CC BY
860
ИММУНОЛОГИЯ № 5, 2013
39. Servettaz A., Guilpain P., Tamas N., Kaveri S.V, Camoin L., Mouthon L. Autoimmun. Rev. 2008; 7 (6): 426-30.
40. Gronwal C., Vas J., Silverman G.J. Front. Immunol. 2012; 3 (66): doi: 10.3389/fimmu.2012.00066
41. Chou M.Y., FogelstrandL., Hartvigsen K., Hansen L.F., Woelk-ers D, Shaw P.X. et al. J. Clin. Invest. 2009; 119 (5): 1335-49.
42. Shaw PX., Horkko S., Chang M.K., Curtiss L.K., Palinski W., Silverman G.J. et al. J. Clin. Invest. 2000; 105 (12): 1731-40.
43. Vollmers P.H., Brandlein S. Adv. Drug Deliv. Rev. 2006; 58 (5-6): 755-65.
44. Abu-Shakra M., Shoenfeld Y. IMAJ. 2007; 9 (10): 748-9.
45. Cheng H.M., Chamley L. Autoimmun. Rev. 2008; 7 (6): 431-4.
46. Bovin N., ObukhovaP., Shilova N., RapoportE., Popova I., Navak-ouski M. et al. Biochim. Biophys. Acta. 2012; 1820 (9): 1373-82.
47. LoberM., Shoenfeld Y. Clin. Rev. Allergy.Immunol. 2000; 18 (1): 51-8.
48. Cabiedes J., Cabras A.R., Alarcon-Segovia D. Europ. J. Immunol. 1998; 28 (7): 2108-14.
49. Zamulaeva I.A., Lekakh I.V., Kiseleva V.I., Gabai V.L., Saenko A.S., ShevchenkoA.S. et al. FEBS Lett. 1997; 413 (2): 231-5.
50. McIntyre J.A, WagenknechtD.R, Faulk W.P. J. Autoimmun. 2005; 24 (4): 311-7.
51. McIntyre J.A., Wagenknecht D.R., Faulk W.P. Autoimmun. Rev. 2006; 5 (1): 76-83.
52. Ronda N., HauryM., Nobrega A., Kaveri S.V., Coutinho A., Ka-zatchkine M.D. Inter. Immunol. 1994; 6 (11): 1651-60.
53. Su J., HuaX., Concha H., Svenungsson E., Cederholm A., Frost-egard J. Rheumatology. 2008; 47 (8): 1144-50.
54. Binder C.J., Shaw PX., ChangM.K., Boullier A., Hartviqsen K., Horkko S. et al. J. Lipid Res. 2005; 46 (7): 1353-63.
55. Tismiksa S., Brilakis E.S., Lennon R.J., Miller E.R., Witzum J.L., McConnell J.P. et al. J. Lipid Res. 2007; 48 (2): 425-33.
56. Dodel R, Hampel H, Depboylu C., Lin S., Gao F., Schock S. et al. Ann. Neurol. 2002; 52 (2): 253-6.
57. Dodel R., Balakrishnan K., Keyvani K., Deuster O., Neff F., An-drei-SelmerL.S. et al. J. Neurosci. 2011; 31 (15): 5847-54.
58. Szabo P., Relkin N., Weksler M.E. Autoimmun. Rev. 2008; 7 (6): 415-20.
59. Lobo P.I., Schlegel K.H., Spencer C.E., Okusa M.D., Chisholm C., Mc-Hedlishvili N. et al. J. Immunol. 2008; 180 (3): 1780-91.
60. Lobo P.I., Shlegel K.H., Yuan W., Townsend G.C., White J.A. J. Immunol. 2008; 180 (3): 1769-79.
61. Lobo P.I., Bajwa A., Schlegel K.H., Vengal J., Lee S.J., Huang L. et al. J. Immunol. 2012; 188 (4): 1675-85.
62. Meroni P., Ronda N., Raschi E., Borghi M.O. Trends Immunol. 2005; 26 (5): 275-81.
63. Myllyharju J. Ann.Med. 2008; 40 (6): 402-17.
64. Ronda N., Haury M., Nobrega A., Kaveri S.V., Coutinho A., Ka-zatchkine M.D. Inter. Immunol. 1994; 6 (11): 1651-60.
65. Mendonca L.F., Khamashta M.A., Cuadrado M.J., Bertolaccini M.L., Huges G.R. Arthr. Rheum. 2000; 43 (7): 1511-5.
66. Urlacher A., Tongio M.M., Pasquali J.L. Clin. Exp. Immunol. 1991; 83 (1): 116-20.
Поступила 14.02.13
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2013 УДК 616-006.04:001.891.57
И.В. Холоденко, И.И. Доронин, Р.В. Холоденко
опухолевые модели в изучении онкологических заболеваний
ФГБУН Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997, г Москва
Рак наряду с сердечно-сосудистыми и цереброваскулярными заболеваниями, является наиболее опасной патологией в современном мире. Для изучения молекулярных механизмов развития онкологических заболеваний и разработки новых противораковых агентов крайне важными являются исследования, проводимые на животных моделях. Такие модели должны быть максимально релевантны соответствующему заболеванию человека, для того, чтобы протестированные на них препараты после попадания в клинику были не только эффективны, но и безопасны. В представленном обзоре собрана информация о наиболее актуальных в доклинических исследованиях мышиных моделях онкологических заболеваний, их недостатках и преимуществах.
Ключевые слова: онкологические заболевания, мышиные модели, рак
I.V Kholodenko, I.I. Doronin, R.V Kholodenko
TUMOR MODELS IN THE STUDY OF CANCER DISEASES
Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, 117997, Moscow, Russian Federation
Today cancer is the most dangerous disorder in the world along with cardiovascular and cerebrovascular diseases. To study the molecular mechanisms of cancer progression and to develop new anticancer agents is extremely important studies conducted in animal models. Such models should be as relevant to the corresponding human disease, and drugs tested on them after entering the clinical practice were not only effective, but safe. This review contains information about the most actual mouse models of cancer, their advantages and disadvantages.
Key words: oncological diseases, mouse models, cancer
Введение. Рак - крайне распространенное заболевание. В развивающихся странах каждый третий заболевший умирает от рака, и зачастую от момента постановки диагноза до гибели пациента проходит очень мало времени (например,
Холоденко Роман Васильевич (Kholodenko Roman Vasil’evich): e-mail khol@mail.ru
95% пациентов с карциномой поджелудочной железы умирают в течение первых пяти лет после постановки диагноза) [1]. Для изучения молекулярных механизмов развития онкологических заболеваний и разработки новых противораковых агентов крайне важны исследования, проводимые на животных моделях. Пригодность in vivo моделей рака зависит от того, насколько точно они имитируют человеческие заболевания. Идеальная опухолевая модель должна со-
- 282 -
ОБЗОРЫ
ответствовать следующим требованиям: 1) обладать теми же гистопатологическими особенностями, что и человеческая опухоль; 2) прогрессирование модельной опухоли должно протекать по тем же стадиям, что и у человека, а также вызывать одинаковые физиологические и системные эффекты; 3) в инициации и развитии модельной опухоли должны быть задействованы те же гены и биохимические пути, что и в случае человеческой опухоли [2]. Более того, опухолевый ответ в модельной системе должен максимально точно отражать ответ человеческой опухоли на специфическую терапию и помогать исследователю прогнозировать терапевтическую эффективность в клинических анализах на онкологических пациентах. Доступность таких моделей позволит обнаруживать новые мишени для более эффективного киллинга раковых клеток, а также разрабатывать новые превентивные или терапевтические противораковые препараты и исследовать механизмы действия и устойчивости к противораковой терапии in vivo.
На сегодняшний день наиболее часто для исследования онкогенеза используют мышиные модели. Мышиная модель имеет ряд преимуществ по сравнению с другими моделями млекопитающих, а именно: малый размер животных, относительно недорогое содержание, короткий репродуктивный цикл, удобство использования методов генной инженерии. В экспериментальной онкологии создано несколько типов мышиных моделей. К ним относятся спонтанные, перевиваемые, индуцированные и генно-инженерные. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки. Часто применяют комбинированные модели опухолей. Выбор правильной мышиной модели для каждой конкретной задачи имеет особое значение. В этом обзоре представлены основные подходы, используемые для создания опухолевых моделей.
Модели асцитной опухоли. За последние два-три десятилетия было проведено множество исследований в области разработки моделей трансплантируемых опухолей. Методы трансплантации опухолевых клеток и тканей в пределах одного вида животного широко используются в экспериментальной онкологии, а перевиваемые опухоли являются превосходными моделями для изучения злокачественного роста и влияния на него различных противоопухолевых препаратов. Как правило, опухолевые клетки прививают в подкожную клетчатку или мышечную ткань животного. Тем не менее наиболее широко распространенным методом трансплантации опухолей является инъекция опухолевых клеток в брюшную полость животных с последующим получением так называемых асцитных опухолей, т. е. опухолей, растущих в брюшной полости животных в виде суспензии размножающихся клеток в накапливающейся перитонеальной жидкости.
Наиболее популярной у исследователей асцитной опухолью является карцинома Эрлиха. Впервые эта опухоль обнаружилась как спонтанный рак молочной железы у самок мышей [3], а затем Эрлих и Аполант (1905) использовали ее в качестве экспериментальной опухоли, трансплантируя опухолевую ткань подкожно от животного к животному. В 1932 г. H. Loewenthal и С. Jahn получили суспензионную форму в перитонеальной полости мышей и назвали ее «асцитная карцинома Эрлиха», которая содержала асцитную жидкость и делящиеся клетки карциномы. Таким образом, впервые была получена асцитная форма трансплантируемой опухоли.
Основываясь на многочисленных преимуществах, которыми, по мнению ряда исследователей, отличаются асцитные опухоли по сравнению с солидными опухолями, предполагали, что огромное значение будут иметь разработки, позволяющие выращивать в асцитной форме и другие опухоли помимо карциномы Эрлиха. G. Klein и E. Klein [4] исследовали рост солидной трансплантируемой мышиной карциномы в перитонеальной полости. После нескольких последовательных прививаний экссудата авторы получили типичную асцитную опухоль. Понятно, что всегда в перитонеальной полости существует некоторая инфильтрация солидными тканями. В некоторых случаях такой инфильтрат микроскопичен в раз-
мерах, в других имеет макроскопические размеры и иногда приводит к образованию гигантской солидной опухоли. При некоторых условиях прививание определенных количеств клеток приводит по большей части либо исключительно к образованию солидных опухолей в перитонеальной полости. Безусловно, такие опухоли не могут называться асцитными. В начале прошлого века также появилось несколько работ, где помимо карциномы Эрлиха описывались различные опухоли, которые выращивались в виде более или менее чистых культур опухолевых клеток в перитонеальной полости. Так, J. Koch выращивал крысиную карциному Флекснера-Джоблинга (Flexner-Jobling) в перитонеальной полости в виде асцитной опухоли с различными количествами формирующихся солидных опухолей [3]. Krebs и соавт. [5] получили типичные асцитные опухоли после внутрибрюшинной трансплантации мышам клеток лимфосаркомы. Yoshida описал крысиную саркому, возникшую в мошонке, которая спонтанно проникала в перитонеальную полость и формировала типичную асцитную опухоль. Основные и более успешные работы по исследованию и созданию животных моделей с асцитными опухолями проведены в 1950-х годах G. Klein и соавт. в Швеции [4] и H. Goldie и соавт. в США [6].
Развитие науки в области доклинического моделирования противораковой терапии началось в 1950-х годах. В 1955 г высказано и доказано предположение о взаимосвязи между эффективностью действия препаратов в моделях перевиваемых опухолей и их клинической активностью. В связи с этим Национальным институтом рака (NCI, США) была запущена программа скрининга лекарственных препаратов с использованием трех мышиных моделей [7]. Со временем количество моделей было сокращено, и к 1968 г исследования проводились на одной модели перевиваемой линии лейкемии L1210 в виде асцитной опухоли. Соединения, проявившие активность в этой модели, показали также и клиническую активность при лечении лейкемии и лимфомы человека.
В то же время модель на основе L1210 оказалась неподходящей в случае химиотерапии солидных опухолей. В связи с этим в 1972 г. в программу скрининга были включены модели меланомы В16 и модели легочной карциномы Льюиса для оценки солидных опухолей, а использование модели L1210 было ограничено оценкой только быстроделящихся несолидных опухолей, таких как лимфома и лейкемия [8].
Солидные метастазирующие модели. Метастазирова-ние - это наиболее разрушительный аспект опухолевого процесса и основная причина неэффективности лечения. Более чем 20 лет назад основным оплотом в области исследований рака служило небольшое количество трансплантируемых опухолей грызунов. Некоторые из них (наиболее примечательные B16F10 и легочная карцинома Льюиса) использовали в качестве моделей метастазирования; как правило, после внутривенной инъекции эти клетки формируют в легких колонии [9].
В настоящее время используют две различных модели метастазирования. Одна из них называется экспериментальной, или искусственной. Для создания такой модели опухолевые клетки вводят внутривенно или через левый желудочек. Инъецированные такими способами клетки, проникая в капиллярное русло, создают сайты экспериментальных метастаз. Таким образом, вследствие инъекции клеток в хвостовую вену у грызунов формируются метастазы в легких. Напротив, после введения клеток в левый желудочек метастазы главным образом образуются в печени, также возможны метастазы в костном и головном мозге.
Вторая модель метастазирования называется спонтанной. Такие метастазы образуются из первичных солидных опухолей, которые получены либо путем подкожной инъекции опухолевых клеток, либо за счет введения раковых клеток в ортотопический сайт. Вследствие быстрого роста первичной опухоли зачастую происходит ее резекция, что позволяет расти метастазам. Поэтому при планировании исследований могут быть учтены множество параметров, включая количество метастаз, сайты метастазирования, частоту рецидивов,
- 283 -
ИММУНОЛОГИЯ № 5, 2013
время между рецидивами, скорость роста опухоли, ее выживаемость, оценку ангиогенеза, наличие и гистопатологию спонтанных метастаз, иммуногистохимию и способность к иммуномодуляции.
Для определения основных характеристик опухолевого роста, метастазирования, регуляции иммунной системы и экспрессии генов как in vitro, так и in vivo могут быть использованы адгезионные культуры опухолевых клеток. Стандартизация клеточной суспензии перед инъекцией крайне важна для получения воспроизводимых метастаз. Так, количество инъецированных опухолевых клеток влияет на формирование колоний в легких, а также на жизнеспособность клеток, размер и состав опухолевого эмбола (узелок). Количество экспериментальных метастаз пропорционально числу жизнеспособных эмбол, введенных в кровь [10]. Для проведения доклинических исследований противораковых препаратов чаще используют экспериментальную модель метастазиро-вания, в связи с возможностью ее стандартизации и более четкого контроля. Тогда как спонтанная модель метастазиро-вания для доклинических исследований используется реже, хотя именно эта модель позволяет детально исследовать различные механизмы, лежащие в основе метастазирования.
Ксеногенные модели иммунодефицитных мышей. Во многих пилотных исследованиях при введении человеческих опухолей так называемым голым мышам (мышам линии nude) показано отсутствие метастазирования, что вызывало сомнения относительно перспективности использования таких моделей в экспериментальной онкологии. Позже стало понятно, что метастазирование опухоли зависит от нескольких факторов, таких как собственные свойства опухолевых клеток, экспериментальные подходы и методики, разнообразие линий мышей, состояние здоровья животных и условия их содержания. Сегодня не вызывает сомнений возможность изучения развития злокачественных новообразований в иммунодефицитных мышах при соблюдении ряда экспериментальных условий. Вводимая опухоль не должна содержать мышиных патогенов, также необходимо строго контролировать их отсутствие в окружающей животных среде, т. е. условия содержания должны быть стерильными. Важным критерием является зона введения опухоли, поскольку способность к метастазированию зависит как от собственных свойств опухолевых клеток, так и от факторов микроокружения, создаваемого в организме мыши, которые имеют специфические органные и тканевые различия. Для создания иммунодефицитных опухолевых моделей, как правило, используют голых (бестимусные) мышей или мышей с тяжелыми комбинированными иммунодефицитами по Т- и В-лимфоцитам (SCID-мыши). Отсутствие лимфоцитов способствует приживлению чужеродных для мыши человеческих клеток. Однако активность врожденного иммунитета в основном за счет NK-клеток может ограничивать метаста-зирование в иммунодефицитных мышах [11]. Мыши с мутацией nude, так называемые голые мыши, хотя и дефицитны по Т-лимфоцитам, за счет компенсаторных механизмов имеют более высокий уровень врожденного иммунитета, что выражается в повышенной активности NK-клеток и специализированных макрофагов. Для снижения активности естественного иммунитета используют мышей с мутацией beige (аналог человеческого синдрома Чедиака-Хигаси, Chediak-Higashi syndrome), в результате которой NK-клетки мышей лишены вторичных гранул и имеют значительно ослабленную активность [12]. Также используют NOD-SCID-мышей, которых можно гуманизировать введением клеток периферической крови человека или клеток костного мозга, что создает более адекватную систему микроокружения для опухолевых клеток [2].
Корректность использования подобной модели подтверждена в ряде работ, в которых сравнивали клиническую эффективность препаратов и их эффекты, наблюдаемые на ксеногенных мышиных моделях, полученных с использованием широкого спектра опухолей, выделенных из биопсийного материала пациентов [13]. В то же время в ретроспективном обзоре, кото-
рый посвящен исследованию 39 лекарственных препаратов, проведенном в Национальном институте рака США на ксеногенной модели иммунодефицитных мышей с использованием перевиваемых человеческих опухолевых линий, показано, что нет прямой корреляции с результатами 2-й фазы клинических испытаний [14]. Продемонстрировано отсутствие взаимосвязи модельных и клинических результатов по гистотипическому признаку, а в целом корреляция между модельной системой и клиническими результатами зарегистрирована только для 1/3 препаратов. Эти результаты свидетельствуют о явном преимуществе использования первичных культур опухоли при создании иммунодефицитной мышиной модели. В целом модель иммуннодефицитных мышей не является идеальной для разработки противоопухолевых препаратов в силу ряда причин. Основная из них - отсутствие человеческих иммунных клеток и стромы, столь важных для метастатического процесса.
Гуманизированные мыши. Гуманизированные мыши -это иммунодефицитные животные, которым трансплантируют человеческие стволовые клетки или зрелые лимфоциты, а также животные с искусственно созданным человеческим стромальным микроокружением [15]. Для создания таких мышиных моделей из костного мозга человека с использованием клеточного сортировщика выделяют гемопоэтические стволовые клетки (Lin-CD34+CD38-) и внутривенно вводят новорожденным иммунодефицитным мышам (NOD-scid/ IL2rgKO). Введенные человеческие стволовые клетки дают начало всем иммунным и гемопоэтическим клеткам в организме мыши-реципиента.
Другим подходом для получения гуманизированных мышей является введение человеческих генов в мышиный геном [16]. Можно заключить, что за 20 лет исследований в области развития моделей гуманизированных мышей достигнуты огромные успехи. Однако определенные методические сложности, которые до сих пор не удалось преодолеть, ограничивают повсеместное использование этого подхода в качестве четкой и однозначной модели изучения онкогенных процессов.
Ортотопическая модель опухоли. Результаты клинических исследований показали, что микроокружение опухоли может значительно влиять на эффективность химиотерапии. Впервые это было продемонстрировано на раке молочной железы, когда метастазы в лимфоузлах и коже оказались более чувствительными к химиопрепаратам, чем метастазы в легких или костях [17]. В дальнейшем этот феномен также был обнаружен при пересадке других типов опухолей. Ортотопическая пересадка, т. е. пересадка в гистологически соответствующую зону, приводила к локализованному и быстрому росту опухоли, а в нескольких моделях - к развитию отдаленных метастазов. Кроме того, наблюдались поразительные тканеспецифические вариации в ответе на химиотерапию. C. Wilmanns и соавт. [18] вводили голым мышам в гистологически разнообразные сайты клетки сильно метастазирующей человеческой карциномы толстой кишки KM12L4a. В этом исследовании клетки мышам вводили в подкожный слой (внешний сайт), селезенку (для получения экспериментальных метастазов в печени) и в слепую кишку (ортотопический сайт). Мышам, несущим опухоль, вводили доксорубицин, после чего оценивали ответ на химиопрепарат. Рост опухоли останавливался на 80% после двух внутривенных введений доксорубицина (10 мг/кг) в случае подкожного введения опухоли, хотя при ортотопическом введении ингибирование опухоли составляло всего 40% и менее 10% при метастазах в печени. Поэтому ортотопическая имплантация опухоли является предпочтительной для более тщательного анализа роста опухоли и ее метастазирования.
Несмотря на хорошее соответствие ортотопической модели опухоли клинической картине, ее использование затруднено из-за технологических сложностей, необходимости в наличии высококвалифицированного персонала, длительности и дороговизны проведения экспериментов. Также в ортотопической модели оценка терапевтической эффективности более сложна по сравнению с опухолевой моделью подкожного введения клеток [19].
- 284 -
ОБЗОРЫ
GEM-модели. За последние 20 лет благодаря созданию мышиных генноинженерных (GEM) моделей опухолей были более детально изучены молекулярные пути, отвечающие за инициацию, прогрессию и метастазирование раковых клеток, а также установлена роль многих онкогенов и опухолевых генов-супрессоров. Кроме того, в результате исследований, проведенных на GEM-моделях, появилась возможность установить роль генов и их мутантных форм, характерных для опухолей при опухолевой трансформации, а также оценить значение комбинаций отдельных мутаций при опухолевом процессе. Изначально GEM-модели представляли собой мышиные модели с гиперэкспрессированными онкогенами [20]. В последующих исследованиях модифицировали гены, принимающие участие в эмбриогенезе мыши, для создания трансгенных мышей (knockin-мыши), несущих онкоген, или мышей с ингибированным (нокаутным) геном (knockout-мыши) [21]. В дополнение к использованию трансгенных мышей с гиперэкспрессией определенных генов были разработаны методические подходы, позволяющие контролировать экспрессию интересующих генов как во времени, так и с учетом тканеспецифичности. Кроме того, используют комбинированные подходы, в результате которых получены GEM-модели со специфической опухолью, когда гиперэкспресси-рован или, наоборот, нокаутирован интересующий ген либо во всех клетках организма, либо тканеспецифично и/или на определенной стадии развития. Результаты этих исследований внесли значительный вклад в понимание патогенеза рака и в итоге могут стать основой для эффективного выявления и тестирования противоопухолевых препаратов.
В то же время сейчас в доклинических исследованиях не распространены GEM-модели опухоли при разработке лекарств против соответствующих опухолей человека. Но перспективность такого использования показана результатами ряда исследований. В целом GEM-модели редко используют для тестирования новых противоопухолевых препаратов с целью точного прогнозирования клинического ответа [22]. Более того, в нескольких работах, в которых изучалось возможное использование GEM-моделей в доклинических исследованиях, была показана низкая корреляция результатов с клинической картиной [23]. Кроме того, GEM-модели имеют ряд других ограничений, в том числе высокую стоимость и длительные сроки выполнения экспериментов, наличие интеллектуальной собственности на многие модели [24] и видоспецифичные различия, выражающиеся в отличиях опухолевых фенотипов человека и мыши [25]. Более того, ни одна трансгенная модель не может отображать все различные формы даже одного опухолевого гистотипа.
Автохтонная модель опухоли. К автохтонным опухолям относятся спонтанно возникающие опухоли и индуцированные опухоли (например, с помощью химических, вирусных или физических канцерогенов). Считается, что автохтонные опухоли могут точнее имитировать человеческие по сравнению с трансплантируемыми (например, подкожные/орто-топические). К достоинствам автохтонной модели относят ортотопический рост опухоли, правильную морфологию опухоли без внесения изменений, характерных для перевиваемой опухоли, а также метастазирование через лимфатические и кровеносные сосуды, окружающие и пронизывающие первичную опухоль [26].
Спонтанные опухоли. Получение спонтанных опухолей у животных напрямую связано с выведением инбредных линий животных. Благодаря учению Иогансена, которое гласит, что близкородственное разведение в ряду поколений любую разнородную популяцию делает чистой, или инбредной, ученые-генетики вывели множество чистых линий растений и животных. Изначально инбридинг (близко родственное скрещивание) использовали для выведения мышей с интересующими признаками. Впервые инбредную линию мышей создал в 1909 г. американский онколог К. Литтл. Он изучал наследование окраса шерсти мышей, для чего скрещивал животных разных линий и каждый раз получал разный окрас. Для того чтобы снизить вероятность получения потомства с
разным окрасом шерсти, Литтл начал проводить систематический инбридинг, получив, таким образом, инбредную линию, которую он назвал DBA. Сегодня стабильно инбредны-ми линиями (на 100% гомозиготные и идентичные по всем генам) считаются линии мышей через 20 поколений близкородственных скрещиваний.
Для онкологических исследований были созданы линии мышей с определенными онкологическими характеристиками, т. е. с высокой или низкой частотой развития опухолей в определенных органах и тканях. Так, вследствие инбридинга в сочетании с селекционными методами созданы линии мышей, у которых в определенном возрасте возникают опухоли печени, молочных желез, легких или лейкозы. Причем эти опухоли возникают у всех животных данной линии независимо от условий и места их содержания. Такие линии мышей называют высокораковыми и высоколейкозными. У других животных, так называемых низкораковых линий, наоборот, опухоли возникают с низкой частотой или не возникают совсем. В качестве модели наиболее привлекательными для исследователей являются спонтанные опухоли молочных желез мышей в связи с простотой наблюдений, возможностью измерения, а также получения перевиваемых опухолей.
Индуцированные опухоли. С тех пор как П. Потт доказал роль печной сажи в возникновении рака мошонки у трубочистов, выявлено множество химических веществ, обладающих канцерогенными свойствами [27]. Позже канцерогенные вещества были выделены в чистом виде и стали использоваться для индукции опухолей у животных. Примеров химически индуцированных опухолевых моделей предостаточно. Еще в 1940 г. была получена мышиная модель рака пищеварительной системы, вызванного полициклическими ароматическими углеводородами [28]. Рак легких может быть индуцирован специфичными канцерогенными веществами, содержащимися в табаке. Некоторые химические вещества дают широкий спектр эффектов в мышиных моделях. Например, кадмий индуцирует целый ряд раковых заболеваний у животных [29]. Другим способом моделирования раковых заболеваний и изучения механизмов их развития служат различные виды облучения. УФ-излучение индуцирует рак кожи [30]. Ионизирующее излучение, как известно, вызывает развитие лейкозов.
Помимо всего прочего, развитие опухоли у животных может быть индуцировано онкогенными вирусами. Первым таким вирусом, который способен индуцировать злокачественную трансформацию клеток, был вирус саркомы кур, открытый в 1910 г. американским исследователем П. Раусом. В 1933 г. Шоуп обнаружил и выделил вирус папилломы кроликов. Так называемый папилломатоз Шоупа - доброкачественное опухолевое заболевание кроликов, редко может перерождаться в злокачественную форму типа эпидермоидной карциномы (плоскоклеточный рак), часто дающей метастазы и приводящей к смерти животного. В 1936 г. американский онколог и генетик Биттнер обнаружил вирус рода лейковирусов подрода D, который вызывает рак молочной железы мышей, его патогенность для человека не установлена [31]. Модели индуцированных вирусами опухолей животных, а также модели злокачественно трансформированных под влиянием вирусов клеток, культивируемых в условиях in vitro, позволили не только раскрыть многие тайны вирусного канцерогенеза, но и создать общую концепцию молекулярных механизмов возникновения опухолей [32].
Однако, несмотря на столь явные преимущества, описанные выше, автохтонные модели опухолей используют не особенно широко вследствие определенных ограничений. Во-первых, существует высокая степень вариабельности в скорости роста опухоли; во-вторых, для получения статистически достоверных результатов требуется огромное количество животных; в-третьих, вследствие длительного латентного периода роста опухоли для проведения одного эксперимента необходимо затратить слишком много времени - от нескольких месяцев до нескольких лет; в- четвертых, отметили отсутствие спонтанных метастаз [33].
- 285 -
ИММУНОЛОГИЯ № 5, 2013
Заключение. Из представленного обзора видно, что выбор и создание мышиной модели опухоли для изучения противоопухолевого действия соединений является очень сложной задачей. Необходимо четко понимать преимущества и недостатки каждой из имеющихся моделей. Важное значение имеет оценка природы и развития опухоли при создании модели, а также природы соединения, влияние которого необходимо изучить.
Работа выполнена при поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., государственные контракты № П1065 и № 8165, а также проектом по программе фундаментальных исследований президиума РАН № 24 “Фундаментальные основы технологий наноструктур и наноматериалов”.
REFERENCES
1. Kamb A. what’s wrong with our cancer models? Nature Rev. Drug Discovery. 2005; 4: 161-5.
2. Cespedes VM., Casanova I., Parreno M, Mangues R. Mouse models in oncogenesis and cancer therapy. Clin. Transl. Oncol. 2006; 8 (5): 318-29.
3. Ozaslan M., Karagoz I.D., Kilic I.H., Guldur M.E. Ehrlich ascites carcinoma. Afr. J. Biotech. 2011; 10 (13): 2375-8.
4. Klein G., Klein E. The transformation of a solid transplantable mouse carcinoma into an ‘’ascites tumor’’. Cancer Res. 1951; 11: 466-9.
5. Krebs C., Thordarson O., Harbo J. Experiments with mammalian sarcoma extracts in regard to cell-free transmission and induced tumor immunity. Further studies of the Krebs, Rask-Nielsen, wagner sarcoma. Acta Radiol. 1942; 44: 1-96.
6. Goldie H., Felix M.D. Growth characteristics of free tumor cells transferred serially in the peritoneal fluid of the mouse. Cancer Res. 1951; 11: 73-80.
7. Goldin A., Venditti J.M., Kline I., Mantel N. Evaluation of antileukemic agents employing advanced leukemia L1210 in mice. Cancer Res. 1959; 19: 429-66.
8. Geran R., Greenberg N., MacDonald M., Schumacher A. Protocols for screening chemical agents and natural products against animal tumors and other biological systems. Cancer Chemother. Rep. 1972; 3: 1-13.
9. Gura T. Systems for identifying new drugs are often faulty. Science. 1997; 278: 1041-2.
10. Zeidman I., McCutcheon M., Coman D.R. Factors affecting the number of tumor metastases; experiments with a transplantable mouse tumor. Cancer Res. 1950; 10: 357-9.
11. Habu S., Fukui H., Shimamura K., Kasai M., Nagai Y., Okumura K. et al. In vivo effects of anti-asialo GM1. I. Reduction of NK activity and enhancement of transplanted tumor growth in nude mice. J. Immunol. 1981; 127: 34-8.
12. Talmadge J.E., Meyers K.M., Prieur D.J., Starkey J.R. Role of NK cells in tumour growth and metastasis in beige mice. Nature. 1980; 284: 622-4.
13. Scholz C.C., Berger D.P., Winterhalter B.R., Henss H., Fiebig H.H. Correlation of drug response in patients and in the clono-genic assay with solid human tumor xenografts. Eur. J. Cancer. 1990; 26: 901-5.
14. Johnson J.I., Decker S., Zaharevitz D., Rubinstein L.V., Venditti J.M., Schepartz S. et al. Relationships between drug activity in
NCI preclinical in vitro and in vivo models and early clinical trials. Br. J. Cancer. 2001; 84: 1424-31.
15. Legrand N., Weijer K., Spits H. Experimental models to study development and function of the human immune system in vivo. J. Immunol. 2006; 176: 2053-8.
16. Gonzalez FJ., Yu A.M. Cytochrome P450 and xenobiotic receptor humanized mice. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2006; 46: 41-64.
17. Donelli M.G., Rosso R., Garattini S. Selective chemotherapy in relation to the site of tumor transplantation. Int. J. Cancer. 1967; 2: 421-4.
18. Wilmanns C., FanD., O’Brian C., RadinskyR., Bucana C., TsanR. et al. Modulation of doxorubicin sensitivity and level of P-glycopro-tein expression in human colon carcinoma cells by ectopic and orthotopic environments in nude mice. Int. J. Oncol. 1993; 3: 413-22.
19. Bibby M.C. Orthotopic models of cancer for preclinical drug evaluation: advantages and disadvantages. Eur. J. Cancer. 2004; 40: 852-7.
20. Brinster R.L., Chen H.Y., Messing A., Van D.T., Levine A.J., Palmiter R.D. Transgenic mice harboring SV40 T-antigen genes develop characteristic brain tumors. Cell. 1984; 37: 367-70.
21. Heineke J., Molkentin J.D. Regulation of cardiac hypertrophy by intracellular signaling pathways. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006; 7: 589-600.
22. SharplessN.E., DePinhoR.A. The mighty mouse: genetically engineered mouse models in cancer drug development. Nat. Rev. Drug Discov. 2006; 5: 741-54.
23. Bearss D.J., Subler M.A., Hundley J.E., Troyer D.A., Salinas R.A., Windle J.J. Genetic determinants of response to chemotherapy in transgenic mouse mammary and salivary tumors. Oncogene. 2000; 19: 1114-22.
24. Weiss B., Shannon K. Mouse cancer models as a platform for performing preclinical therapeutic trials. Curr. Opin. Genet. Dev. 2003; 13: 84-9.
25. Jacks T. Tumor suppressor gene mutations in mice. Annu. Rev. Genet. 1996; 30: 603-36.
26. Berger M. Is there a relevance for anticancer drug development. Relevance of tumor models for anticancer drug development. Contributions to oncology. Edited by H.H. Fiebig, B.A. Burger. Basel: Karger. 1999; 15-27.
27. Trichopoulos D., Li F.P., Hunter D.J. What Causes Cancer? Sci. Amer. 1996; 9: 80-7.
28. Bostrom C.-E., Gerde P., Hanberg A., Jernstrom B., Johansson C., Kyrklund T. et al. Cancer risk assessment, indicators, and guidelines for polycyclic aromatic hydrocarbons in the ambient air. Environ. Health Perspect. 2002; 110 (suppl. 3): 451-89.
29. Son Y.O., WangL., PoyilP., BudhrajaA., Hitron J.A., ZhangZ. et al. Cadmium induces carcinogenesis in BEAS-2B cells through ROS-dependent activation of PI3K/AKT/GSK-3p/p-catenin signaling. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2012; 264 (2): 153-60.
30. Mason R.S., Reichrath J. Sunlight vitamin D and skin cancer. Anticancer Agents Med. Chem. 2012; Oct 12.
31. Ross S.R. Mouse mammary tumor virus molecular biology and oncogenesis. viruses. 2010; 2 (9): 2000-12.
32. Butel J.S. Viral carcinogenesis: revelation of molecular mechanisms and etiology of human disease. Carcinogenesis. 2000; 21 (3): 405-26.
33. Huss W.J., Maddison L.A., Greenberg N.M. Autochthonous mouse models for prostate cancer: past, present and future. Semin. Cancer Biol. 2001; 11: 245-60.
Поступила 28.10.12
- 286 -
