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马萨诸塞州综合医院研究人员开发的一种新型动物模型有望降低成本,更易于使用并改善癌症和其他疾病的个性化治疗方法。在他们在线发表在Cell上的论文中,研究人员描述了使用他们的免疫缺陷斑马鱼模型来观察活体动物单细胞分辨率下的药物反应。他们还为横纹肌肉瘤确定了一种有前途的新疗法,横纹肌肉瘤是一种主要在儿童中发展的肌肉癌。

美国约翰霍普金斯Kimmel癌症中心的研究人员发现,将几种表观遗传治疗药物联合使用,对非小细胞肺癌进行治疗,能够让其更好地响应免疫疗法,在人类的癌症细胞系和小鼠体内实现抗肿瘤反应。

在一项新的研究中,来自美国麻省总医院的研究人员开发出一种新的动物模型,该模型有望更便宜、更容易使用,并能改善针对癌症和其他潜在疾病的个性化治疗。具体而言,他们描述了利用他们的免疫缺陷斑马鱼模型在单细胞分辨率下可视化观察活体动物的药物反应。他们还为横纹肌肉瘤(rhabdomyosarcoma)---一种在主要儿童中出现的肌肉癌---确定了一种有前景的新疗法。相关研究结果于2019年4月25日在线发表在Cell期刊上,论文标题为“Visualizing Engrafted Human Cancer and Therapy Responses in Immunodeficient Zebrafish”。

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“我们已经创建了第一个免疫受损的斑马鱼模型,可以强有力地植入和培养人类癌症,”该报告的高级作者,MGH分子病理学部门和MGH癌症中心的David Langenau博士说。

UEDBET西甲赫塔菲在风流潇洒项新的钻研中,和有贬抑与气瘤发展有关的细胞复制和分裂效率的。2017年11月30日,发表在Cell杂志上的这项研究,将称为“5-氮杂胞苷”的去甲基化药物,和有抑制与癌症发展有关的细胞复制和分裂作用的“HDACis”联合使用,以激发抑癌基因的作用。

UEDBET西甲赫塔菲 ,图片来自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.04.004。

该报告的第一作者Langenau团队的Chuan Yan博士补充说:“这些免疫受损的斑马鱼光学透明,使我们可以随时间观察单个癌细胞的细胞特征和治疗反应。该模型具有改变的潜力个性化治疗的规模和首次提供前所未有的能力,以单细胞分辨率成像各种癌症过程。“

这种联合疗法触发了一个化学级联反应,增加了免疫细胞对肿瘤的“战斗力”,减少了癌基因MYC的作用。基于这些发现,研究人员将会把这种方法实施到非小细胞肺癌晚期患者的临床试验中。

论文通讯作者、麻省总医院癌症中心的David Langenau博士说,“我们创建出首个免疫缺陷斑马鱼模型,在其中可强有力地植入和培养人类癌症。”

尽管将人类癌细胞移植到动物模型中有助于确定驱动肿瘤生长,转移和治疗反应的机制,但传统的小鼠模型具有显着的局限性,包括维持它们所需的成本和空间以及难以观察植入肿瘤细胞的肿瘤细胞。动物毛皮覆盖的皮肤。这样做需要创建预先植入的“窗口”,这不允许在整个动物体内传播癌细胞。

1联合用药的分子机理

论文第一作者、Langenau实验室研究员Chuan Yan博士补充道,“这些免疫受损的斑马鱼在光学上是透明的,这让能够我们在一段时间内观察单个癌细胞的细胞特征和治疗反应。这种模型有潜力改变个性化治疗的规模,并且首次提供前所未有的能力在单细胞分辨率下对各种癌症过程进行成像观察。”

以前的研究已经将人类肿瘤细胞植入了两天大的斑马鱼幼虫中,这些幼虫尚未形成免疫系统。但这种植入物最终会被免疫系统拒绝,从而无法评估长期治疗反应。此外,两天大的斑马鱼不能在与人体细胞相同的温度下生长,这阻碍了这些模型中肿瘤发展的准确再现。

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尽管将人癌细胞移植到动物模型中有助于确定促进肿瘤生长、转移和产生治疗反应的机制,但是传统的小鼠模型具有显着的局限性,包括维持它们所需的成本和空间以及难以可视化观察植入到小鼠皮肤下面的肿瘤细胞。做到这一点需要构建预先植入的“窗口”,而这又不允许癌细胞在整个小鼠体内传播。

由Langenau团队开发的突变斑马鱼菌株在成年期是透明的,缺乏两个基因,导致缺乏T细胞,B细胞和NK细胞。研究人员能够将几种类型的癌细胞植入他们的模型中,在那里他们发展成与人类相似的肿瘤。直接从患有肿瘤的患者(例如黑素瘤,成胶质细胞瘤,乳腺癌和横纹肌肉瘤)获得的细胞也成功地在成年鱼中生长超过28天,许多动物死于癌症进展。

在一系列的实验中,研究人员研究了5-氮杂胞苷结合组蛋白去乙酰化酶抑制剂entinostat、mocetinostat或givinostat在人类癌细胞和非小细胞肺癌小鼠模型中的作用。

之前的研究已将人肿瘤细胞植入到两天大的尚未形成免疫系统的斑马鱼幼鱼中。但是,这些细胞植入物最终会被免疫系统排斥,从而无法评估长期的治疗反应。此外,两天大的斑马鱼不能在与人体细胞相同的温度下生长,这阻碍了在这些模型中准确地再现肿瘤产生。

该团队使用他们的模型来研究两种药物的组合 - 奥拉帕尼和替莫唑胺,目前正在进行尤文氏肉瘤的临床试验 - 是否可以抑制横纹肌肉瘤的生长。他们使用新的斑马鱼模型和小鼠模型进行的实验表明,虽然单独用任何一种药物治疗对任何一种癌症的效果都有限,但联合治疗可以从两种动物模型中消除横纹肌肉瘤细胞,斑马鱼模型允许单细胞可视化治疗反应。

研究发现,相关治疗可改变肿瘤微环境。在肿瘤细胞系中,5-氮杂胞苷抑制了癌基因MYC,导致了整个MYC信号通路的下调。添加的组蛋白去乙酰化酶抑制剂进一步让MYC基因无效,药物一起作用的效果随后防止了癌细胞的增殖,同时吸引了更多的免疫系统T细胞达到肿瘤表面和激活这些细胞对肿瘤的识别。

由Langenau团队开发的这种突变斑马鱼品系在发育到成年期是透明的,并且缺乏两个基因,这导致T细胞、B细胞和自然杀伤细胞的缺乏。这些研究人员能够将几种类型的癌细胞---来自实体瘤和血液系统肿瘤---移植到他们开发的免疫缺陷斑马鱼模型中,在那里它们产生类似于在人体中发现的肿瘤。直接从患有黑色素瘤、胶质母细胞瘤、乳腺癌和横纹肌肉瘤等肿瘤的患者体内获得的肿瘤细胞也成功地在成年的斑马鱼中生长28天以上,不过也有不少斑马鱼死于癌症进展。

哈佛医学院病理学副教授兼哈佛大学干细胞研究所教员兰格诺说:“这项工作特别令人兴奋,原因有两个。”“首先,我们确定了一种针对毁灭性儿童癌症的潜在新疗法。其次,我们现在表明,各种人类肿瘤可以在免疫缺陷的斑马鱼中生长。该模型有可能改变我们在进入之前评估药物的方式。临床环境

减少所需的成本和时间,允许快速评估联合疗法,并以单细胞分辨率直接观察药物反应。该模型将真正改变癌症生物学。“

研究人员正在与MGH和Dana-Farber癌症研究所的临床试验团队以及相关的制药公司合作,完善现有的临床试验,包括横纹肌肉瘤,这将是第一个基于研究的2期癌症药物试验。斑马鱼。Langenau的团队还在探索该模型在免疫疗法,干细胞生物学和再生医学中的潜在用途。

2联合用药能控制肿瘤

Langenau团队使用他们的模型来研究两种药物---奥拉帕尼和替莫唑胺---的联合使用是否能够抑制横纹肌肉瘤的生长,其中这两种药物当前在临床试验中用于治疗尤文氏肉瘤。他们使用这种新的斑马鱼模型和小鼠模型开展的实验表明,尽管单独使用这两种药物中的一种对治疗这两种癌症模型的效果都有限,但是它们的联合使用可清除这两种动物模型中的横纹肌肉瘤细胞,而且这种斑马鱼模型允许在单细胞水平下可视化观察治疗反应。

在小鼠模型中,观察到最强烈的反应,是使用5-氮杂胞苷加givinostat时。在一个突变的非小细胞肺癌小鼠模型中,这种药物组合给药三个月就取得了预防良性肿瘤成为癌症的效果,并导致肺部良性肿瘤外观整体面积减少60%。与此相反,一群接受对照治疗的、具有相同肺癌类型的小鼠肺中出现了巨大的癌性病变。

Langenau说,“这项研究特别令人兴奋,原因有两个。首先,针对一种破坏性的儿童癌症,我们鉴定出一种潜在的新疗法。其次,我们如今发现多种人类肿瘤能够在免疫缺陷斑马鱼中生长。这种模型有可能改变我们在临床试验之前评估药物的方式,从而降低所需的成本和时间,允许快速评估联合疗法,并且直接在单细胞分辨率下观察药物反应。这种模型将真正改变癌症生物学。”

在用侵犯性的非小细胞肺癌建立的第二个小鼠模型中,用5-氮杂胞苷和givinostat以及5-氮杂胞苷与mocetinostat交替治疗不仅降低了原有的肿瘤生长,原发性肿瘤转移的发生也明显减少。

这些研究人员如今正在与麻省总医院和达纳法伯癌症研究所的临床试验团队和制药公司合作对现有的临床试验进行了改进,将横纹肌肉瘤纳入其中,这将是首个基于斑马鱼研究的II期癌症药物临床试验。Langenau团队还正在探究这种模型在免疫疗法、干细胞生物学和再生医学中的潜在用途。

3联合用药促进肿瘤免疫识别的增加

原始出处:Chuan Yan et al. Visualizing Engrafted Human Cancer and Therapy Responses in Immunodeficient Zebrafish. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.04.004.

通讯作者Stephen B. Baylin教授说:“开发出肺癌患者的治疗方法是一个重要的医疗需求。虽然免疫检查点疗法是向前迈出的一大步,但只有不到一半的肺癌患者获益。”

他指出“在我们的研究中,即使在使用免疫检查点抑制剂之前,两种表观遗传疗法也结合作用得非常好。在肺癌的动物模型中,这两种药物既可以防止癌症的发生,也可以减弱癌症的侵袭性。在这两种情况下,结果的一个重要组成部分是肿瘤免疫识别的增加。”