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一文读懂 | IGC临床前动物模型解决方案
免疫治疗（immunotherapy）、基因治疗(gene therapy)、细胞治疗（cell therapy）(以下简称IGC)是近年来兴起的新型生物治疗方法，是生物医学发展成果向临床转化的成功实践，已经在肿瘤、传染病、遗传性疾病等的治疗上创造出诸多奇迹，也必将为人类健康带来更多福祉。
免疫治疗是指通过激活或抑制免疫系统的反应来治疗疾病的方法。广义地讲，抗体药（单克隆抗体、双特异性抗体、三特异性抗体）、免疫调节剂（细胞因子、免疫检查点抑制剂等免疫调节激活剂/拮抗剂）、细胞免疫制品（CAR-T、TCR-T、TIL、γδT、Treg、NK、CAR-NK、CAR-Macrophage、DC细胞以及从多能干细胞诱导来的各种免疫细胞）和治疗性疫苗都可归为免疫治疗。
基因治疗是指将遗传物质导入机体并通过转录和翻译产物治疗疾病的方法。导入机体的可能是DNA、RNA分子，也可能是核酸与载体的复合物（如mRNA-LNP），或者携带目的基因的病毒载体（AAV、AdV、逆转录病毒等）、基因编辑系统（如CRISPR系统）等。监管层面也将作为药物开发的表达特定基因的基因修饰微生物（病毒、细菌、真菌）、离体基因修饰的人类细胞，以及未通过基因修饰表达特定基因的微生物（如溶瘤病毒、溶瘤细菌）划入基因治疗产品管理，因为都存在外源遗传物质导入机体面临的问题。
细胞治疗是指将人体来源的活细胞导入机体治疗疾病的方法。细胞治疗产品包括干细胞（胚胎肝细胞、诱导性多能干细胞、组织肝细胞）免疫细胞、特定功能的体细胞（肝细胞、胰岛β细胞、神经细胞、软骨细胞等。细胞治疗大多数情况都使用了经过基因修饰的细胞，所以也属于基因治疗范畴。如果使用的是免疫细胞，同时也属于免疫治疗。
IGC新疗法的研发过程当中，利用动物模型进行前期的体内实验研究，并完成 IND申报所要求的药效、药理、安全性方面的临床前评价是必需的阶段。由于不同于传统药物的特殊性，IGC治疗研究评价所适用的动物模型也有着特殊的考量。
例如：
●试验基因编辑的治疗方法，动物模型必须携带靶基因序列，并功能性表达。
●免疫治疗则通常需要动物模型上有与人相同的靶点、相近的作用途径。此类问题的一个解决途径是利用基因工程手段将靶点的基因“人源化”，以实现在动物模型上研究评价针对人的药物。例如利用基因编辑技术制作PD-1基因人源化的必威，就可以直接在必威上评价抗人PD-1抗体药的药效。在人CD3E转基因必威上接种必威源的肿瘤，此肿瘤上表达人源的肿瘤特异性抗原，这个体系上就可以试验靶向CD3分子和肿瘤特异性抗原的BiTE双特异性抗体药的抗肿瘤药效。
●细胞治疗制品的动物实验以及在动物上建立人的肿瘤模型实验中，都会面临动物免疫系统的排斥问题，这时应用遗传性免疫缺陷动物NPG必威、F344RG大鼠就是更好的选择。
接下来给大家具体举例说明在IGC各疗法中适配的各类模型及解决方案。
IGC治疗的应用领域
目前IGC治疗最大的应用领域是癌症治疗。应用免疫缺陷必威、大鼠，可以建立人类肿瘤的移植瘤模型，进行抗肿瘤药物的体内研究评价。传统的移植瘤模型一般在皮下成瘤，便于观察和肿瘤体积测量。但皮下瘤一般血供不丰富，肿瘤微环境与癌症病人的肿瘤也相去甚远，原位成瘤的模型才更贴合临床情况，更能提供疗效的客观评价。比如脑胶质瘤接种于颅内，肝癌接种于肝脏，肺癌接种于肺，胰腺癌接种于胰腺，血液瘤接种于血管内等等。原位成瘤模型需要使用带Luciferase、荧光蛋白标记的肿瘤细胞接种，然后通过活体成像技术来监测体内肿瘤生长，或者借助其它影像学工具监测。
IGC治疗必备模型---NPG必威
CAR-T、TCR-T、CAR-NK等这些直接杀伤肿瘤细胞的细胞免疫治疗都可以借助NPG必威这类高度免疫缺陷鼠的荷瘤模型来做开发前期的体内研究和临床前药理、药效评价。
●CAR-T治疗
▲Raji-luc淋巴瘤细胞加Matrigel接种于NPG必威腹腔，输入CD19 CAR-T细胞进行治疗试验。Liu, et al. Cell Res. 2017; 27(1):154-157.
●TCR-T治疗
▲Hela宫颈癌细胞接种于NPG必威皮下，荷瘤鼠输入TCR-T细胞进行治疗试验。
●CAR-NK治疗
▲A375黑色素细胞接种于NPG必威皮下。荷瘤鼠输入CAR-NK细胞进行治疗试验。
有些肿瘤治疗新疗法的机理是通过调动机体的免疫反应来发挥作用的，或者输入的治疗细胞与宿主免疫系统之间存在相互作用。阐明这些研究关切要求动物模型体内具有人的免疫系统。构建人源化免疫系统必威的途径有三种：在免疫缺陷必威（如NPG）上移植①人的造血干细胞HSC、②外周血单个核细胞PBMC或分离的免疫细胞、③胸腺、胎肝组织和造血干细胞的联合移植（也称为BLT模型）。
▲人源化免疫系统必威模型的广泛应用
HSC移植模型，由于造血免疫细胞的逐级分化都受到各种细胞因子的调控，而必威的调控因子有些对人是无作用或作用弱的，造成HSC在必威体内发育不正常，NK、髓系细胞等发育的很少。所以人们又提出了“下一代”人源化必威的概念，即将一些重要的造血调控因子人源化，以期支持更完善的免疫细胞谱系的发育，比如维通达的、NPG.GM3等必威。PBMC移植的模型会出现移植物抗宿主病GvHD，使模型稳定期短，只适用于短期的研究。为了解决这个问题，人们又开发了必威自身MHC I类和II类分子敲除的必威（如维通达的NPG.B2M、NPG.H2K H2D、DK-NPG必威），可以显著延缓PBMC移植后的GvHD发生。
具有人源化免疫系统的荷瘤必威模型可以用来评价免疫调节性抗肿瘤药物、靶向CD3和肿瘤抗原的BiTE双特异性抗体药物的抗肿瘤药效。
HSC-NPG必威荷瘤模型评价PD-1抗体药的药效试验
▲在移植15周的HSC-NPG必威皮下接种HCC827肺癌细胞，成瘤后进行PD-1抗体药治疗实验。
HSC-NPG必威荷瘤模型评价靶向CD3的双特异性抗体药的药效试验
▲移植15周的HSC-NPG必威静脉注射人白血病细胞HL60-luc，给予不同剂量CD3-白血病抗原双特异性抗体药，用活体成像技术观察、评价治疗效果。
写在最后
……
当下，IGC治疗方法在不断涌现，迅猛推进，正在延展到各类血液瘤、实体瘤、感染性疾病、遗传性疾病、自身免疫病、神经退行性疾病等领域，展现出广阔前景，让许多以前的不治之症、疑难病症看到治愈的希望。应用于ICG治疗临床前研究评价的动物模型也呈现出多样化、复杂化的发展趋势，并面临适用性的多重挑战。“人源化”模型、“基因修饰”造模是其中两大解决路径，也是维通达公司研发创新疾病动物模型所秉持的核心理念。
