Ксенотрансплантатная модель кожи для манипулирования иммунными реакциями человека In Vivo

Мышиные модели часто используются для того, чтобы делать выводы о биологии и болезнях человека, отчасти из-за их экспериментальной воспроизводимости и способности к генетическим манипуляциям. Однако физиология мышей не полностью повторяет системы органов человека, особенно кожи, и поэтому имеет ограничения для использования в качестве доклинической модели при разработке лекарств¹. Анатомические различия между кожей мыши и человека включают различия в толщине и архитектуре эпителия, отсутствие мышиных эккриновых потовых желез и вариации в круговороте волос². Кроме того, как врожденные, так и адаптивные ветви иммунной системы расходятся между двумя видами³. Кожа мыши содержит уникальную иммунную популяцию дендритных эпидермальных Т-клеток (DETC), имеет более высокое обилие дермальных γδ-Т-клеток и варьируется по локализации подмножества иммунных клеток по сравнению с тканями человека⁴. Таким образом, экспериментальные результаты, касающиеся биологии кожи человека и воспаления, выигрывают от проверки с человеческими тканями. В то время как системы культуры in vitro и органоидные культуры широко используются для изучения тканей человека, эти системы ограничены отсутствующим или неполным восстановлением иммунитета и отсутствием связи с периферической сосудистой системой⁵. Гуманизированная модель трансплантации кожи ксенотрансплантата направлена на то, чтобы позволить терапевтические или биологические манипуляции с иммунными и неиммунными путями в тканях человека in vivo.

Модель ксенотрансплантата кожи человека была использована для изучения физиологии и фармакологии кожи, анализа иммунного отторжения и реакций, анализа механизмов рака кожи человека и понимания кожных заболеваний и заживления ран⁶. Хотя модель ксенотрансплантата применима к нескольким областям исследований кожи, она имеет более низкую пропускную способность, чем исследования in vitro , и ей не хватает простоты генетических манипуляций, используемых в мышиных моделях. Временные точки в этой модели могут варьироваться от недель до месяцев, и для успешной трансплантации требуются соответствующие средства и оборудование для выполнения этих операций. Тем не менее, модель ксенотрансплантата обеспечивает биологический и физиологический контекст для экспериментов, в то время как системы органоидных культур, такие как тканевые экспланты, часто требуют воспроизведения множества движущихся частей, таких как экзогенные сигналы, через определенные промежутки времени⁷. Поэтому эту модель лучше всего использовать для дальнейшей проверки результатов, наблюдаемых in vitro и в мышиных моделях, или для работы, которая в противном случае биологически невозможна. Надлежащее использование модели ксенотрансплантата дает уникальную возможность изучать и манипулировать неповрежденными тканями человека in vivo.

Оптимизация модели пересадки кожи ксенотрансплантата опиралась на десятилетия исследований для сохранения целостности трансплантата с течением времени. Критически важным для этого процесса является использование мыши без ожирения диабетического (NOD)-scid интерлейкина-2 рецептора гамма-цепи (NSG), у которого отсутствуют B и T-адаптивные иммунные клетки, функциональные NK-клетки и недостатки в макрофагах и дендритных клетках⁸. Иммунодефицитная природа этих хозяев NSG позволяет трансплантировать человеческие кроветворные клетки, рак пациента и кожу ^8,9,10. Несмотря на эту иммуносупрессивную среду хозяина, дополнительное подавление нейтрофильных иммунных реакций мышей путем введения анти-GR1 необходимо для успеха трансплантата¹⁰. Основными препятствиями при пересадке неповрежденной ткани являются инфекция, отторжение и трудности с восстановлением притока крови к трансплантату, иногда приводящие к потере кожной и эпидермальной целостности¹¹. Методы, включая введение анти-FR1 и использование соответствующей глубины трансплантата, улучшают выживаемость трансплантата¹⁰. Тщательная оптимизация позволяет выполнять пересадку кожи ксенотрансплантата человека на мышах NSG с высокой эффективностью и выживаемостью, в пределах 90%-100%.