人間疾患研究に適した免疫不全マウスの選び方

適切な免疫不全マウスモデルを選定するためのいくつかのヒントを以下に示す。

研究目的を明確にする

同じ免疫不全マウスモデルがすべての状況に適しているわけではない。モデルの選定は、研究目的およびそれに伴う制約に応じて行う必要がある。したがって、研究のニーズを明確にし、具体的な問いに応じたモデル開発を進めることが、免疫不全マウスモデル開発の前提となる。

動物モデルが提供すべき具体的な情報を明確にした後、その情報をどうして免疫不全マウスモデルが得られるかを検討する。この情報が、モデル開発プロセスの残りの部分を導く。

代表的な免疫不全マウスモデルの系統は以下の通りである。

内在的病理的要因の概要を示す

実験要件を明確にした後、次に免疫不全マウスモデルの開発において重要なのは、そのモデルがヒト疾患と内在的にどのように関連しているかを特定することである。生物学的因子や病原体は宿主と内在的要因を通じて相互作用する。マウスモデルとヒト状態を比較する際には、研究対象の生物学的プロセスに関連するすべての内在的要因を特定することが重要である。

モデル開発の初期段階は明確で基本的と思えるが、見過ごされがちであり、研究プロジェクトに適したモデルにならない原因となる。感染の進行過程における基本的なステップを特定することが、疾患の病理過程を定義し、研究に適したマウス系統を決定する第一歩となる。

単純な線形プロセスとして、病原体はまず宿主に曝露され、次に宿主と結合し、侵入し、体内で標的組織へ分布し、最終的に有害な影響を及ぼす。感染は、マラリア蚊やチックの刺咬による注射、または擦過によって伝播する。

病原体と粘膜（消化管や肺など）との相互作用も存在する。病原体が宿主細胞の受容体に結合する場合もある。病原体は粘膜細胞を介して宿主に侵入し、宿主の細胞プロセスを乗っ取ることで全身循環へ到達する。宿主に侵入した後、病原体は体内を拡散する（循環系を介して）。分布中に、病原体は標的組織の受容体に結合し、標的化する。

標的細胞内で、病原体は特定の生化学的プロセスに影響を及ぼし、疾患を引き起こす。病原体が宿主細胞に侵入せず、標的組織に到達しなくても、毒素や組織破壊酵素などの細胞外物質を産生することがある。これらの因子は体内に運ばれ、循環によって標的組織や細胞に分布する。

病原体と宿主の間に複雑な相互作用が存在する。病原体と宿主が相互に影響を及ぼすことで、両者とも大きく変化する。病原体が存在する際、特定の受容体が宿主細胞で産生される場合もある。また、病原体が侵入すると、先天的防御および獲得免疫が活性化される。

この相互作用において、侵入する生物が宿主細胞や組織を直接損傷し、宿主の細胞プロセスを活用して増殖を促進する。宿主の病原体に対する反応が、感染による疾患の重症度を決定する。

病原体と宿主の相互作用が、病原体の病原性を決定する。この相互作用をモデルで再現する必要がある。したがって、宿主と病原体は、病原体モデルの内在的要因として共同して形成され、モデルを定義する。

外因的病理的要因の概要を示す

内在的要因に加えて、外部要因もプロセスに影響を与えるが、病原体と宿主の相互作用には直接関与しない。外因的要因とは、宿主と病原体の関係や因子の外側にある要因である。これらは通常、動物モデルの一部ではないが、極めて重要である。宿主と病原体の相互作用は、特定の動物モデルおよび内在的要因に影響を与える。

例えば、試薬の調製・取り扱い・賦形法の方法が結果に影響を及ぼすことがある。外部要因は宿主の反応にも影響を及ぼす。使用される床材、温度、試薬投与時間、マウスの飼育環境の光周期なども、マウスの免疫応答や研究対象薬剤の薬物動態に影響を及ぼす可能性がある。

外因的要因は、研究の実験設計を拡張する。したがって、これらは明確に定義・記録しておく必要があり、ヒト疾患への一般化を可能にする。

外因的要因の特定に関しては意見が分かれているが、これらが動物を用いた実験設計に全体的に影響を与えることは広く認識されている。動物モデルでは、宿主動物が病原体または生物学的因子に曝露される。動物モデルを理解し、制御するためには、外因的要因と内在的要因を総合的に評価することが実験設計の一部として不可欠である。

検索フレームワークを定義する

内在的および外因的要因の関連性を評価するには、初期段階で自由に利用可能なリソースを用いた文献レビューが求められる。免疫不全マウスモデルに関する研究やヒト臨床データを含むレビューが、初期レビューの一部となる。このレビューを通じて、包括的な文献検索戦略を設計できる。

初期の文献レビューで得られた考慮事項をもとに、包括的な文献検索戦略を構築する。文献レビューは、免疫不全モデルの選定および開発において、しばしば見過ごされがちであるが、必要な情報を得るために不可欠である。包括的なデータおよび出版物の検索を可能にする検索戦略を設計することが重要である。

体系的な文献レビューにより、関心のある生物学的現象に関連する要因を特定できる。このレビューは、モデル選定および開発プロセスにおける科学的根拠に基づく意思決定を支えるために不可欠である。包括的な検索戦略は、関連するデータおよび出版物を網羅的に把握するためのものである。

包括的な検索戦略には、あらゆる関連情報源を検索することが含まれる。単一のデータベースではすべての情報を含んでいないため、複数の検索戦略が適切である。関連性の高い自由情報源から検索を開始し、その後、有料情報源を組み込む戦略が有効である。

適切な遺伝的背景を特定する

異なる遺伝的背景を持つマウスは、顕著な異なる表現型と応用を持つ。NKGマウスモデルは、バイオメディカル研究で広く用いられ、高度な免疫不全状態を示す。その特徴の一つとして、NOD遺伝的背景があり、先天的免疫の欠損、特にNK細胞活性の低下、補体活性の低下、マクロファージ機能の低下、抗原提示細胞の機能不全が認められる。

モデルを調査する

モデルを選定する前に、その免疫成分を慎重に検討する必要がある。各免疫不全モデルにおいて、B細胞、T細胞、樹状細胞、マクロファージ、NK細胞、補体の機能残存状態を検討し、内因性免疫応答のメカニズムを把握する。

ヌードマウスにはNK細胞が存在し、先天的免疫が健全であるため、ヒト細胞の初期植え込みが阻害されることがある。ヒト組織、造血幹細胞、末梢血単核細胞（PBMC）の植え込みは、複数のサイトカインシグナル欠損を示すNKG系モデルの方がより容易である。

免疫不全モデルに健全な免疫成分が残っているかどうかを確認した上で、モデルを選定する。さまざまな免疫不全マウス系統および異種移植の違いを理解するためには、免疫系成分についてさらに調査する必要がある。

モデルの特性を理解する

漏れ（Leakiness）：一部の系統はScid変異により漏れを示す。B6-scidマウスでは、3〜9か月齢の間に機能的T細胞およびB細胞が限定的に存在する。NOD-SCIDマウスは漏れ率が低く、NKGマウスは漏れが全くない。

寿命：長期的な異種移植、特に数か月かけて成長する原発性腫瘍の研究では、寿命が短いモデルは避けるべきである。これらのモデルは、胸腺にIL-2依存性リンパ腫を発症するため、寿命は約5〜9か月程度である。

飼育管理：免疫不全系統は、免疫健全マウスとは異なり、特別な飼育環境とケアが求められる。

放射線感受性：放射線療法評価に適したモデルは、放射線耐性のマウスが望ましい。ScidマウスではDNA修復に関与するタンパク質の変異により、過度な放射線感受性を示す。一部の放射線療法研究では、Rag1またはRag2ノックアウトマウスがより高い放射線耐性を示すため、適している。また、Rag KOマウスはDNA損傷を引き起こす化学療法薬に対して感受性が低い。

背景特性：重要な背景系統の特徴、たとえばハプロタイプ、行動特性、疾患感受性を検討する。NOD系統では糖尿病が問題となり、NK細胞、マクロファージ、抗原提示細胞（APC）、補体系の機能が不全である。

繁殖能力：ヌードマウスは繁殖能力が低い。雌マウスは2.5か月齢で排卵を開始するが、4か月齢で排卵を停止する。

本レビューが、さまざまな免疫不全マウスモデルについて包括的な検討を行い、選定および利用に関する実用的なアドバイスを提供できることを期待する。選定プロセスを簡素化するために、弊社までお問い合わせください。電話：800-921-8930 / +1 408-969-0306、メール：[email protected]