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肿瘤药效模型看哪家？恒兴医药异种移植模型介绍
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前言 据国际癌症研究机构（IARC）发布的2020年全球最新癌症数据统计，2020年全球新发癌症病例1930万例，死亡病例990万例。同时，癌症类型的分布具有一定地理差异，其中亚洲地区的癌症新发病例和死亡病例分别占比49.3%和58.3%，中国是世界人口大国之一，癌症发病率和死亡率在亚洲地区占比最大。 图片 图1 肿瘤在全球的发病率与死亡率 另据WHO统计，2020年中国癌症新发病例为457万人，300万死亡病例，全球每4名新增癌症患者中，就有1个在中国。国内平均每天1.25万人确诊患癌。基于庞大的发病与死亡人群以及对生命及生活质量严重的危害程度，抗肿瘤药物的市场关注度不断提高，全球各个机构都在不断加强其研发力度，使得抗肿瘤药物研发处于快速发展阶段。据统计，近5年获得美国FDA批准最多的药物均为抗肿瘤药物/适应症，为癌症实现精准医疗逐步奠定了基础。在国内，抗肿瘤创新药的申报数量和占比也在逐年攀升，2022年抗肿瘤创新药的申报数量在当年所有新药的申报数量中占比接近50%。 非临床药效研究结果是判断药物有效性潜力的重要依据，同时也是评价药物是否能进入临床以及如何开展后续临床试验的重要支持。抗肿瘤药物的药效学包括体外、体内抗肿瘤研究，其中体内抗肿瘤研究结果是评价药物抗癌活性的主要参考依据。因此，动物肿瘤模型是抗肿瘤药物体内药效学研究的最有力工具。 2020年国家科技部等五部门联合制定的《加强“从0到1”基础研究工作方案》（国科发基〔2020〕46号）中明确提出要加强人类疾病动物模型等领域部署，抢占前沿科学研究制高点。针对肿瘤这种具有“双高”危害的恶性疾病，积极建立各种肿瘤动物模型，正好契合政策支持导向，一方面配合国家战略抢占前沿科学研究制高点；另一方面，肿瘤动物模型的建立在肿瘤发生与转移机制研究以及抗肿瘤药物的筛选和评价中也发挥着举足轻重的作用。可以这样说，正因为建立完善了各类肿瘤动物模型，人类离攻克癌症的距离才越来越近。 图片 合理选择动物肿瘤模型是抗肿瘤药物药效学研究的关键。肿瘤的动物模型多以小鼠、大鼠等啮齿类动物来建立，常见肿瘤模型包括自发性肿瘤模型、诱发性肿瘤模型、基因修饰肿瘤模型以及移植型肿瘤模型。不同肿瘤模型具有不同的特点和应用，因此要求研究者在选择动物肿瘤模型时需要从药物自身特性和研究目的出发，结合研发实际情况进行综合评估后，选择最合适的肿瘤类型。我们将常见动物肿瘤模型的介绍及优缺点、适用场景总结如下： 2.1 自发性肿瘤模型 自发性肿瘤模型是指实验动物未经任何有意识的人工处理，在自然情况下发生的肿瘤。 表1 自发性肿瘤模型总结 自发性肿瘤模型 优势 模拟肿瘤自然发生过程，其发生发展过程与人类肿瘤相似 不足 耗时长、成本高、个体差异大、药物敏感性低 适用研究 研究遗传因素与肿瘤发生的关系、建立可体外培养传代的肿瘤细胞系 2.2诱发性肿瘤模型 诱发性肿瘤模型是指利用物理、化学和生物致癌因素作用于动物，诱发动物发生肿瘤。常用诱导物有苯并芘、甲基胆蒽、联苯胺、亚硝酸类、黄曲霉素类等。 表2 诱发性肿瘤模型总结 诱发性肿瘤模型 优势 诱发因素和条件广可人为控制，诱发率高于自然发病率 不足 诱导时间长、个体差异大不易获得病程或肿瘤大小均一的肿瘤 适用研究 用于验证可疑致癌因素的作用以及在肿瘤病因学及肿瘤预防研究 2.3基因修饰肿瘤模型 基因修饰肿瘤模型是指通过多种方式操纵致癌基因或肿瘤抑制因子，从未诱发动物发生肿瘤的模型。主要有基因沉默、敲除、组织特异性表达、诱导表达等。 表3 基因修饰肿瘤模型总结 基因修饰肿瘤模型 优势 准确模拟人类癌症发生发展及恶化过程的多基因突变、证明特定基因在肿瘤发展中的作用等 不足 肿瘤表型外显率不高、肿瘤发展潜伏期长、费用高、操作复杂 适用研究 用于基因突变导致的肿瘤发病机制、肿瘤转移、肿瘤免疫逃避研究等 2.4移植型肿瘤模型 移植型肿瘤模型是指用源于动物或人的肿瘤组织或细胞移植到动物体内所形成的肿瘤动物模型。 表4 移植型肿瘤模型总结 移植型肿瘤模型 优势 肿瘤细胞系移植保持着原发肿瘤或患者肿瘤的大部分组织学特性、接近人体真实情况、造模时间短、重复性好、易构建 不足 缺乏肿瘤异质性、原位移植的技术难度大、肿瘤增殖时间短 适用研究 药物靶点验证、抗肿瘤药物筛选和药效评价、PK/PD和肿瘤免疫治疗研究等 其中，人源肿瘤细胞异种移植（CDX）模型是目前抗肿瘤效应评价研究中最为经典和成熟的荷瘤模型，在肿瘤学研究和抗肿瘤药物研发中应用最为广泛。 图片 人源细胞异种移植（CDX）模型构建一般是将人体肿瘤细胞在体外筛选、经过传代培养建立稳定的细胞系，再通过皮下、静脉或原位的方式接种到免疫缺陷小鼠体内进行生长。CDX模型包括皮下移植瘤模型、原位移植瘤模型、肿瘤转移模型。 图片 图2 移植型肿瘤模型构建流程示意图 不可否认，从总体上看，CDX模型技术已趋于成熟。但是，想要建立完善、稳定的CDX肿瘤动物模型所需要的时间、资源、人力投入巨大，同时对于研发人员的肿瘤生物学知识与实验技能的要求也非常高。正因如此，建立完善、稳定的肿瘤动物模型已成为肿瘤创新药物研发的技术壁垒之一。在构建模型过程中往往会存在各种这样或那样的问题，值得关注的一些问题诸如此类： 肿瘤细胞接种后肿瘤为何不长？ 肿瘤长起来后为何又消失？ 如何判断肿瘤是否转移？ 肿瘤模型为何不稳定？ …… 我们结合恒兴医药异种移植模型药效平台长期以来在肿瘤模型领域的经验，对上述问题进行初步探讨，抛砖引玉如下： 针对肿瘤细胞接种到动物体内后超过预期时间仍未成瘤，一般可以考虑细胞活力问题，细胞活力是影响肿瘤形成的重要原因，在细胞处理过程中的操作不当以及细胞处理后与接种时间间隔过长均可能造成肿瘤细胞活力下降，影响成瘤。此外在动物选择上，动物的周龄不宜过大，或者有些成瘤难度大的肿瘤细胞，就需要选择缺陷程度更高的动物，比如Nod-scid小鼠、NOG小鼠等。动物的饲养环境可能影响动物的状态，恶劣的环境会引起动物死亡，不易成瘤。 接种后肿瘤长出又消失，可能是首先观察到的为炎症反应，随后肿瘤细胞被动物本身吸收，故需要综合分析，必要时应马上重新接种。 接种后肿瘤发生转移至全身难以通过肉眼观察，一般需通过病理学检查、小动物活体成像、核磁成像等方法来观察肿瘤细胞的转移情况。 小伙伴有更多问题，欢迎随时联系我们进行交流。 图片 恒兴医药已经建立了常见人源肿瘤细胞异种移植动物模型库，经过数年埋头钻研，建立的抗肿瘤药物异种移植模型药效筛选与评价平台日益成熟完善（表5），可承接各种肿瘤药物的药效筛选与评价技术服务。目前，恒兴医药已经建立了14种肿瘤的皮下或原位移植肿瘤成熟模型，涵盖48种肿瘤细胞系（表6），大部分肿瘤模型在7~28天内达到成瘤标准（图3、图4、图5、图6），绝大部分瘤种的成瘤率在90%以上。 表5 恒兴医药抗肿瘤药物异种移植模型药效筛选与评价平台 CDX模型 肿瘤类型 已构建14种肿瘤模型，涵盖48种肿瘤细胞系 动物选择 BALB/c裸鼠（免疫缺陷小鼠）等 成瘤时间 1-4周 肿瘤模型测量指标 相对肿瘤体积、生存曲线、动物体重变化、平均瘤重、肿瘤转移、血样及肿瘤组织中药物浓度、肿瘤组织的形态学与组织病理学等 表6 恒兴医药肿瘤异种移植模型肿瘤种类与细胞系 肿瘤种类 细胞系 肺癌 A549、NCI-H520、NCI-H460、HCC827、LLC 乳腺癌 T-47D、MDA-MB-231、MCF-7、SK-BR-3 肝癌 HepG-2、SMMC-7721、Hep-3B、HCCLM3、MHCC97H、HEPA1-6 胃癌 AGS、SGC-7901、BGC-823、MKN-28、NUGC4 结直肠癌 HCT-8、HCT-116、LOVO 前列腺癌 PC-3、LNCap、DU145 食管癌 TE1、ECA109 胰腺癌 BxPC-3、ASPC-1、PANC-1 甲状腺癌 B-CPAP、TPC-1、TT、SW579 膀胱癌 5637、T24 神经肿瘤 SK-N-AS、U87MG 肾癌 A498、786-O、caki-1 卵巢癌 HO8910、SK-OV-3 鼻咽癌 CNE-1、CNE-2、HNE-1、5-8F 图片 图3 恒兴NUGC-4肿瘤细胞异种移植后肿瘤生长曲线 图片 图4 恒兴A549肿瘤细胞异种移植后肿瘤生长曲线 图片 图5 恒兴HCT-8肿瘤细胞异种移植后第14天肿瘤皮下生长情况 图片 图6 恒兴NUGC-4肿瘤细胞异种移植后第21天肿瘤形态 图片 抗肿瘤药物研发开发过程中非临床药效学评价具有重要的作用，药效学评价信息为药物进入临床提供有效性支持，肿瘤动物模型作为抗肿瘤药物药效学研究中的有力工具，对药物作用机制的研究甚为重要，也为药物筛选及药效评价奠定了基础，为药物通往临床试验构建了桥梁。恒兴医药依托自身不断完善与成熟的抗肿瘤药物异种移植模型药效筛选与评价平台，将致力于合理应用以及开发各种动物肿瘤模型，通过应用成熟的常用抗肿瘤效应评价体系，来高效准确以及合理化地评价抗肿瘤药物的临床前疗效。 参考文献 [1]Xia C, Dong X, Li H, Cao M, Sun D, He S, Yang F, Yan X, Zhang S, Li N, Chen W. Cancer statistics in China and United States, 2022: profiles, trends, and determinants. Chin Med J (Engl). 2022 Feb 9;135(5):584-590. [2]闫莉萍,王海学,王庆利.抗肿瘤药物非临床药效学研究的一般考虑[J].中国新药杂志,2014,23(02):147-148+160. [3]Jung J, Seol HS, Chang S. The Generation and Application of Patient-Derived Xenograft Model for Cancer Research. Cancer Res Treat. 2018 Jan;50(1):1-10. [4] Cheon DJ, Orsulic S. Mouse models of cancer. Annu Rev Pathol. 2011;6:95-119. [5]Korinek V. Special Issue: Animal Modeling in Cancer. Genes (Basel). 2020 Aug 27;11(9):1009. [6]黄宁,彭芳.抗肿瘤药物动物模型的评价[J].大理学院学报,2008(02):56-58. [7]小鼠癌症模型构建的发展进程.生物制品圈. [8]动物模型系列之常见肿瘤动物模型.基础实验 [9]裸鼠成瘤(CDX模型)之经验分享.MDL科研助手 [10] 肿瘤模型概述.南模药讯 [11] Cekanova M, Rathore K. Animal models and therapeutic molecular targets of cancer: utility and limitations. Drug Des Devel Ther. 2014 Oct 14;8:1911-21. |
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