis. Sci. 2014;59:1169–1179. PubMed: 24798995.

19. Morton J.J., Bird G., Keysar S.B., Astling D.P., Lyons T.R., et al. XactMice: humanizing mouse bone marrow enables microenvironment reconstitution in a patient-derived xeno-graft model of head and neck cancer. Oncogene. 2016;35:290–300. PubMed: 25893296.

20. Mullard A. New checkpoint inhibitors ride the immunotherapy tsunami. Nat. Rev. Drug Discov. 2013;12:489–492. PubMed: 23812256.

21. Murphy A.J., Macdonald L.E., Stevens S., Karow M., Dore A.T., Pobursky K, et al. Mice with megabase humanization of their immunoglobulin genes generate antibodies as effi ciently as normal mice. PNAS. 2014;111(14):5153–5158. DOI: 10.1073/pnas.1324022111.

22. Najima Y., Tomizawa-Murasawa M., Saito Y., Watanabe T., Ono R., et al. Induction of WT1-specifi c human CD8+ T-cells from human HSCs in HLA class I Tg NOD/SCID/IL2rgKO mice. Blood. 2016;127:722– 734. PubMed: 26702062.

23. Ono A., Hattori S., Kariya R., Iwanaga S., Taura M., Harada H., et al. Comparative Study of Human Hematopoietic Cell Engraftment into Balb/c and C57BL/6 Strain of Rag-2/Jak3 Double-Defi cient Mice. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011;539748:6. DOI: 10.1155/2011/539748.

24. Pearson Т., Greiner D.L., Shultz L.D. Creation of “Humanized” Mice to Study Human Immunity. Curr. Protoc. Immunol. 2008; CHAPTER: Unit-15.21. DOI: 10.1002/0471142735.im1521s81.

25. Provasi E., Genovese P., Lombardo A., Magnani Z., Liu P.Q., et al. Editing T-cell specifi city towards leukemia by zinc fi nger nucleases and lentiviral gene transfer. Nat. Med. 2012;18:807–815. PubMed: 22466705.

26. Raimon D.-S., Robert C.D. Principles of Bone Marrow Transplantation (BMT): Providing Optimal Veterinary and Husbandry Care to Irradiated Mice in BMT Studies. J. of the Am. Association for Laboratory Animal Science. 2009;48(1):11–22.

27. Rongvaux A., Willinger T., Martinek J., Strowig T., Gearty S.V., et al. Development and function of human innate immune cells in a humanized mouse model. Nat. Biotechnol. 2014;32:364–372. PubMed: 24633240.

28. Rosenberg S.A., Restifo N.P., Yang J.C., Morgan R.A., Dudley M.E. Adoptive cell transfer: a clinical path to effective cancer immunotherapy. Nat. Rev. Cancer. 2008;8:299–308. PubMed: 18354418.

29. Rosfjord E., Lucas J., Li G., Gerber H.P. Advances in patient-derived tumor xeno-grafts: from target identifi cation to predicting clinical response rates in oncology. Biochem. Pharmacol. 2014;91:135–143. PubMed: 24950467.

30. Roth M.D., Harui A. Human tumor infi ltrating lymphocytes cooperatively regulate prostate tumor growth in a humanized mouse model. J. Immunother. Cancer. 2015;3:12. PubMed: 25901284.

31. Sanmamed M.F., Rodriguez I., Schalper K.A., Onate C., Azpilikueta A., et al. Nivolumab and Urelumab Enhance Antitumor Activity of Human T-Lymphocytes Engrafted in Rag2-/-IL2Rgammanull Immunodefi cient Mice. Cancer. Res. 2015;75:3466– 3478. PubMed: 26113085.

32. Shankavaram U.T., Bredel M., Burgan W.E., Carter D., Tofi lon P., Camphausen K. Molecular profi ling indicates orthotopicxenograft of glioma cell lines simulate a subclass of human glioblastoma. J. Cell. Mol. Med. 2012;16:545–554. PubMed: 21595825.

33. Schilbach K., Alkhaled M., Welker C., Eckert F., Blank G., et al. Cancer-targeted IL-12 controls human rhabdomyosarcoma by senescence induction and myogenic differentiation. Oncoimmunology. 2015;4:e1014760. PubMed: 26140238.

34. Shultz L.D., Brehm M.A., Garcia-Martinez J.V., Greiner D.L. Humanized mice for immune system investigation: progress, promise and challenges. Nat. Rev. Immunol. 2012;12:786–798. PubMed: 23059428.

35. Shultz L.D., Goodwin N., Ishikawa F., Hosur V., Lyons B.L., Greiner D.L. Human cancer growth and therapy in immunodefi cient mouse models. Cold Spring Harb. Protoc. 2014:694–708. PubMed: 24987146.

36. Shultz L.D., Ishikawa F., Greiner D.L. Humanized mice in translational biomedical research. Nat. Rev. Immunol. 2007;7:118–130. PubMed: 17259968.

37. Song D.G., Powell D.J. Pro-survival signaling via CD27 costimulation drives effective CAR T-cell therapy. Oncoimmunology. 2012;1:547–549. PubMed: 22754782.

38. Strowig T., Gurer C., Ploss A., Liu Y.F., Arrey F., et al. Priming of protective T-cell responses against virusinduced tumors in mice with human immune system components. J. Exp. Med. 2009;206:1423–1434. PubMed: 19487422.

39. Tanaka S., Saito Y., Kunisawa J., Kurashima Y., Wake T., Suzuki N., et al. Development of Mature and Functional Human Myeloid Subsets in Hematopoietic Stem Cell-Engrafted NOD/SCID/IL2rγKO Mice. Immunol. 2012;188(12):6145–6155. DOI: 10.4049/jimmunol.1103660.

40. Traggiai E, Chicha L., Mazzucchelli L., Bronz L., Piffaretti J.C., Lanzavecchia A., et al. Development of a human adaptive immune system in cord blood cell-transplanted mice. Science. 2004;304:104–107. PubMed: 15064419.

41. Turgeon N.A., Banuelos S.J., Shultz L.D., Lyons B.L., Iwakoshi N., Greiner D.L., et al. Alloimmune injury and rejection of human skin grafts on human peripheral blood lymphocyte-reconstituted nonobese diabetic severe combined immunodefi cient beta2-microglobulin-null mice. Exp. Biol. Med. 2003;228:1096–1104.

42. Urbanska K., Lanitis E., Poussin M., Lynn R.C., Gavin B.P., et al. A universal strategy for adoptive immunotherapy of cancer through use of a novel T-cell antigen receptor. Cancer Res. 2012;72:1844–1852. PubMed: 22315351.

43. van Lent A.U., Centlivre M., Nagasawa M., Karrich J.J., Pouw S.M., Weijer K., et al. In Vivo Modulation of Gene Expression by Lentiviral Transduction in “Human Immune System” Rag2-/-c-/- Mice. Methods Mol. Biol. 2010;595:87–115. DOI: 10.1007/978-1-60761-421-0_6.

44. Walsh N., Kenney L., Jangalwe S., Aryee K.-E., Greiner D.L., Brehm M.A., et al. Humanized mouse models of clinical disease. Annu. Rev. Pathol. 2017;12:187– 215. DOI: 10.1146/annurev-pathol-052016-100332.

45. Wang H., Ge W., Zhuang Y., Fu J., Li D., Ju X. Fast recovery of platelet production in NOD/SCID mice after transplantation with ex vivo expansion of megakaryocyte from cord blood CD34+ cells. Journal of Cancer Research and Therapeutics. 2018;14(1):233– 239. DOI: 10.4103/0973-1482.193893.

46. Wang L.X., Kang G., Kumar P., Lu W., Li Y., et al. Humanized-BLT mouse model of Kaposi’s sarcomaassociated herpesvirus infection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014;111:3146–3141. PubMed: 24516154.

47. Wege A.K., Ernst W., Eckl J., Frankenberger B., Vollmann-Zwerenz A., et al. Humanized tumor miceA new model to study and manipulate the immune response in advanced cancer therapy. Int. J. Cancer. 2011;129:2194–2206. PubMed: 21544806.

48. Weissmuller S., Kronhart S., Kreuz D., Schnierle B., Kalinke U., et al. TGN1412 Induces Lymphopenia and Human Cytokine Release in a Humanized Mouse Model. PLoS ONE. 2016;11:e0149093. PubMed: 26959227.

49. Zhao Y., Moon E., Carpenito C., Paulos C.M., Liu X., et al. Multiple injections of electroporated autologous T-cells expressing a chimeric antigen receptor mediate regression of human disseminated tumor. Cancer Res. 2010;70:9053–9061. PubMed: 20926399.

50. Zschaler J., Schlorke D., Arnhold J. Differences in innate immune response between man and mouse. Crit. Rev. Immunol. 2014;34:433–454. PubMed: 25404048.