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M-NSG重度免疫缺陷小鼠多用途揭秘

2022-03-10     来源:南模生物公众号     点击次数:9175

上世纪60年代,裸鼠作为第一类免疫缺陷品系出现,90年代免疫缺陷程度更高的NOD/SCID小鼠被开发出来,免疫缺陷鼠(裸鼠/SCID小鼠)在免疫学,传染病学,肿瘤学,干细胞生物学等研究领域发挥了巨大的作用,但其残存的免疫系统限制了其更进一步的应用,直到本世纪初几种重度免疫缺陷鼠的诞生,才解决了这一困境。
 

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图1 主要免疫缺陷小鼠的发展历程
 

当前免疫缺陷程度最高的几种小鼠中,M-NSG重度免疫缺陷小鼠无疑是其中最优秀的之一,小编将借本文为大家详细介绍M-NSG小鼠,以飨读者。

01 M-NSG简介
M-NSG重度免疫缺陷小鼠是南模生物自主研发的NOD-PrkdcscidIl2rgnull小鼠,缺失成熟T细胞、B细胞和NK细胞,可高效地植入人CD34+造血干细胞(HSC)、外周血单核细胞(PBMC)、细胞系来源的异体移植物(CDX)、病人来源异种移植物(PDX)或成体干细胞及组织,可以实现人类免疫系统的重建,是研究人体免疫功能、传染病、糖尿病、肿瘤学和干细胞生物学的重要免疫缺陷小鼠,是目前国际公认的免疫缺陷程度较高、较适合人源细胞或组织移植的工具小鼠。
 

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图2 M-NSG背景及敲除基因

 

02 M-NSG的表型数据
我们对M-NSG进行了大量的表型分析,证实了其在脾脏和血液中均无T细胞、B细胞和NK细胞表达,同时检测了M-NSG小鼠脾脏和血液中单核细胞、巨噬细胞和DC细胞的表达情况。


图3 M-NSG小鼠脾脏中 T、B 和 NK 细胞缺失


图4 M-NSG小鼠血液中 T、B 和 NK 细胞缺失


图5 M-NSG小鼠脾脏中单核细胞、巨噬细胞和 DC 细胞比例


图6 M-NSG小鼠外周血中单核细胞、巨噬细胞和 DC 细胞比例

 

03 M-NSG的应用
3.1 CDX造模
细胞株移植瘤模型 (Cell Derived Xenograft, CDX) 是将体外传代培养的肿瘤细胞接种至免疫缺陷小鼠而形成的模型。M-NSG小鼠是CDX模型构建的理想载体,模型构建成功率高;各类人源细胞系,都可以使用 M-NSG小鼠进行皮下或原位瘤模型建立,并开展相应的体内药理药效学研究。M-NSG 小鼠比 NOD-scid 小鼠有更明显的 CDX 建模优势。

 

图7 A549(左)、Raji(右)在M-NSG上建立肿瘤模型
 

图8 JIMT-1在M-NSG上建立肿瘤模型
 

如图7所示,将A549 肺肿瘤细胞系和Raji淋巴瘤细胞系分别接种到不同免疫缺陷小鼠上,在不同的时间点测量肿瘤体积,可以看到M-NSG 小鼠的成瘤效果最佳;如图8所示,在普通免疫缺陷小鼠上难以成瘤的JIMT-1乳腺癌细胞系可以在M-NSG上顺利成瘤。目前,我们已经验证了近30种人源细胞系在M-NSG上的成瘤效果。

3.2 PDX造模
人源性组织异种移植模型(patient-derivedxenografts , PDX)是将肿瘤患者的肿瘤组织移植至重症免疫缺陷型小鼠体内而形成的模型。PDX模型可以较完整地保持患者肿瘤原有的生物学特征、病理分型、分子标志物表达、基因突变类型等,在临床前实验中应用广泛。PDX模型构建流程大致如下:

图9 PDX模型构建流程


南模生物已成功建立多个癌种的PDX模型,仅肝癌PDX模型就超过60多种。这些PDX模型可以从各方面复制病人肿瘤的异质性,包括其分子层面, 基因层面和组织层面上的复杂性。我们可以使用PDX快速测试和分析药物疗效,PDX肿瘤模型亦可以用于临床前测试,通过模拟第二期临床试验中癌症病人的规模,以帮助药物开发。

3.3 Hu-PBMC造模
Hu-PBMC模型,或者被称为Hu-PBL(perihperal blood lymphocyte, PBL)模型,是一种构建较为简单和经济的免疫系统人源化小鼠模型。其构建方式是将成熟淋巴细胞(来自PBMC)经腹腔(i.p.)或静脉(i.v.)注射到免疫缺陷宿主小鼠M-NSG中,该模型常被用于研究人效应T细胞的活化以及评估免疫抑制药物。

图10 Hu-PBMC模型的构建示意图


如图11所示,六个人源供体的PBMC分别经尾静脉注射入六组M-NSG小鼠体内,可检测到人源CD45+细胞比例总体趋势升高,其嵌合比例变化有差异,总体变化趋势符合预期,且小鼠体重变化相对稳定。
 

图11 Hu-PBMC 移植 M-NSG 小鼠后的表型检测

3.4 HSC造模
Hu-HSC模型,也叫hu-CD34+ ,或叫 hu-SRC(scid-repopulatingcell),已经被广泛应用于研究人类造血发育、细胞介导的免疫反应以及HIV和EBV等病毒感染性疾病中。 其构建方式是将来自人脐带血、骨髓、G-CSF激活的外周血或胎肝的人CD34+ HSCs通过静脉内(i.v.)或股骨内(i.f.)注射到成年免疫缺陷小鼠M-NSG中,得到的小鼠可以产生多种造血干细胞,但T细胞产生量少,不具备功能性免疫细胞;也可以通过静脉注射(心内或肝内)将人CD34+HSCs移植到新生受体小鼠中(小于4周龄),得到的小鼠可以产生T细胞、B细胞、巨噬细胞、NK细胞和DC细胞。
 

图12 Hu-HSC模型的构建示意图
 

如图13所示,人造血干细胞 (HSCs) 移植 M-NSG 小鼠重建造血系统后,可以观察到人源CD45+ 免疫细胞在小鼠外周血水平不断升高,且可以分析各类人源免疫细胞。
 


图13 Hu-HSC移植 M-NSG 小鼠后的表型检测

3.5 M-NSG衍生品系
随着肿瘤免疫的进一步深入,研究者有时发现移植PBMC后,实验窗口期不够;髓系细胞无法在重度免疫缺陷鼠体内顺利重建;人源化重建后的小鼠无法表达浸润性巨噬细胞等。为了克服上述困难,我们进一步开发出针对这些挑战的M-NSG衍生品系,详见下表!

 


04 M-NSG饲养注意事项
1. 环境
温度:20–26℃,日温差不超过 4℃
湿度:40–70%● 昼夜时长:12h/12h 或 14h/10h
照度:小鼠照度 15–20 lux,工作照度 200 lux 以上
噪音:低于 60 dB
建议使用隔离包或独立通风的 IVC 笼具。IVC 环境对于免疫缺陷小鼠的饲养比较有利。

2. 饲料
建议使用高脂肪低蛋白的饲料,M-NSG 小鼠的饲料需要蛋白质含量≥ 18%,脂肪含量≥ 6%,采用 Co60 辐照灭菌,可以保证小鼠的健康生长繁殖。

3. 饮水
如果在隔离包饲养,可采用高压灭菌的纯水作为饮用水。如果在小鼠屏障系统中饲养,建议采用酸化水(用 HCl 调节 PH至 2.5-3.0),经高压灭菌后使用,可有效预防假单胞菌和金黄色葡萄球菌的污染。

4. 笼具与垫料
如不在隔离包饲养,需要在超净工作台更换垫料,且需要使用消毒过的镊子转移小鼠到新的笼盒,在日常换笼过程中,要在超净工作台中进行更换,每换一笼时夹取小鼠的镊子要进行消毒,避免用手直接接触小鼠,每周都要更换笼具。

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