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人源化腫瘤異種移殖 (PDX) 動物模型的初學者指南

2017-05-9

大多臨床前的醫護研究人員已聽過Patient-Derived Xenograft,也就是人源化腫瘤異種移殖,簡稱PDX。但在這博大精深的腫瘤學域裡,還有許多研究人員無法確切預期這類模型的發展,或者發現與傳統異種移殖技術比較所帶來的附加價值,甚至該在何時將此技術加入到藥物研發計畫中,都有著深入的學問。

因此,我們將帶領各位探討PDX的基本原理,以及預期發展和成果。

PDX是什麼?與Cell Line Derived Xenografts (細胞系來源異體移殖) 有何不同?

在藥物研發的過程中,通常是使用動物模型來了解功效,其中包含了藥物動力學(pharmacokinetics)、藥效動力學(pharmacodynamics)、代謝以及動物對候選藥物的耐藥性。 在腫瘤學中,過去都是使用患者組織所培養出來的體外永生細胞細胞系。但由於這些細胞系長期培養於塑料製品並使用好幾代,最後則會轉變成與原本病體差異甚大的版本。

PDX是將患者腫瘤組織直接移植給小鼠,而非在試管中生長。 再從有達到合理的生長速度之腫瘤的小老鼠中取出,隨後再將腫瘤組織移植給其它的動物(例如從P1到Pn等),這便是所謂的PDX模型。

這些模型主要是在有機物體內繼續維持生命,與各式各樣的細胞一同成長於模仿人體腫瘤的微環境裡。

PDX提供穩定的數據,可以容易顯示出親代腫瘤之特徵。相較於傳統異種移殖,PDX更能夠展現出腫瘤的組織與分子病理學、驅動突變和致癌性變化等等的,並使研究人員能夠更精準的預期臨床前藥物檢測。

我怎麼知道PDX模型是否能夠確實反映出患者的腫瘤呢?

原生的PDX模型擁有嚴格的品質管理,並可以透過較低的細胞傳代數,使我們能夠確保獲得完整的腫瘤病理和展現遺傳指紋圖譜(STR)的模型,同時也能利用較低的細胞傳代數來避免細胞遺傳飄移。

我該從PDX模型中預期哪些資料?

從PDX中我們可以獲得很多病人和模型的資料。 從病人方面來說,背景資料像是種族、年齡、吸不吸煙、病情的階段或程度、活組織檢查或切片檢查、病理診斷、和以前有過什麼樣的治療。

如上所述,我們將會從病理上的品質控制和模型指紋來解釋PDX模型,並將會擴大且涵蓋所有在選擇模型、了解反應和疾病背景時所需要的遺傳數據。這些包括了基因的表現,質粒拷貝據、突變、聚變與小分子核糖核酸的表現。而這些數據很有可能來自次世代定序技術組合,例如RNA 測序(RNA sequencing)與全外顯子組定序 (whole exome sequencing)等,或者是利用微陣列數據和模型熱點分析的方法來驗證試管試驗。

免疫組化數據也是在研究特定疾病類型時不可或缺的, 比方說使用ER、PR或HER2的基因表現狀態是影響決定乳癌子類型的重要因素。

另一方面,治療功效通常需要透過生長曲線來證實,同時也可以顯現在特定模型裡不同的生長方式。 這些成長的數據可以與其它合適的治療數據結合起來,以便了解此模型對作片上系統(SoC) 與實驗藥物的反應、模型是否有抗拒治療以及探討反應與背景。

特定類型的疾病也該擁有詳細的資料,例如血癌模型, 急性骨髓性白血病 (Acute Myeloid Leukemia),您可找一找到患者主要的血液檢查報告、查看患者主要的骨髓細胞形態,還有抗原表達的模型表型。

我該如何選擇一個PDX模型?

也許基於上述討論過的功能之一,您想要的是三陰性乳癌模型、一個詳細的融合模型、一個抵抗作片上系統抗藥性的模型?要找到您所需要的PDX模型,最簡單的方法是藉由網路模型數據庫,因為它允許您在數據庫內搜索任何的模型參數。您要尋找的可以是一個適應症,或是高基因表達的癌症類型。

若您需要快速找尋大量的蛋白質標靶模型,腫瘤微陣列也能有效的幫助您。

我該什麼時候將PDX添加到我的藥物發展計劃?

PDX是一個最理想的工具,因為它們是現階對預測異種移殖最準確的模型,所以當您在籌備藥物發展計劃的進行臨床試驗時,就可以準備將PDX加入您的計畫了。 PDX的成長和對SoC的反應皆能與患者的臨床反應有著良好的關係,同時在適應症指南與患者臨床分層上提供精準的預測數據。

不過呢,傳統的異種移殖對於早期的藥物研發仍然非常有效,例如用於多個潛在的候選化合物與其序列進行初期的評估,或是依照這些化合物對於目標的功效進行評估與排名。

PDX有哪些主要的用途?

PDX有著廣泛的用途,它能夠呈現與患者相似的腫瘤和能夠被預測的反應:

  • 在個人的模型層面上研究特定的腫瘤反應 (根據您所針對的特定遺傳特徵所製造出來的模型)
  • 在群體研究中給臨床前藥物做篩選、生物標記物分析包括臨床試驗分層、以及找出面對敏感性與抗藥性的機制。

我可以使用PDX進行免疫腫瘤學的研究嗎?

可以,只要你在老鼠身上植入患者的腫瘤細胞。 PDX實際上是免疫治療法研究中的理想模型,因為它們可以呈現人類臨床實驗時腫瘤的特徵和多樣性。 腫瘤也可能使用不同的機制來相互作用或干擾免疫系統,PDX模型皆可以重現。

如果您對PDX模型有任何其他問題,或如何使用它們,若有興趣想了解更多,請與我們聯絡。