Конструирование гуманизированной модели костного органа на мышах для изучения костных метастазов

Разработчик

Лаура С. Мартин, Борис М. Холзапфель, Анна В. Таубенбергер, Дитмар В. Гутмахер и др.

Описание технологии

Современные модели in vivo для исследования первичных опухолей костей человека и метастазирования рака в кости создаются на основе инъекции раковых клеток человека в скелет мыши. Такой подход не способен отражать видоспецифические механизмы, имеющие место при человеческих заболеваниях и может помешать успешной трансляции таких исследований в клинику.

Данная технология предлагает протокол для конструирования гуманизированной кости в организме иммунодефицитных хозяев, которая может быть адаптирована для изучения взаимодействия между раковыми клетками человека и микроокружением гуманизированной кости in vivo. Исследователь, прошедший обучение принципам тканевой инженерии, способен выполнить такой протокол и получить результаты исследования в течение 4−6 месяцев.

На аддитивные биоинженерные каркасы высевали человеческие клетки, формирующие кость (человеческие первичные остеобластные клетки), и культивировали их, после чего каркасы имплантировали эктопически (подкожная имплантация) в комбинации с введением остеогенных факторов в организм мышей для того, чтобы создать физиологический костный «орган», который является частично гуманизированным. Модель включает в себя клетки кости человека и секретирует внеклеточный матрикс; однако другие компоненты сконструированной ткани, например, сосудистая сеть, происходят из организма мышей. Модель может быть дополнительно гуманизирована за счет приживления человеческих гемопоэтических стволовых клеток, которые могут обеспечить возможность образования человеческих клеток крови в мышином организме-хозяине. Гуманизированная модель костного органа была хорошо охарактеризована и успешно валидизирована. Она позволяет провести исследование некоторых механизмов метастатических процессов в костях при раке предстательной и молочной желез.

Практическое применение

Наиболее распространенное применение этой технологии − это использование гуманизированной костной среды в качестве доклинической модели in vivo для исследования видоспецифических механизмов при метастазах рака кости.

Помимо создания модели для фундаментальных исследований по биологии рака, целью этого протокола является использование биоинженерного костного конструкта, созданного на основе ткани человека, в качестве платформы для тестирования лекарств с целью исследования специфических методов лечения, которые не могут быть испытаны в обычных моделях на грызунах из-за видовой несовместимости, например, при взаимодействиях рецептор-лиганд. Возможность использовать клетки, полученные от конкретных пациентов, может также позволить применение данной костной биоинженерной модели в качестве пациент-специфичной платформы для исследования реакций на лекарства и взаимодействий остеогенных, гемопоэтических и опухолевых клеток, полученных из организма отдельного донора.

Лаборатории

• Queensland University of Technology (QUT), Brisbane, Queensland (Australia)
• Orthopedic Center for Musculoskeletal Research, University of Wuerzburg, Wuerzburg (Germany)
• George W Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta (USA)
• Institute for Advanced Study, Technical University Munich, Garching (Germany)

Ссылки

Публикации

• Martine, L.M. et al. «Engineering a humanized bone organ model in mice to study bone metastases." 12 Nature Protocols (2017): 639–663.
• Quent, v. M.C. et al. «Differential osteogenicity of multiple donor-derived human mesenchymal stem cells and osteoblasts in monolayer, scaffold-based 3D culture and in vivo." 61 Biomed. Tech. (2016): 253–266.
• Thibaudeau, L. et al. «New mechanistic insights of integrin β1 in breast cancer bone colonization." 6 Oncotarget (2015): 332–344.