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人源化小鼠模型——探索间充质干细胞免疫调节潜力的有效临床前模型
2024 年 3 月 26 日
人源化小鼠提供了临床前模型来评估间充质干细胞（MSC）在再生医学中的免疫调节潜力。了解这些模型如何帮助开发针对各种疾病的新颖、更安全的细胞疗法。
避免小鼠模型选择的常见陷阱
避免小鼠模型选择的常见陷阱
- 亚特兰蒂斯生物科学
- 公司新闻
- 阅读时间： 12 分钟
选择正确的小鼠模型是一项关键决定，可以决定您的研究是否成功。由于可用的模型种类繁多，每种模型都适合不同的实验需求，研究人员在选择合适的小鼠品系时经常面临挑战。常见的陷阱，例如忽略遗传背景、忽略性别差异或过度使用免疫功能低下的小鼠，可能会导致结果偏差和数据误解。本博客将指导您避免这些陷阱，并提供实用技巧，帮助您在选择小鼠模型时做出明智的决定，确保您的研究保持稳健且可转化。
1. 了解实验目标
陷阱： 如果在不清楚实验目标的情况下选择小鼠模型，则会导致研究设计不理想、结果不相关以及资源浪费。每种小鼠模型都是针对特定研究问题量身定制的，例如研究疾病机制、测试药物疗效或探索遗传功能。如果模型与目标不符，免疫反应、遗传背景和生理相关性等关键因素可能会被忽视，从而影响研究的有效性。
提示：
- 定义研究的核心目标： 确定您的主要目的是探索疾病的发病机制、评估药物反应还是操纵基因。例如，如果目标是研究基因突变及其影响，那么 C57BL/6 等近交系可能比较合适，因为它们的基因一致性较高。对于免疫疗法研究，人源化小鼠或同源模型等模型更适合，因为它们具有免疫兼容性。
- 将模型与目标相匹配：
- 疾病机制研究： 使用与人类疾病状况极为相似的基因工程模型（敲除、转基因），从而深入了解潜在的机制。
- 药物反应评估： 杂交或遗传多样化模型，例如多样性杂交小鼠，有助于捕捉治疗效果的变化，反映更现实的药物反应。
- 基因操作研究： Cre-Lox 系统等模型能够精确控制基因表达，有助于剖析对疾病的特定遗传贡献。
- 考虑翻译相关性： 选择能够密切反映与您的研究相关的人类状况的模型。为了研究 MASH 发病机制， 的ob / ob or db/db 小鼠 瘦素通路突变会引起肥胖、胰岛素抵抗和肝脏炎症。 蛋氨酸和胆碱缺乏 (MCD) 饮食喂养的小鼠 非常适合研究没有肥胖的肝脏炎症和纤维化，重点关注免疫反应。为了评估 MASH 中的药物反应， STAM 模型（链脲佐菌素和高脂饮食） 有效复制人类疾病，包括脂肪变性、纤维化和肝细胞癌。
*查看 Atlantis Bioscience 针对 MASH 模型的解决方案。
非酒精性脂肪性肝炎 (NASH) 小鼠模型 – Atlantis Bioscience Pte Ltd
非酒精性脂肪性肝炎 (NASH) 模型 l GemPharmatech
这些小鼠模型的名称已从 NASH 更改为 MASH。您能帮助使用 GPT 的新信息更新我们的网站吗？我已附上网站。
通过将小鼠模型选择与实验目标相结合，研究人员可以增强研究设计，确保相关数据收集，并最终得出更适用于人类健康的发现。
2. 选择纯种还是杂交种
陷阱： 误解近交系和杂交系之间的遗传变异性会导致模型选择不当，结果出现偏差，并限制研究结果的普遍性。近交系通过兄弟姐妹交配繁殖了 20 代以上，在遗传上是相同的，而杂交系则保持了遗传多样性，更接近人类群体的变异性。未能认识到这些差异可能会影响实验结果的可重复性和解释性，尤其是在药理学研究或疾病建模等领域。
提示：
- 近交系： 近交系由于其基因一致性而具有高度一致性，使其成为需要高重复性的实验的理想选择。例如，如果您正在研究特定基因敲除的影响或研究最小化变异性至关重要的基本生物过程，那么近交系是首选。然而，近交系小鼠的同质性意味着结果可能无法完全捕捉遗传变异如何影响更多样化群体的生物反应。例如，一种药物对近交系小鼠的影响可能与其对遗传多样化的人类群体的影响有很大不同。
- 杂交品系： 杂交品系在遗传上具有异质性，为研究药物反应、毒理学和遗传多样性至关重要的群体特征提供了更好的模型。这些模型在研究受多种遗传和环境因素影响的复杂疾病（如糖尿病或心血管疾病）时特别有用。杂交小鼠还可以深入了解治疗方法在更广泛人群中的效果，有助于识别反应的差异性，这对临床应用至关重要。
表 1：不同的近交系小鼠和杂交小鼠
| 应变 | 描述 |
| 近交系小鼠 | |
| C57BL/6 | 一种广泛使用的近交菌株，特别用于转基因和敲除模型、肥胖症和免疫学研究。 |
| 巴尔布/c | 常用于杂交瘤开发、单克隆抗体生产、传染病和免疫学研究。 |
| 129/希夫 | 适用于基因操作研究，尤其是创建基因敲除小鼠。 |
| C3H | 用于癌症、传染病和心血管研究。 |
| 近交系小鼠 | |
| CD-1 | 常用于遗传学、毒理学、药理学和衰老研究。 |
| 瑞士韦伯斯特 | 适用于一般研究，包括安全性和功效测试。 |
| ICR | 一种多功能杂交模型，适用于毒性、药理学、药物功效和免疫学研究。 |
通过彻底了解所用菌株的基因组成，研究人员可以避免得出不准确的结论，并确保小鼠模型符合研究目标。
3. 忽视背景遗传影响
陷阱： 忽视小鼠品系的遗传背景可能会严重影响实验结果，特别是在基因工程模型中。 经典的例子 Lep 的表型有什么不同ob 和麻风病db C57BL/6 小鼠与 C57BLKS/J 小鼠的突变，其中突变导致 C57BLKS/J 小鼠的肥胖和糖尿病表型更严重。这凸显了背景遗传学如何显著改变疾病表现。
提示：
- 遗传背景很重要： 不同菌株具有不同的遗传修饰因子，可影响表型的严重程度、渗透性和表现力。例如，广泛使用的 C57BL/6 菌株可能与 BALB/c 菌株表现出不同的免疫反应，从而影响免疫学研究的结果。
表 2：C57BL/6 小鼠与 BALB/c 小鼠比较
| 特点 | C57BL/6小鼠 | BALB/c 小鼠 |
| 先天免疫反应 | Th1 免疫反应为主 | Th2 免疫反应为主 |
| 调节性T细胞 | 减 | 更多 |
| 体液反应 | 体液反应较弱 | 体液反应更强 |
| MHC I 类基因位点 | H2b | H2d |
| 免疫系统特征 | IL-12 产生率更高；特点是脾脏 NK 细胞的细胞毒活性更高 | 脾脏T区体积密度增加； IL-2、IL-3、IL-4、IL-10 和 TNF-α 的产生 |
- 选择正确的背景： 在开发基因工程模型（如敲除或转基因）时，请仔细选择最符合您的研究目标的小鼠品系。
- 同类菌株的使用： 同类系是通过反复回交将特定基因或突变转移到明确定义的遗传背景上而产生的。这种方法有助于将特定基因的影响与一致的遗传背景隔离开来，从而最大限度地减少背景噪音。
通过关注遗传背景，研究人员可以更好地解释他们的模型的表型效应，确保结果归因于有针对性的基因修饰而不是非预期的背景影响。
4. 忽视性别差异
陷阱： 不考虑疾病进展、生理或药物反应方面的性别差异，可能会导致结果出现偏差，并且无法适用于更广泛的人群。男性和女性在免疫功能、新陈代谢、疼痛感知和治疗反应方面可能存在显著差异。 例如麦吉尔大学疼痛研究专家杰弗里·莫吉尔发现，由于一种社会信号行为，雄性老鼠在怀孕和哺乳期的雌性老鼠周围时会感到压力，而附近未怀孕的雌性老鼠则不会感到压力：雌性老鼠尿液中含有类似香蕉气味的化合物，这种化合物会警告雄性老鼠远离幼崽，从而导致雄性老鼠感到压力。
小技巧:
- 在研究设计中纳入两性：将雄性和雌性小鼠纳入实验，以更全面地了解所研究的生物过程。这种方法有助于识别性别特异性反应，并确保研究结果不会偏向某一性别，最终提高您的研究与人类健康的相关性。
- 按性别分析数据：除了包括两性之外，还应分别分析数据，以检测性别特异性效应，否则这些效应在合并时可能会被掩盖。例如，雄性和雌性小鼠对高脂肪饮食的代谢反应可能存在很大差异，从而影响关于肥胖或糖尿病模型的结论。
- 考虑荷尔蒙的影响：激素周期（尤其是女性的激素周期）会影响实验结果，例如免疫反应或药物代谢。通过仔细安排实验时间或调整分析来解释这些变化，可以更深入地了解性别特异性生物学。
解决这些差异可提高临床前模型的可靠性，并支持为男性和女性制定更有针对性和更有效的治疗策略。
5. 过度依赖免疫功能低下的小鼠
陷阱: 免疫功能低下的小鼠（如裸鼠或严重联合免疫缺陷小鼠）在癌症研究中被广泛使用，因为它们缺乏功能性免疫系统，因此很容易进行肿瘤移植。然而，这些模型未能捕捉到免疫系统在癌症进展、转移和治疗反应中的关键作用。这种过度依赖可能会导致误导性的结果，尤其是在研究免疫疗法时，因为肿瘤和免疫系统之间的相互作用至关重要。
小技巧:
- 将模型与免疫研究需求相匹配：在研究涉及免疫反应的疗法（如检查点抑制剂或 CAR-T 细胞疗法）时，考虑使用 人源化小鼠— 已植入功能性人体免疫系统的模型。这些模型更接近人类肿瘤与免疫系统的相互作用，从而能够更准确地评估免疫肿瘤治疗。
- 评估肿瘤-免疫相互作用：在免疫机制研究中，同基因小鼠模型（将肿瘤植入具有相同遗传背景的免疫功能正常的小鼠体内）对于探索肿瘤免疫动态很有价值。它们保留了功能性免疫系统，使研究人员能够在更自然的环境中研究免疫反应。
- 探索免疫缺陷模型的局限性: 虽然免疫功能低下的小鼠对于初始肿瘤生长研究和异种移植模型非常有用，但它们并不能反映免疫系统在癌症控制中的作用的复杂性。研究人员必须在这些模型的简单性和便利性与其局限性之间取得平衡，在研究癌症与免疫系统之间的相互作用时选择更复杂的模型。
表 3：免疫系统完整的小鼠模型
| 特点 | 同基因小鼠模型 | 免疫重建小鼠模型 |
| 定义 | 使用同一免疫活性品系的基因相同的小鼠的模型。 | 涉及将人类免疫细胞转移到免疫功能低下的小鼠的模型。 |
| 使用的免疫细胞类型 | N/A（使用小鼠自身的免疫反应） | – PBMC（外周血单核细胞）：含有各种免疫细胞，包括T细胞和B细胞。 – CD34+细胞：可分化成各种血细胞类型的造血干细胞。 – BLT（骨髓-肝脏-胸腺）：含有人类胎儿肝脏和胸腺，使人体免疫系统发育得更完善。 |
| 应用 | 研究肿瘤的生长、转移和免疫疗法的效果。 | 研究人类特定的免疫反应、疫苗功效和疾病机制。 |
| 性能 | – 减少由于基因同质性而导致的变异性。 – 有助于研究同一物种内的免疫相互作用。 | – 提供对人类免疫反应的见解。 – 允许评估针对人类特定途径的治疗方法。 |
| 限制 | – 无法直接研究人类的免疫反应。 – 仅限于小鼠免疫细胞的相互作用。 | – 重建成功率存在差异。 – 由于宿主环境的原因，免疫反应可能无法完全模仿人类反应。 |
通过仔细选择适合免疫相互作用的模型，研究人员可以提高其研究成果的可转化性并开发更有效的癌症治疗方法。
6. 假设所有转基因模型都是相同的
陷阱： 研究中一个常见的误解是，人们认为任何转基因小鼠模型都可以互换使用来解决特定的研究问题。这种假设忽略了转基因模型之间存在的内在复杂性和差异性，而这些复杂性和差异性可能会对实验结果和解释产生重大影响。每种转基因小鼠模型的设计都包含插入其基因组中的特定基因，而这些插入在位置、所涉及的调控元件以及宿主小鼠品系的整体遗传背景方面可能存在很大差异。
关键注意事项
- 插入站点影响:
- 基因表达水平: 转基因整合到小鼠基因组中的位置会影响其表达水平。例如，如果将转基因插入转录活性区域附近，则与插入抑制性染色质环境中的转基因相比，其表达水平可能会更高。
- 对附近基因的影响：转基因的插入可能会无意中影响邻近基因的表达，导致意外的表型变化或补偿机制，从而可能混淆研究结果。
- 转基因设计:
- 发起人选择: 驱动转基因表达的启动子的选择在确定基因表达的时间和水平方面起着关键作用。例如，组织特异性启动子将限制特定器官的表达，这对于研究局部生物过程可能至关重要。
- 矢量骨干：用于转基因构建的不同载体可能具有不同的特性，这些特性会影响稳定性、表达持续时间和转基因的整合效率。
- 小鼠品系背景:
- 遗传变异: 宿主菌株的遗传背景也会显著影响插入的转基因的行为方式。由于免疫反应、代谢过程或背景基因相互作用的差异，不同菌株的反应可能不同。
- 表型效应：即使遗传背景的细微差异也会导致不同的表型表达，因此在解释结果时考虑所使用的特定菌株至关重要。
提示：
为了减轻与此陷阱相关的风险，研究人员应该对正在考虑的特定转基因模型进行彻底的审查：
- 检查转基因细节：研究转基因如何插入小鼠基因组，包括插入位点和任何伴随的调控元件。了解这些因素将有助于深入了解表达和功能的潜在变化。
- 文学评论：查阅相关文献以确定使用类似转基因模型的先前研究，这些研究可以深入了解插入如何影响结果并指导新实验的设计。
- 咨询专家：与具有转基因模型经验的遗传学家或分子生物学家合作，以更深入地了解转基因设计和背景的含义。
通过认识到并非所有转基因模型都是平等的，并考虑每个模型的具体细节，研究人员可以在实验设计和解释中做出更明智的决定，最终获得更可靠和可重复的结果。
7. 误解表型
陷阱： 在涉及小鼠模型的研究中，一个重大误解是对表型变化的错误解读。行为、外表或生理反应的细微变化可能被忽略为无关紧要或归因于微小的变异，而无需进行彻底调查。然而，这些看似微小的变化可能表明更深层次的潜在生物学问题，例如基因突变、环境压力或不适当的实验条件。例如，活动水平的变化、梳理行为或体重波动可能反映出严重的健康问题或需要注意的生物途径改变。
关键注意事项
- 行为改变：
- 评估方法： 许多行为测试都用于评估小鼠模型，但这些方法的敏感性和特异性各不相同。细微的行为变化可能无法通过标准测试轻易捕捉到，导致研究人员忽略了重大问题。
- 背景因素： 环境因素，例如处理带来的压力或住房条件的变化，也会影响行为，并且可能被错误地归因于实验干预而不是潜在的健康问题。
表 4：影响小鼠行为的因素
| 因素 | 描述 |
| 遗传背景 | 不同菌株的行为特征存在很大差异，影响学习能力、攻击性和焦虑水平。 |
| 性生活 | 雄性和雌性老鼠常常表现出不同的社交、领土和压力反应。 |
| 年龄 | 活动水平、认知功能和社交互动等行为模式会随着年龄的增长而改变。 |
| 环境 | 住房（例如笼子大小、垫料、丰富设施）会影响探索、压力和整体幸福感。 |
| 社会结构 | 集体居住与隔离居住会影响社会行为、压力水平和等级动态。 |
| 处理 | 频繁或粗暴的处理可能会导致焦虑、压力反应或互动改变。 |
| 轻循环 | 老鼠是夜行动物，因此昼夜循环的变化会影响睡眠、进食和活动模式。 |
| 饮食 | 营养缺乏或高脂肪饮食会影响行为，包括攻击性或焦虑。 |
| 温度 | 极热或极冷都可能导致不适、活动改变或与压力相关的行为。 |
| 健康状况 | 疾病、疼痛或不适（例如由感染或受伤引起）会严重影响正常行为。 |
- 外观：
- 表型变异性： 品系内和品系之间的正常表型变异会使结果解释变得复杂。例如，皮毛颜色、体型或器官形态的变化可能是自然发生的，并不一定表明存在病理状况。
- 健康指标： 特定的表型特征，例如皮毛质量或姿势，可以敏感地反映小鼠的整体健康状况。研究人员应密切观察这些特征并了解其含义。
提示：
为了避免对表型的误解，研究人员应采取严格而系统的方法：
- 进行详细的表型分析： 利用包括各种行为和生理评估的综合评估方案。这可能涉及使用标准化测试和指标来准确量化行为和身体特征。
- 验证意外发现： 当出现意外结果时，进行额外的实验或测试来确认结果至关重要。这可能包括使用对照组或替代模型来排除混杂因素并确保观察到的变化确实显着且相关。
通过采用这些做法，研究人员可以提高检测和解释细微表型变化的能力，最终得出有关潜在生物学的更准确结论。
8. 未能考虑道德和实际约束
陷阱： 小鼠模型研究的另一个关键陷阱是未能考虑伦理和实际约束。研究人员可能过于专注于他们的科学目标，而忽视了他们工作的伦理影响，包括动物福利问题和负责任地使用资源。此外，诸如饲养、繁殖和特定小鼠品系的可用性等后勤挑战可能会影响研究的可行性。忽视这些因素可能会导致研究方案的实施和执行面临重大挑战。
关键注意事项
- 道德问题:
- 动物福利：研究人员必须遵守有关在研究中使用动物的道德准则。这包括确保人道对待、尽量减少痛苦以及使用最少数量的动物来获得有效结果。忽视这些考虑可能会导致违反道德规范并损害研究的可信度。
- 法律合规: 遵守机构和政府法规至关重要。研究人员应了解机构动物护理和使用委员会 (IACUC) 等机构制定的指导方针，以确保他们的研究符合道德标准。
- 物流挑战:
- 住房要求：不同品系的小鼠对居住和环境的需求各不相同。研究人员必须评估他们是否可以提供适当的生活条件，包括空间、饮食和社交，以确保动物的健康和福祉。
- 预算和资源: 资金限制会严重影响动物模型的选择和研究范围。必须考虑购买、繁殖、饲养和维护小鼠群以及任何所需的专业设备或设施相关的成本。
提示：
为了有效克服道德和实际限制，研究人员应采取积极主动和结构化的方法：
- 采用动物利用的 3R 原则:
- 更换: 尽可能考虑动物模型的替代品。这可以包括 细胞/组织 研究、计算机建模或使用不需要相同伦理考虑的低等生物。
- 减少: 采取策略尽量减少研究中使用的动物数量。这可能涉及使用统计方法来确保使用最少数量的动物来获得统计有效的结果。
- 精致: 实施提高动物福利和减少痛苦的措施。这包括优化实验程序、改善饲养条件和提供适当的兽医护理。
- 选择合适的模型: 选择符合伦理准则且可获得现有资源支持的小鼠模型。考虑以稳健性、易操作性和与现有协议的兼容性而闻名的模型。
- 后勤规划: 在开展研究之前，对后勤因素进行全面评估。这包括确保有足够的设施和资源，并规划与饲养和繁殖相关的潜在挑战。
- 与伦理审查委员会合作：在研究设计过程的早期积极让伦理审查委员会或委员会参与进来。他们可以就伦理考量提供宝贵见解，并帮助研究人员设计符合既定准则的研究。
通过牢记道德和实际限制并实施 3R 原则，研究人员可以提高研究的完整性，并确保他们的工作在尊重动物受试者福利的同时为科学界做出积极贡献。
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