인간 IL-15 마우스 모델을 통한 자연살해세포(NK Cell) 면역치료 연구 개발
면역치료는 신체 내 면역세포를 활성화시켜 면역계가 종양세포를 인식하고 제거하는 능력을 향상시키는 방식으로 작용합니다. 쥐와 인간의 면역계 간의 차이를 고려할 때, 면역치료는 일반적으로 인간화된 면역계(HIS) 쥐 모델을 사용하여 전임상 연구에서 평가됩니다.[1-2] 전통적인 인간화 방법은 중증 면역결핍 쥐(예: NKG 쥐)에 인간 혈액형 줄기세포(HSC)를 이식하는 것입니다. 초기 면역치료(예: CAR-T 및 종양 침윤 림프구(TIL) 치료)는 주로 T세포를 통해 작용했습니다. 최근에는 자연살해(NK) 세포에 의존하는 면역치료, 예를 들어 CAR-NK 및 ADCC가 주목받고 있습니다. 동시에 NK 세포 관련 타겟은 면역 체크포인트 치료 개발에서 인기 있는 분야가 되었습니다. 이러한 치료는 인간 NK 세포의 참여가 필요하지만, 일반적으로 사용되는 인간화된 면역계 모델에서는 인간 NK 세포의 비율이 낮아 이러한 치료 평가에 불리합니다.[2-3] 따라서 인간 NK 세포를 효율적으로 재구성할 수 있는 모델은 이 분야 연구의 핵심 초점이 되고 있습니다.
효율적인 NK 세포 재구성은 인간화된 IL-15가 필요합니다
NK 세포는 빠르게 병변세포와 암세포를 인식하고 면역 방어 기전을 즉각적으로 활성화하여 제거할 수 있습니다. 다른 면역세포에 비해 NK 세포는 종양세포 및 바이러스 감염세포를 더 효율적이고 효과적으로 제거합니다. 그러나 전통적인 중증 면역결핍 쥐는 인간 NK 세포의 발달을 지원할 수 있는 필수 요소가 부족하여, 이러한 쥐에서 인간 면역계 재구성 시 NK 세포 비율이 낮아집니다.
인터루킨-15(IL-15)는 T세포와 NK 세포의 활성화 및 증식을 조절하는 사이토카인입니다. 연구에 따르면 IL-15는 NK 세포의 분화, 기능 및 생존에 핵심적인 역할을 합니다. 충분한 인간 IL-15를 공급하면 쥐 내에서 인간 NK 세포의 안정적인 기능을 유지할 수 있습니다.[4-5] 따라서 중증 면역결핍 쥐에 인간 IL15 유전자를 인간화함으로써, 재구성 과정에서 HSC가 NK 세포 계열로 분화하는 데 도움이 되며, T세포 증식을 더욱 촉진할 수 있습니다.[6]
1. NKG-hIL15 쥐에서 인간 IL-15 단백질 발현 검출
NKG 쥐에 비해 NKG-hIL15 쥐는 인간 IL-15 단백질의 유의미한 발현을 보입니다.
2. huHSC-NKG-hIL15 쥐는 정상적인 성장과 생존율을 유지합니다
huHSC-NKG-hIL15 인간 면역계 재구성 모델은 NKG-hIL15 쥐에 인간 CD34+ (huCD34+) 혈액형 줄기세포(HSC)를 이식하여 개발되었습니다. huHSC-NKG-hIL15 쥐는 정상적인 성장을 유지하며 체중이 점진적으로 증가하고, 이식 후 225일 시점에서 약 78%의 생존율을 보입니다.
그림 4. 4주령 여성 동형접합 NKG-hIL15 쥐에 huCD34+ HSC 이식 후 생존율.
3. huHSC-NKG-hIL15 쥐는 다양한 면역세포 유형의 효율적 재구성 제공
huHSC-NKG-hIL15 쥐에서는 인간 백혈구가 3주차부터 외혈에서 빠르게 재구성됩니다. 인간 T세포는 11주차부터 재구성되기 시작하여 비율이 점차 증가하여 27주차에는 약 25%로 안정화됩니다. 인간 B세포 비율은 3주차부터 변동이 시작되어 17주차 이후 안정화됩니다. 특히 인간 NK 세포는 3주차에서 5주차 사이에 빠르게 재구성되며, 17주차 이후 안정화되어 27주차에는 약 20%의 재구성 비율을 유지합니다.
4. huHSC-NKG-hIL15 쥐는 NK 세포의 다양한 발달 단계에서 재구성 달성
재구성 과정 전반에 걸쳐 huHSC-NKG-hIL15 쥐는 외혈에서 NK 세포의 다양한 발달 단계를 나타냅니다. 이에는 NKG2D+ NK 세포(early 발달 단계에서 NKG2D가 발현되며 성숙한 NK 세포에서도 활성 상태 유지)와 KIR3DL+ NK 세포(중기에서 후기 발달 단계에서 KIR3DL 발현)가 포함됩니다. huHSC-NKG-hIL15 쥐 모델은 성숙한 CD57+ NK 세포의 재구성을 성공적으로 달성하였으며, CD57은 NK 세포의 최종 성숙 단계에서 발현되기 때문입니다.
요약
NKG-hIL15 쥐 (제품 코드: C001513)는 NKG 쥐에 인간 IL15 유전자를 Knock-in하여 개발된 2세대 중증 면역결핍 모델로, 인간 IL15 단백질을 고수준으로 성공적으로 발현합니다. NKG-hIL15 쥐에서 인간 IL-15의 발현은 인간 줄기세포 이식을 통해 다양한 인간 면역세포(특히 NK 세포 포함)의 효과적인 재구성을 가능하게 합니다.
이를 위해 huHSC-NKG-hIL15 인간화된 면역계(HIS) 쥐 모델 (제품 코드: C001526)은 NKG-hIL15 쥐에 인간 혈액형 줄기세포(CD34+ HSC)를 이식하여 개발되었습니다. huHSC-NKG-hIL15 쥐는 정상적인 성장과 생존율을 유지하며 다양한 면역세포를 재구성하면서 인간 NK 세포 재구성 비율을 크게 증가시킵니다. 따라서 NKG-hIL15 및 huHSC-NKG-hIL15 쥐 모델은 NK 세포를 표적으로 하는 면역치료 및 전임상 약물 평가 연구에 강력한 도구를 제공합니다.
또한 Cyagen은 다양한 면역결핍 및 인간화된 면역계 재구성 모델을 제공하고 있으며, 연구자들이 암 치료 연구의 다양한 분야에서 필요로 하는 종양세포주 및 관련 이식 모델도 제공합니다.
| 품목 번호 | 모델 이름 | 유전자 배경 | 연구 및 응용 분야 |
|---|---|---|---|
| C001316 | NKG | NOD/SCID | 종양학; 면역학; 자가면역질환; 면역치료 백신; GvHD/이식; 안전성 평가 및 기타 관련 연구 |
| C001416 | NKG B2m KO | NKG | 이식 반대 병태(GvHD); 면역계; 혈액형계; 혈액질환; 세포주 기반 이식모델(CDX); 환자 유래 이식모델(PDX). (GvHD 발병을 상당히 지연시킴.) |
| C001498 | NKG-H2-Ab1 KO | NKG | 면역계 인간화 쥐 모델 구축; 이식모델에서의 GvHD 연구; 면역계, 혈액형계 및 혈액질환 연구; 인간 세포주 이식(CDX), 환자 종양 조직 이식(PDX), 약물 스크리닝 및 효능 평가. |
| C001513 | NKG-hIL15 | NKG | 2세대 중증 면역결핍 쥐, 효과적인 NK 세포 재구성 가능. |
| C001197 | Rag1 KO | C57BL/6NCya | 면역계 관련 질환 연구; 종양 모델 구축; 면역계 결핍; 암; 독성학 및 기타 관련 연구 |
| C001324 | Rag2 KO | C57BL/6JCya | 면역계 관련 질환 연구; 종양 모델 구축; 면역계 결핍; 암; 독성학 및 기타 관련 연구 |
| C001332 | Tcra KO | C57BL/6JCya | 면역학; 염증; 자가면역 연구 |
| C001342 | B6J-Ighm Ighd-DKO | C57BL/6JCya | 면역학; 염증; 자가면역 연구; B세포 제거 및 기타 관련 연구 |
| C001343 | BALB/c-Ighm Ighd-DKO | BALB/c | 면역학; 염증; 자가면역 연구; B세포 제거 및 기타 관련 연구 |
| C001340 | B6-Ighm KO | C57BL/6JCya | 면역학; 염증; 자가면역 연구; B세포 제거 및 기타 관련 연구 |
| C001341 | BALB/c-Ighm KO | BALB/c | 면역학; 염증; 자가면역 연구; B세포 제거 및 기타 관련 연구 |
| C001344 | B6-Ighj KO | C57BL/6JCya | 면역학; 염증; 자가면역 연구; B세포 제거 및 기타 관련 연구 |
| C001345 | BALB/c-Ighj KO | BALB/c | 면역학; 염증; 자가면역 연구; B세포 제거 및 기타 관련 연구 |
| C001436 | BRG | Balb/c | 종양학; 면역학; 감염병; 줄기세포 생물학 및 관련 연구. |
| 쥐 이름 | 프로젝트 기간 | 면역계 재구성 상태 | 연구 응용 분야 |
|---|---|---|---|
| huPBMC-NKG | 3주 이내에 40% 이상의 인간화 비율 달성. | 주로 T세포로, 90% 이상 차지. | 종양 면역학 연구; GvHD 억제 약물 연구; 감염병 연구; 유전자 치료; 교차 반응 없이 약물 타겟 연구; 면역원성 검사. |
| huHSC-NKG | 6주 이내에 50% 이상의 인간화 비율 달성. | 다양한 면역세포 재구성. | 종양 연구; 면역학 연구; 자가면역질환 연구; 약물 대사 및 독성 연구. |
| huHSC-NKG-hIL15 | 이식 후 3주차에 빠른 재구성 달성; | 다양한 면역세포 재구성, 특히 인간 NK 세포 재구성에 매우 효과적; | NK 세포 발달 메커니즘 연구, NK 세포 관련 종양 면역치료 개발, 항체 의존적 NK 세포 매개 세포독성(ADCC) 연구, 인간 면역 및 혈액형계 연구. |
| huHSC-NKG-ProF | 8주 이내에 인간화 비율 40-60% 달성 | 림포이드 T, B, NK 세포 및 마이로이드 수지상세포(DC), 단핵구, 대식세포, 호중구 재구성 | 종양 면역학 연구; 자가면역질환 연구; 약물 대사 및 독성 연구 |
| huHSC-NKG-ProM | 8주 이내에 인간화 비율 40-60% 달성 | 림포이드 T 및 B 세포, 마이로이드 단핵구 재구성 | 종양 면역학 연구; 자가면역질환 연구; 약물 대사 및 독성 연구 |
| huHSC-NKG-ProN | 8주 이내에 인간화 비율 40-60% 달성 | 림포이드 T, B, NK 세포 재구성 | 종양 면역학 연구; 약물 대사 및 독성 연구 |
참고문헌
[1] Chuprin J, Buettner H, Seedhom MO, Greiner DL, Keck JG, Ishikawa F, Shultz LD, Brehm MA. Humanized mouse models for immuno-oncology research. Nat Rev Clin Oncol. 2023 Mar;20(3):192-206.
[2] Walsh NC, Kenney LL, Jangalwe S, Aryee KE, Greiner DL, Brehm MA, Shultz LD. Humanized Mouse Models of Clinical Disease. Annu Rev Pathol. 2017 Jan 24;12:187-215.
[3] Genomab Biotech. “Human immune system (HIS) mice.”, 2024년 5월 23일 조회, https://www.genomab.com/the-mouse-with-human-immune-system
[4] Liquitaya-Montiel AJ, Mendoza L. Dynamical Analysis of the Regulatory Network Controlling Natural Killer Cells Differentiation. Front Physiol. 2018 Aug 2;9:1029.
[5] Huntington ND, Legrand N, Alves NL, Jaron B, Weijer K, Plet A, Corcuff E, Mortier E, Jacques Y, Spits H, Di Santo JP. IL-15 trans-presentation promotes human NK cell development and differentiation in vivo. J Exp Med. 2009 Jan 16;206(1):25-34.
[6] Katano I, Nishime C, Ito R, Kamisako T, Mizusawa T, Ka Y, Ogura T, Suemizu H, Kawakami Y, Ito M, Takahashi T. Long-term maintenance of peripheral blood derived human NK cells in a novel human IL-15- transgenic NOG mouse. Sci Rep. 2017 Dec 8;7(1):17230.
