Ratón humanizado - Humanized mouse

Un ratón humanizado es un ratón que lleva genes, células, tejidos y / u órganos humanos en funcionamiento. Los ratones humanizados se utilizan comúnmente como modelos de animales pequeños en la investigación biológica y médica para la terapéutica humana.

Un ratón humanizado o un modelo de ratón humanizado es uno que ha sido xenotrasplantado con células humanas y / o diseñado para expresar productos génicos humanos, de modo que se pueda utilizar para obtener conocimientos relevantes en el contexto in vivo para la comprensión de la fisiología y patologías humanas específicas. . Gran parte de nuestro conocimiento sobre varios procesos biológicos humanos se ha obtenido a partir del estudio de modelos animales como roedores y primates no humanos. . En particular, los animales pequeños como los ratones son ventajosos en tales estudios debido a su pequeño tamaño, breve ciclo reproductivo, fácil manejo y debido a las similitudes genómicas y fisiológicas con los humanos; además, estos animales también pueden modificarse genéticamente fácilmente. Sin embargo, existen varias incongruencias de estos sistemas animales con los humanos, especialmente en lo que respecta a los componentes del sistema inmunológico . Para superar estas limitaciones y aprovechar todo el potencial de los modelos animales para permitir a los investigadores obtener una imagen clara de la naturaleza y patogénesis de las respuestas inmunitarias montadas contra patógenos humanos específicos, se han desarrollado modelos de ratón humanizados. Estos modelos de ratón también se han convertido en un aspecto integral de la investigación biomédica preclínica .

Historia

El descubrimiento del ratón atímico , comúnmente conocido como ratón desnudo , y el del ratón SCID fueron eventos importantes que allanaron el camino para los modelos de ratones humanizados. El primer modelo de ratón de este tipo se obtuvo mediante retrocruzamiento de ratones C57BL / Ka y BALB / c , que presentaban una mutación de pérdida de función en el gen e de PRKDC . El PRKDC producto del gen es necesario para la resolución de roturas en las hebras de ADN durante el desarrollo de las células T y las células B . El gen PRKDC disfuncional conduce a un desarrollo deficiente de los linfocitos T y B, lo que da lugar a una inmunodeficiencia combinada grave (SCID). A pesar de los esfuerzos en el desarrollo de este modelo de ratón, el injerto deficiente de células madre hematopoyéticas humanas (HSC) fue una limitación importante que exigió un mayor avance en el desarrollo de modelos de ratón humanizados. El siguiente gran paso en el desarrollo de modelos de ratones humanizados llegó con la transferencia de la mutación scid a un ratón diabético no obeso. Esto resultó en la creación de ratones NOD- scid que carecían de células T , células B y células NK . Este modelo de ratón permitió un nivel ligeramente superior de reconstitución de células humanas. No obstante, un gran avance en este campo se produjo con la introducción del gen mutante del receptor α de interleucina 2 ( IL2rα ) en el modelo NOD- scid . Esto explica la creación de los modelos de ratones NOD- scid -γcnull (NCG, NSG o NOG) que se describió con interleucinas defectuosas IL-2, IL-4, IL-7, IL-9 e IL-15. Los investigadores desarrollaron este modelo NSG al eliminar los genes RAG1 y RAG2 (genes de activación de recombinación ), lo que resultó en la versión nula de RAG del modelo NSG que carecía de las principales células del sistema inmunológico, incluidas las células asesinas naturales , los linfocitos B y los linfocitos T. , macrófagos y células dendríticas , causando la mayor inmunodeficiencia en modelos de ratones hasta el momento. La limitación de este modelo fue que carecía del antígeno leucocitario humano . De acuerdo con esta limitación, las células T humanas cuando se injertaron en los ratones, no reconocieron las células presentadoras de antígenos humanos , lo que resultó en un cambio de clase de inmunoglobulina defectuoso y una organización inadecuada del  tejido linfoide secundario .

Para sortear esta limitación, el siguiente desarrollo llegó con la introducción de transgenes que codifican HLA I y HLA II en el modelo nulo de NSG RAG que permitió la creación de repertorios de linfocitos T humanos, así como las respectivas respuestas inmunes.

Tipos

El injerto de un ratón inmunodeficiente con células humanas funcionales se puede lograr mediante inyecciones intravenosas de células y tejido humanos en el ratón. Esta sección destaca los diversos modelos de ratones humanizados desarrollados utilizando los diferentes métodos.

Hu-PBL- modelo scid

Este modelo se desarrolla inyectando por vía intravenosa PBMC humanas en ratones inmunodeficientes. Las células mononucleares de sangre periférica que se van a injertar en el modelo se obtienen de donantes adultos consentidos. Las ventajas asociadas con este método son que es comparativamente una técnica fácil, el modelo toma relativamente menos tiempo para establecerse y que el modelo exhibe células T de memoria funcional . Es particularmente muy eficaz para modelar la enfermedad del injerto contra el huésped . El modelo carece de injerto de linfocitos B y células mieloides . Otras limitaciones de este modelo son que es adecuado para su uso solo en experimentos a corto plazo (<3 meses) y la posibilidad de que el modelo en sí mismo desarrolle una enfermedad de injerto contra huésped.

Hu-SRC- modelo scid

Los ratones Hu-SRC- scid se desarrollan injertando células madre hematopoyéticas humanas CD34 + en ratones inmunodeficientes. Las células se obtienen de hígado fetal humano , médula ósea o de sangre derivada del cordón umbilical y se injertan mediante inyección intravenosa. Las ventajas de este modelo son que ofrece el desarrollo de múltiples linajes de células hematopoyéticas, la generación de un sistema inmunológico sin experiencia y, si el injerto se realiza mediante inyección intrahepática de ratones recién nacidos dentro de las 72 horas posteriores al nacimiento, puede conducir a una mejor reconstitución de células humanas. Sin embargo, las limitaciones asociadas con el modelo son que se necesitan un mínimo de 10 semanas para que se produzca la diferenciación celular , alberga niveles bajos de glóbulos rojos humanos , leucocitos polimorfonucleares y megacariocitos .

Modelo BLT (médula ósea / hígado / timo)

El modelo BLT está constituido por HSC humanas , médula ósea, hígado y timo . El injerto se realiza mediante la implantación de hígado y timo debajo de la cápsula renal y mediante trasplante de células madre hematopoyéticas obtenidas de hígado fetal. El modelo BLT tiene un sistema inmunológico humano completo y totalmente funcional con linfocitos T restringidos por HLA . El modelo también comprende un sistema mucoso similar al de los humanos. Además, entre todos los modelos, el modelo BLT tiene el nivel más alto de reconstitución de células humanas.

Sin embargo, dado que requiere implantación quirúrgica, este modelo es el más difícil y el más lento de desarrollar. Otros inconvenientes asociados con el modelo son que presenta respuestas inmunes débiles a los xenobióticos , cambio de clase subóptimo y puede desarrollar GvHD .

Modelos establecidos para enfermedades humanas

Varios de los mecanismos que subyacen a las enfermedades humanas no se comprenden completamente. La utilización de modelos de ratones humanizados en este contexto permite a los investigadores determinar y desentrañar factores importantes que provocan el desarrollo de varias enfermedades y trastornos humanos que pertenecen a las categorías de enfermedades infecciosas, cáncer, autoinmunidad y EICH.

Enfermedades infecciosas

Entre los patógenos infecciosos humanos específicos estudiados en modelos de ratones humanizados, se ha estudiado con éxito el virus de la inmunodeficiencia humana . Además de esto, varios estudios han informado de modelos humanizados para estudiar el virus del Ébola , la hepatitis B , la hepatitis C , el virus del herpes asociado al sarcoma de Kaposi , la leishmania mayor , la malaria y la tuberculosis .

También se han desarrollado modelos de ratones NOD / scid para el virus del dengue y el virus varicela-zoster , y un modelo nulo 𝛾c nulo Rag2 para estudiar el virus de la influenza .

Cánceres

Sobre la base del tipo de células / tejidos humanos que se han utilizado para el injerto, los modelos de ratón humanizados para el cáncer pueden clasificarse como xenoinjertos derivados de pacientes o xenoinjertos derivados de líneas celulares . Se considera que los modelos PDX conservan las características de malignidad de los padres en mayor medida y, por lo tanto, se consideran la herramienta más poderosa para evaluar el efecto de los medicamentos contra el cáncer en estudios preclínicos . Se han diseñado modelos de ratón humanizados para estudiar cánceres de varios órganos. Se ha generado un modelo de ratón para el estudio del cáncer de mama mediante el injerto intrahepático de células SK-BR-3 en ratones NSG. De manera similar, los ratones NSG injertados por vía intravenosa con células de LMA derivadas del paciente , y los injertados (mediante inyecciones subcutáneas , intravenosas o intrapancreáticas) con tumores de cáncer de páncreas derivados del paciente también se han desarrollado para el estudio de la leucemia y el cáncer de páncreas, respectivamente. También se han informado varios otros modelos de roedores humanizados para el estudio del cáncer y la inmunoterapia del cáncer .

Enfermedades autoinmunes

Los problemas planteados por las diferencias en los sistemas inmunológico humano y de los roedores se han superado utilizando algunas estrategias, a fin de permitir a los investigadores estudiar los trastornos autoinmunitarios utilizando modelos humanizados. Se han utilizado ratones NSG injertados con PBMC y administrados con antígenos de mielina en adyuvante de Freund , y células dendríticas autólogas pulsadas con antígeno para estudiar la esclerosis múltiple . De manera similar, los ratones NSG injertados con células madre hematopoyéticas y administrados con pristano se han utilizado para estudiar el lupus eritematoso . Además, se han utilizado ratones NOG injertados con PBMC para estudiar los mecanismos de rechazo de aloinjertos in vivo.

Ver también

Referencias

Otras lecturas