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人源化小鼠模型－探索間質幹細胞免疫調節潛力的有效臨床前模型
2024 年 3 月 26 日
人源化小鼠提供了臨床前模型來評估間質幹細胞（MSC）在再生醫學中的免疫調節潛力。了解這些模型如何幫助開發針對各種疾病的新穎、更安全的細胞療法。
避免小鼠模型選擇中常見的陷阱
避免小鼠模型選擇中常見的陷阱
- 亞特蘭提斯生物科學公司
- 部落格
- 閱讀時間： 12 分鐘
選擇正確的小鼠模型是一個關鍵決定，可以影響您研究的成功。由於可用模型多種多樣，每種模型都適合不同的實驗需求，因此研究人員經常面臨將研究目標與適當的小鼠品系相匹配的挑戰。常見的陷阱，例如忽視遺傳背景、忽視性別差異或過度使用免疫功能低下的小鼠，可能會導致結果偏差和數據誤解。本部落格將引導您克服這些陷阱，並提供在小鼠模型選擇方面做出明智決策的實用技巧，確保您的研究保持穩健和可轉化。
1. 理解實驗目標
陷阱： 在不清楚實驗目標的情況下選擇小鼠模型可能會導致研究設計不理想、結果不相關和資源浪費。每個小鼠模型都是針對特定的研究問題量身定制的，例如研究疾病機制、測試藥物功效或探索遺傳功能。如果模型不與目標一致，免疫反應、遺傳背景和生理相關性等關鍵因素可能會被忽視，損害研究的有效性。
提示：
- 定義研究的核心目標： 確定您的主要目標是探索疾病發病機制、評估藥物反應或操縱基因。例如，如果目標是研究基因突變及其影響，像 C57BL/6 這樣的近交係由於其遺傳一致性可能是合適的。對於免疫治療研究，人源化小鼠或同基因模型等模型由於其免疫相容性而更適合。
- 將模型與目標配對：
- 疾病機制研究： 使用密切模仿人類疾病狀況的基因工程模型（敲除、基因改造），深入了解潛在機制。
- 藥物反應評價： 遠交或遺傳多樣性模型，例如多樣性遠交小鼠，有助於捕捉治療效果的變異性，反映更真實的藥物反應。
- 基因操縱研究： Cre-Lox 系統等模型能夠精確控制基因表達，有助於剖析特定的遺傳對疾病的影響。
- 考慮翻譯相關性： 選擇密切反映與您的研究相關的人類狀況的模型。為了研究 MASH 發病機制， 的ob / ob or db/db 小鼠 瘦素通路突變模仿肥胖、胰島素抗性和肝臟發炎。 蛋氨酸和膽鹼缺乏 (MCD) 飲食餵養的小鼠 是研究肝臟發炎和纖維化而不肥胖的理想選擇，重點是免疫反應。為了評估 MASH 中的藥物反應， STAM模型（鏈脲佐菌素和高脂飲食） 有效複製人類疾病，包括脂肪變性、纖維化和肝細胞癌。
*查看 Atlantis Bioscience 的 MASH 模型解決方案。
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
這些小鼠模型的名稱已從 NASH 更改為 MASH。您能協助使用 GPT 的新資訊更新我們的網站嗎？我已附上網站。
透過將小鼠模型選擇與實驗目標結合起來，研究人員可以加強研究設計，確保相關數據收集，並最終得出更適用於人類健康的研究結果。
2. 在近交系與遠交系之間進行選擇
陷阱： 誤解近交系和遠交系之間的遺傳變異可能會導致模型選擇不當、結果偏差並限制研究結果的普遍性。近交系透過兄弟姊妹交配超過 20 代而產生，在基因上是相同的，而遠交系則保持遺傳多樣性，更類似於人類群體中所見的變異性。未能認識到這些差異可能會影響實驗結果的重現性和解釋，特別是在藥理學研究或疾病建模等領域。
提示：
- 近交系： 近交係因其遺傳一致性而高度一致，使其成為需要高重複性的實驗的理想選擇。例如，如果您正在研究特定基因敲除的影響或研究基本生物過程，其中最小化變異性至關重要，那麼近交係是首選。然而，近交系小鼠的同質性意味著結果可能無法完全反映遺傳變異如何影響更多樣化的群體中的生物反應。例如，藥物對近交系小鼠的作用可能與其對遺傳多樣化的人類群體的作用顯著不同。
- 近交系： 遠交菌株具有遺傳異質性，為研究藥物反應、毒理學和遺傳多樣性很重要的基於群體的性狀提供了更好的模型。這些模型在研究受多種遺傳和環境因素影響的複雜疾病（例如糖尿病或心血管疾病）時特別有用。遠交小鼠還可以深入了解治療如何在更廣泛的人群中發揮作用，幫助識別在臨床應用中可能至關重要的反應變異性。
表 1：不同的近交系和遠交系小鼠
| 應變 | 簡介 |
| 近交系小鼠 | |
| C57BL/6 | 一種廣泛使用的近交系，特別適用於基因改造和基因敲除模型、肥胖和免疫學研究。 |
| 巴爾布/c | 常用於雜交瘤開發、單株抗體生產、傳染病和免疫學研究。 |
| 129/西弗 | 首選用於基因操作研究，特別是在創建基因敲除小鼠方面。 |
| C3H | 用於癌症、傳染病和心血管研究。 |
| 近交系小鼠 | |
| CD-1 | 常用於遺傳學、毒理學、藥理學和老化研究。 |
| 瑞士韋伯斯特 | 廣泛用於一般研究，包括安全性和功效測試。 |
| ICR | 一種多功能遠交模型，適用於毒性、藥理學、藥效和免疫學研究。 |
透過徹底了解所用菌株的基因組成，研究人員可以避免得出不準確的結論，並確保小鼠模型符合研究目標。
3. 忽略背景遺傳影響
陷阱： 忽略小鼠品系的遺傳背景可能會顯著影響實驗結果，特別是在基因工程模型中。一個 經典的例子 是 Lep 表型的差異ob 和痲瘋病db C57BL/6 與 C57BLKS/J 小鼠的突變，其中突變導致 C57BLKS/J 背景上更嚴重的肥胖和糖尿病表型。這凸顯了背景遺傳學如何顯著改變疾病表現。
提示：
- 遺傳背景很重要： 不同的菌株具有不同的遺傳修飾因子，會影響表型的嚴重性、外顯率和表現性。例如，廣泛使用的 C57BL/6 菌株與 BALB/c 菌株相比可能表現出不同的免疫反應，從而影響免疫學研究的結果。
表 2：C57BL/6 和 BALB/c 小鼠之間的比較
| 特點 | C57BL/6 小鼠 | BALB/c 小鼠 |
| 先天免疫反應 | 主要是 Th1 免疫反應 | 主要是 Th2 免疫反應 |
| 調節性T細胞 | 減 | 更多 |
| 體液反應 | 體液反應較弱 | 更強的體液反應 |
| MHC I 類基因位點 | H2b | H2d |
| 免疫系統特徵 | IL-12 產量較高；其特徵是脾臟 NK 細胞具有較高的細胞毒性活性 | 脾臟T區體積密度增加； IL-2、IL-3、IL-4、IL-10 和 TNF-α 的產生 |
- 選擇正確的背景： 在開發基因工程模型（例如基因敲除或基因改造）時，請仔細選擇最符合您的研究目標的小鼠品系。
- 同源菌株的使用： 透過重複回交將特定基因或突變轉移到明確的遺傳背景上來創建同源品系。這種方法有助於在一致的遺傳背景下隔離特定基因的影響，從而最大限度地減少背景噪音。
透過關注遺傳背景，研究人員可以更好地解釋其模型的表型效應，確保結果歸因於目標遺傳修飾，而不是意外的背景影響。
4.忽視性別差異
陷阱： 不考慮疾病進展、生理學或藥物反應方面的性別差異可能會導致結果出現偏差，並且缺乏對更廣泛人群的可轉化性。男性和女性在免疫功能、新陳代謝、疼痛感知和治療反應方面表現出顯著差異。 例如麥基爾大學疼痛研究專家莫吉爾（Jeffrey Mogil）注意到，由於社交訊號行為，雄性小鼠在懷孕和哺乳期的雌性小鼠周圍會感到壓力，而附近的非懷孕雌性小鼠則沒有壓力：雌性尿液中含有類似的化合物香蕉的氣味警告雄性遠離它們的幼崽，給雄性帶來壓力。
更多竅門:
- 在研究設計中包括兩性：在實驗中加入雄性和雌性小鼠，以更全面地了解所研究的生物過程。這種方法有助於識別特定性別的反應，並確保研究結果不偏向某一性別，最終提高研究與人類健康的相關性。
- 按性別分析數據：除了包括兩性之外，還應該單獨分析數據，以檢測性別特異性的影響，否則這些影響在合併時可能會被掩蓋。例如，雄性和雌性小鼠對高脂飲食的代謝反應可能存在很大差異，從而影響肥胖或糖尿病模型的結論。
- 考慮荷爾蒙的影響：荷爾蒙週期，尤其是女性荷爾蒙週期，可以影響實驗結果，例如免疫反應或藥物代謝。透過仔細安排實驗時間或調整分析來解釋這些變化可以為性別特異性生物學提供更深入的見解。
解決這些差異可以增強臨床前模型的可靠性，並支持為男性和女性制定更有針對性和更有效的治療策略。
5. 過度依賴免疫功能低下的小鼠
陷阱：免疫功能低下的小鼠，例如裸鼠或 SCID 小鼠，廣泛用於癌症研究，因為它們缺乏功能性免疫系統，易於腫瘤移植。然而，這些模型未能捕捉到免疫系統在癌症進展、轉移和治療反應中的關鍵作用。這種過度依賴可能會導致誤導性結果，特別是在研究免疫療法時，腫瘤和免疫系統之間的相互作用至關重要。
更多竅門:
- 將模型與免疫研究需求相匹配：在研究涉及免疫反應的療法時，例如檢查點抑制劑或 CAR-T 細胞療法，請考慮使用 人源化小鼠——植入了功能性人類免疫系統的模型。這些模型更接近人類腫瘤與免疫系統相互作用的方式，從而能夠更準確地評估免疫腫瘤治療。
- 評估腫瘤免疫交互作用：在關注免疫機制的研究中，同基因小鼠模型（將腫瘤植入具有相同遺傳背景的免疫活性小鼠體內）對於探索腫瘤免疫動力學很有價值。它們保留了功能性的免疫系統，使研究人員能夠在更自然的環境中研究免疫反應。
- 探索免疫受損模型的局限性：雖然免疫功能低下的小鼠對於初始腫瘤生長研究和異種移植模型非常有價值，但它們並不能反映免疫系統在癌症控制中作用的複雜性。研究人員必須平衡這些模型的簡單性和便利性及其局限性，在研究癌症與免疫系統之間的相互作用時選擇更複雜的模型。
表 3：具有完整免疫系統的小鼠模型
| 特點 | 同基因小鼠模型 | 免疫重建小鼠模型 |
| 定義 | 使用具有相同免疫活性品系的基因相同的小鼠的模型。 | 涉及將人類免疫細胞轉移到免疫功能低下的小鼠體內的模型。 |
| 使用的免疫細胞類型 | N/A（使用小鼠自身的免疫反應） | – PBMC（週邊血單核細胞）：含有各種免疫細胞，包括 T 細胞和 B 細胞。 – CD34+ 細胞：可以分化成各種血球類型的造血幹細胞。 – BLT（骨髓-肝臟-胸腺）：含有人類胎兒肝臟和胸腺，有助於形成更完整的人類免疫系統。 |
| 應用領域 | 研究腫瘤生長、轉移和免疫療法的功效。 | 研究人類特異性免疫反應、疫苗功效和疾病機制。 |
| 優點 | – 減少因遺傳同質性而導致的變異性。 – 對於研究同一物種內的免疫交互作用很有用。 | – 提供人類免疫反應的見解。 – 允許評估針對人類特定途徑的療法。 |
| 限制 | – 無法直接研究人類免疫反應。 – 僅限於小鼠免疫細胞的相互作用。 | – 重組成功率有差異。 – 由於宿主環境的原因，免疫反應可能無法完全模仿人類反應。 |
透過仔細選擇解釋免疫交互作用的適當模型，研究人員可以提高其研究結果的可轉化性並開發更有效的癌症療法。
6. 假設所有基因改造模型都相同
陷阱： 研究中一個常見的誤解是認為任何基因轉殖小鼠模型都可以互換應用來解決特定的研究問題。這種假設忽略了轉基因模型之間存在的固有複雜性和變化，這可能會顯著影響實驗結果和解釋。每個基因轉殖小鼠模型都是在其基因組中插入特定基因而設計的，這些插入在其位置、涉及的調控元件以及宿主小鼠品系的整體遺傳背景方面可能存在很大差異。
主要考慮因素
- 插入部位影響:
- 基因表現水平：轉基因整合到小鼠基因組的位置會影響其表現量。例如，如果將轉基因插入轉錄活性區域附近，與插入抑制性染色質環境中的轉基因相比，它可能會導致更高的表達水平。
- 對附近基因的影響：轉基因的插入可能會無意中影響鄰近基因的表達，導致意外的表型變化或補償機制，從而混淆研究結果。
- 基因改造設計:
- 發起人選擇：驅動轉基因表達的啟動子的選擇在決定基因表現的時間和水平方面起著關鍵作用。例如，組織特異性啟動子將限製表達到特定器官，這對於研究局部生物過程可能至關重要。
- 向量骨幹：用於轉基因建構的不同載體可能具有影響穩定性、表達持續時間和轉基因整合效率的不同特徵。
- 小鼠應變背景:
- 遺傳變異：宿主菌株的遺傳背景也會顯著影響插入的轉基因的行為。由於免疫反應、代謝過程或背景基因交互作用的變化，不同菌株的反應可能不同。
- 表型效應：即使遺傳背景的細微差異也可能導致不同的表型表達，因此在解釋結果時考慮使用的特定菌株至關重要。
提示：
為了減輕與此陷阱相關的風險，研究人員應對正在考慮的特定基因改造模型進行徹底審查：
- 檢查基因改造細節：研究轉基因如何插入小鼠基因組，包括插入位點和任何伴隨的調控元件。了解這些因素將有助於深入了解表達和功能的潛在變化。
- 文獻評論：查閱相關文獻以確定先前使用類似基因改造模型的研究，這可以深入了解插入如何影響結果並指導新實驗的設計。
- 諮詢專家：與具有基因改造模型經驗的遺傳學家或分子生物學家合作，更深入地了解基因改造設計和背景的含義。
透過認識到並非所有基因改造模型都是平等的，並考慮每個模型的具體細節，研究人員可以在實驗設計和解釋中做出更明智的決定，最終獲得更可靠和可重複的結果。
7. 誤解表型
陷阱： 涉及小鼠模型的研究中的一個重大誤解是對錶型變化的誤解。未經徹底調查，行為、外觀或生理反應的細微變化可能被認為是微不足道的，或歸因於微小的變化。然而，這些看似微小的變化可能表明更深層的潛在生物學問題，例如基因突變、環境壓力或不當的實驗條件。例如，活動量、梳理行為或體重波動的變化可能反映出嚴重的健康問題或需要注意的生物途徑的改變。
主要考慮因素
- 行為改變：
- 評估方法： 許多行為測定用於評估小鼠模型，但這些方法的敏感性和特異性各不相同。標準測試可能不容易捕捉到細微的行為變化，導致研究人員忽略重大問題。
- 背景因素： 環境因素，例如處理壓力或居住條件的變化，也會影響行為，並可能被錯誤地歸因於實驗幹預，而不是潛在的健康問題。
表 4：影響小鼠行為的因素
| 因子 | 簡介 |
| 遺傳背景 | 不同品系的行為特徵差異很大，影響學習、攻擊性和焦慮程度。 |
| 性別 | 雄性和雌性小鼠通常表現出不同的社交、領地和壓力反應。 |
| 年齡 | 活動量、認知功能和社交互動等行為模式會隨著年齡的增長而改變。 |
| 環境 | 住房（例如，籠子大小、墊料、豐富物）會影響探索、壓力和整體福祉。 |
| 社會結構 | 集體住宿與隔離會影響社會行為、壓力程度和等級動態。 |
| 處理 | 頻繁或粗暴的處理可能會導致焦慮、壓力反應或互動改變。 |
| 輕循環 | 小鼠是夜間活動的，因此光/暗週期的變化會影響睡眠、進食和活動模式。 |
| 飲食 | 營養缺乏或高脂肪飲食會影響行為，包括攻擊性或焦慮。 |
| 溫度因素 | 極熱或極冷可能會導致不適、活動改變或與壓力相關的行為。 |
| 健康狀況 | 疾病、疼痛或不適（例如，感染或受傷）會嚴重影響正常行為。 |
- 外觀：
- 表型變異： 菌株內部和菌株之間的正常表型變異會使結果的解釋變得複雜。例如，毛色、體型或器官形態的變化可能是自然發生的，不一定表示有病理狀況。
- 健康指標： 特定的表型特徵，例如毛皮品質或姿勢，可以是小鼠整體健康和福祉的敏感指標。研究人員應該警惕觀察這些特徵並了解它們的意義。
提示：
為了避免對錶型的誤解，研究人員應實施嚴格且有系統的方法：
- 進行詳細的表型分析： 利用包括各種行為和生理評估的綜合評估方案。這可能涉及使用標準化測試和指標來準確量化行為和身體特徵。
- 驗證意外發現： 當出現意外結果時，進行額外的實驗或測試來確認結果至關重要。這可能包括使用對照組或替代模型來排除混雜因素，並確保觀察到的變化確實顯著且相關。
透過採用這些實踐，研究人員可以提高檢測和解釋微妙表型變化的能力，最終得出有關潛在生物學的更準確的結論。
8. 沒有考慮道德和實際約束
陷阱： 小鼠模型研究的另一個關鍵陷阱是未能考慮倫理和實際限制。研究人員可能過於專注於他們的科學目標，而忽略了他們工作的倫理影響，包括動物福利問題和負責任地使用資源。此外，飼養、繁殖和特定小鼠品系的可用性等後勤挑戰可能會影響研究的可行性。忽視這些因素可能會為研究方案的實施和執行帶來重大挑戰。
主要考慮因素
- 道德問題:
- 動物福利：研究人員必須遵守管理研究中動物使用的道德準則。這包括確保人道待遇、盡量減少痛苦以及使用最少數量的動物來獲得有效結果。忽視這些考慮因素可能會導致道德違規並損害研究的可信度。
- 合规性监管：遵守機構和政府法規至關重要。研究人員應該了解機構動物照護和使用委員會 (IACUC) 等機構制定的指南，以確保他們的研究符合道德標準。
- 物流挑戰:
- 住房要求：不同的小鼠品係有獨特的居住和環境需求。研究人員必須評估他們是否能夠提供適當的生活條件，包括空間、飲食和社交，以確保動物的健康和福祉。
- 預算和資源：財務限制會嚴重影響動物模型的選擇和研究範圍。必須考慮與購買、飼養、飼養和維護小鼠群體相關的成本，以及所需的任何專門設備或設施。
提示：
為了有效克服道德和實踐限制，研究人員應該採取積極主動和結構化的方法：
- 採用動物使用的 3 Rs:
- 更換：盡可能考慮動物模型的替代方案。這可以包括 體外 研究、電腦建模或低等生物的使用不需要同樣的倫理考量。
- 減少：採取策略盡量減少研究中使用的動物數量。這可能涉及使用統計方法來確保使用統計有效結果所需的最少數量的動物。
- 精緻：實施提高動物福利並盡量減少痛苦的做法。這可以包括優化實驗程序、改善飼養條件以及提供適當的獸醫護理。
- 選擇合適的型號：選擇符合道德準則並能得到可用資源支援的滑鼠模型。考慮以其穩健性、易於處理以及與現有協議的兼容性而聞名的模型。
- 後勤計劃：在開始研究之前對後勤因素進行徹底的評估。這包括確保有足夠的設施和資源，並針對與住房和繁殖相關的潛在挑戰進行規劃。
- 與道德審查委員會合作：在研究設計過程的早期積極讓倫理審查委員會或委員會參與。它們可以提供有關倫理考量的寶貴見解，並幫助研究人員設計符合既定指南的研究。
透過牢記道德和實際約束並實施 3R，研究人員可以增強研究的完整性，並確保他們的工作為科學界做出積極貢獻，同時尊重動物受試者的福祉。
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