WO2021180024A1

WO2021180024A1 - 一种使用单个肿瘤细胞构建小鼠肿瘤模型的方法

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Publication number: WO2021180024A1
Application number: PCT/CN2021/079511
Authority: WO
Inventors: 黄波; 刘玉英
Original assignee: 中国医学科学院基础医学研究所
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2021-09-16
Also published as: CN113383749A

Abstract

提供一种使用单个肿瘤细胞构建小鼠肿瘤模型的方法。具体地，包括将包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶移植到小鼠的步骤；优选地，所述方法包括将包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶移植到小鼠皮下的步骤。

Description

一种使用单个肿瘤细胞构建小鼠肿瘤模型的方法

技术领域

本发明属于生物医学技术领域，具体地，本发明涉及一种使用单个肿瘤细胞建立小鼠肿瘤模型的方法以及该模型在研究肿瘤发生、发展机制，筛选抗肿瘤药物中的用途。

背景技术

恶性肿瘤作为一种严重威胁人类生命健康的疾病，至今没有有效的治疗手段，最主要的原因是肿瘤的发生发展机制依然尚未研究清楚。当今科学界普遍认为，在肿瘤的发生过程中，单个的肿瘤起始细胞，在合适的体内微环境下，逐渐分裂增殖，最终形成病理可见的肿瘤组织。因此，肿瘤的发生发展，复发转移，与肿瘤组织中个别具有自我更新，再生能力的肿瘤生成细胞，也称为肿瘤干细胞，息息相关。并且，这部分肿瘤生成细胞往往在转移复发的过程中发挥着至关重要的作用。因此，单个细胞成瘤模型的建立是此肿瘤发生发展过程模拟和研究的重要有效手段。然而，目前的科研手段依然无法从单个肿瘤细胞起建立生物肿瘤模型。在肿瘤的基础科研中，合适的动物模型是研究肿瘤发生，发展机制和肿瘤治疗的重中之重。因此，单细胞建立小鼠皮下异位瘤模型的建立对研究单个肿瘤起始细胞的细胞学特性和发展过程，以及对理解肿瘤的发生，发展有着重要的意义。

在现有阶段的实验研究手段中，研究人员都是通过多个肿瘤(>10)的移植或化学诱导的方法建立起稳定的动物肿瘤模型。这两种肿瘤模型的建立方法无法有效地模拟单个肿瘤起始细胞在最初肿瘤发生，发展的过程，对科研人员研究肿瘤的发生发展造成了阻碍。建立起一种单个肿瘤细胞起始发生的动物肿瘤模型，是当代肿瘤研究的迫切需求。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种构建小鼠肿瘤模型的方法，所述方法包括将包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶移植到小鼠的步骤；优选地，所述方法包括将包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶移植到小鼠皮下的步骤。

具体地，本发明提供了一种构建小鼠肿瘤模型的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将包含肿瘤细胞的培养基与纤维蛋白原混合，铺于96孔板中；优选地，所述纤维蛋白原的浓度为0.1至10μg/ml，更优选浓度为4-8μg/ml；更优选地，所述纤维蛋白原为人纤维蛋白原或三文鱼纤维蛋白原；

2)向步骤1)中的96孔板中加入凝血酶，在37℃下孵育60分钟；

3)向孔中加入培养基，37℃下培养6至12小时；

4)选择包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶，去除培养基，和

5)将步骤5)中获得的包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶移植到小鼠，优选地，移植到小鼠皮下组织。

在根据本发明方法的一个优选实施方案中，所述单个肿瘤细胞选自黑色素瘤、肝癌、乳腺癌、结直肠癌、骨髓瘤、小细胞肺癌、非小细胞肺癌、头和颈癌、神经胶质瘤、何杰金淋巴瘤、非何杰金淋巴瘤、弥漫性大B-细胞淋巴瘤、滤泡性淋巴瘤、急性成淋巴细胞性白血病、急性髓细胞样白血病、慢性淋巴细胞性白血病、慢性髓细胞样白血病、原发性纵隔大B-细胞淋巴瘤、套细胞淋巴瘤、小淋巴细胞性淋巴瘤、富含T-细胞/组织细胞的大B-细胞淋巴瘤、多发性骨髓瘤、髓样细胞白血病-1蛋白、骨髓异常增生综合征、胃癌、卵巢癌、成淋巴细胞性白血病、淋巴细胞白血病、子宫内膜癌、前列腺癌、甲状腺癌、软骨肉瘤、神经母细胞瘤、胰腺癌、多形性成胶质细胞瘤、骨癌、尤因氏肉瘤、子宫颈癌、脑癌、膀胱癌、透明细胞肾细胞癌、咽喉癌、肝胆癌、中枢神经系统癌、食管癌、恶性胸膜间皮瘤、全身性轻链淀粉样变性、淋巴浆细胞性淋巴瘤、骨髓异常增生综合征、骨髓增生性肿瘤、神经内分泌肿瘤、梅克尔细胞癌、睾丸癌和皮肤癌的肿瘤细胞。

在第二方面，本发明提供了一种制备包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶的方法，所述方法包括以下步骤：

2)向步骤1)中的96孔板中加入凝血酶，在37℃下孵育60分钟；

3)向孔中加入培养基，37℃下培养6至12小时；和

4)选择包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶，去除培养基，得到包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶。

在第三方面，本发明提供了根据本发明的方法获得的包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶。

在第四方面，本发明提供了根据本发明的方法获得的包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶在构建小鼠肿瘤模型中的用途。

在第五方面，本发明提供了根据本发明的方法构建的小鼠肿瘤模型在筛选抗肿瘤药物中的用途。

附图说明

图1显示单个B16肿瘤细胞在3D纤维蛋白胶以及胶原水凝胶中移植到野生型C57小鼠皮下的成瘤图；其中3D纤维蛋白胶组在第30天的成瘤数目为10只小鼠中9只小鼠成瘤；胶原水凝胶组在第30天的成瘤数目为10只小鼠中0只小鼠成瘤。

图2显示单个MP-1肿瘤细胞在3D纤维蛋白胶以及胶原水凝胶中移植到NSG小鼠皮下的成瘤图；其中3D纤维蛋白胶组在第30天的成瘤数目为10只小鼠中7只小鼠成瘤；胶原水凝胶组在第30天的成瘤数目为10只小鼠中0只小鼠成瘤。

图3显示单个H22肿瘤细胞在3D纤维蛋白胶以及胶原水凝胶中移植到BABL/c小鼠皮下的成瘤图；其中3D纤维蛋白胶组在第30天的成瘤数目为16只小鼠中9只小鼠成瘤；胶原水凝胶组在第30天的成瘤数目为16只小鼠中0只小鼠成瘤。

具体实施方式

以下通过具体的实施方式描述本发明，应该理解的是，其仅仅是出于为了更好地理解本发明的目的，而不是限制的目的。本领域技术人员能够理解，任何对本发明步骤的变型、替换或取代均可以落入本发明的范围内，只要其能够实现本发明所述的功能。

本领域中公知，纤维蛋白胶是通过凝血酶作用于纤维蛋白原而制备的降解物。简言之，纤维蛋白原由α、β、γ三对不同多肽链组成。纤维蛋白原在凝血酶的作用下形成纤维蛋白单体，并相互共价结合形成纤维蛋白多聚体，其α链交错重叠共价交联形成稳定的透明的无定形纤维状的弹性胶状降解物-即为纤维蛋白胶。如本文所使用的，术语“纤维蛋白胶”是指通过凝血酶讲解纤维蛋白原而形成的纤维蛋白胶，其中还包含单个肿瘤细胞；优选地，所述肿瘤细胞为原代培养和/或次代培养的肿瘤细胞；优选地，所述肿瘤细胞选自黑色素瘤、肝癌、乳腺癌、结直肠癌、骨髓瘤、小细胞肺癌、非小细胞肺癌、头和颈癌、神经胶质瘤、何杰金淋巴瘤、非何杰金淋巴瘤、弥漫性大B-细胞淋巴瘤、滤泡性淋巴瘤、急性成淋巴细胞性白血病、急性髓细胞样白血病、慢性淋巴细胞性白血病、慢性髓细胞样白血病、原发性纵隔大B-细胞淋巴瘤、套细胞淋巴瘤、小淋巴细胞性淋巴瘤、富含T-细胞/组织细胞的大B-细胞淋巴瘤、多发性骨髓瘤、髓样细胞白血病-1蛋白、骨髓异常增生综合征、胃癌、卵巢癌、成淋巴细胞性白血病、淋巴细胞白血病、子宫内膜癌、前列腺癌、甲状腺癌、软骨肉瘤、神经母细胞瘤、胰腺癌、多形性成胶质细胞瘤、骨癌、尤因氏肉瘤、子宫颈癌、脑癌、膀胱癌、透明细胞肾细胞癌、咽喉癌、肝胆癌、中枢神经系统癌、食管癌、恶性胸膜间皮瘤、全身性轻链淀粉样变性、淋巴浆细胞性淋巴瘤、骨髓异常增生综合征、骨髓增生性肿瘤、神经内分泌肿瘤、梅克尔细胞癌、睾丸癌和皮肤癌的肿瘤细胞。

如本文所使用的，术语“胶原水凝胶”是包含胶原蛋白和单个肿瘤细胞的水凝胶。

本发明提供了一种使用包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶构建小鼠肿瘤模型的方法，所述方法包括将包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶移植到小鼠的步骤；优选地，所述方法包括将包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶移植到小鼠皮下的步骤。

具体地，本发明提供了一种使用包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶构建小鼠肿瘤模型的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将包含肿瘤细胞的培养基与纤维蛋白原混合，铺于96孔板中；

2)向步骤1)中的96孔板中加入凝血酶，在37℃下孵育60分钟；

3)向孔中加入培养基，37℃下培养6至12小时；

4)选择包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶，去除培养基，和

本发明提供的使用包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶构建小鼠肿瘤模型的方法，适用于多种肿瘤，包括但不限于黑色素瘤、肝癌、乳腺癌、结直肠癌、骨髓瘤、小细胞肺癌、非小细胞肺癌、头和颈癌、神经胶质瘤、何杰金淋巴瘤、非何杰金淋巴瘤、弥漫性大B-细胞淋巴瘤、滤泡性淋巴瘤、急性成淋巴细胞性白血病、急性髓细胞样白血病、慢性淋巴细胞性白血病、慢性髓细胞样白血病、原发性纵隔大B-细胞淋巴瘤、套细胞淋巴瘤、小淋巴细胞性淋巴瘤、富含T-细胞/组织细胞的大B-细胞淋巴瘤、多发性骨髓瘤、髓样细胞白血病-1蛋白、骨髓异常增生综合征、胃癌、卵巢癌、成淋巴细胞性白血病、淋巴细胞白血病、子宫内膜癌、前列腺癌、甲状腺癌、软骨肉瘤、神经母细胞瘤、胰腺癌、多形性成胶质细胞瘤、骨癌、尤因氏肉瘤、子宫颈癌、脑癌、膀胱癌、透明细胞肾细胞癌、咽喉癌、肝胆癌、中枢神经系统癌、食管癌、恶性胸膜间皮瘤、全身性轻链淀粉样变性、淋巴浆细胞性淋巴瘤、骨髓异常增生综合征、骨髓增生性肿瘤、神经内分泌肿瘤、梅克尔细胞癌、睾丸癌和皮肤癌。

根据本发明的方法构建的小鼠肿瘤模型，能够在15至60天内稳定地形成皮下肿瘤，并为肿瘤形成、发生发展机制的探索，以及抗肿瘤药物的筛选提供重要工具。

在本发明中，本发明人使用的本领域中常用的胶原水凝胶作为对照，进一步证实了我们的纤维蛋白胶体系的显著效果。

在本发明的构建小鼠肿瘤模型方法的一个优选的实施方案中，包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶通过混合纤维蛋白原、单个肿瘤细胞和凝血酶形成，优选地所述纤维蛋白原是源自动物的纤维蛋白原，优选地，来源自三文鱼或人的纤维蛋白原。在本发明的构建小鼠肿瘤模型方法的一个优选的实施方案中，将50μl包含纤维蛋白原、单个肿瘤细胞和凝血酶的混合液形成的纤维蛋白胶移植到小鼠皮下。

在本发明的构建小鼠肿瘤模型方法的一个优选的实施方案中，包含纤维蛋白原、单个肿瘤细胞和凝血酶的混合液中纤维蛋白原的终浓度为0.1～10μg/ml，优选为浓度为4-8μg/ml。

根据本发明方法构建的小鼠肿瘤模型可用于肿瘤发生发展机制的研究、抗肿瘤药物的药效评估、抗肿瘤药物的药理安全性评估以及临床肿瘤评估的应用中。

以下实施例用于解释实施本发明的目的，而不应理解为限制本发明。

实施例

实施例1.肿瘤细胞培养

B16细胞(一种黑色素瘤细胞系)、MP-1细胞(一种病人组织来源黑色素瘤细胞)和H22细胞(一种肝肿瘤细胞系)，从北京协和医学院细胞资源中心获得，将其在37℃下培养在10cm细胞培养皿的合适的培养基中。

在室温下用胰蛋白酶处理细胞2分钟，在培养基中消化后，在600rpm下离心五分钟。离心后将细胞用1640培养基重悬，细胞计数仪计数细胞，依据细胞浓度进一步稀释调整到细胞悬液的浓度为5个细胞/μl培养基。

实施例2.包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶的制备

在3D纤维蛋白胶反应体系(以250μl的悬液体积为例)中包含：

纤维蛋白原 50μl

含有肿瘤细胞的培养基 200μl(包含5个细胞)

凝血酶(催化) 1μl(点在96孔板内)。

具体而言，将50μl人纤维蛋白原(美国Reagent Proteins公司，40μg/ml)或三文鱼纤维蛋白原(美国Reagent Proteins公司，20μg/ml)和200μl含肿瘤细胞的培养基充分混合备用；将1μl凝血酶(美国Reagent Proteins公司，SEA-135，100U/ml)加入到无菌96孔板的中心位置，然后吸取50μl的上述纤维蛋白原和含肿瘤细胞的培养基，加入所述无菌96孔板中，充分混匀。将96孔板放在37℃的细胞培养箱培养，60分钟后，每孔依次加入200μl的1640培养基，继续培养6个小时。然后显微镜下观察筛选出包含单个肿瘤细胞的孔，标记待用。

依照该方法制备含有B16细胞、MP-1细胞和H22细胞的三种细胞的3D纤维蛋白胶。

实施例3.包含单个肿瘤细胞的胶原水凝胶的制备

3D胶原水凝胶反应体系(以1000μl的悬液体积为例)中包含：

具体地，将磷酸盐缓冲液、胶原以及氢氧化钠依次加入到含肿瘤细胞的培养基中，混匀充分后，吸取50μl均匀平铺到96孔板的孔板内。将96孔板放在37℃的细胞培养箱培养，60分钟后，每孔依次加入200μl的1640培养基，继续培养6个小时。然后显微镜下观察筛选出包含单个肿瘤细胞的孔，标记待用。

依照该方法制备含有B16细胞、MP-1细胞和H22细胞的三种细胞的3D胶原水凝胶。

实施例4.向小鼠皮下移植肿瘤细胞

1)手术器械消毒

高温高压消毒手术所需的手术器械，包括止血钳，持针器，剪刀，镊子，纱布。

2)麻醉

将野生型C57小鼠、BABL/c小鼠、NSG小鼠进行麻醉，麻药为戊巴比妥钠，浓度为1％，每只小鼠腹腔注射125微升。待小鼠进入麻醉状态后，将小鼠皮下进行毛发清理，避免感染手术伤口。

3)备皮

在小鼠的皮肤表面用止血钳和剪刀小心开一个长度为1厘米的切口，操作过程中注意无菌以及关注小鼠状态。

4)处理3D胶

首先将96孔板内3D胶的培养基吸出，依次用生理盐水洗涤孔里残余的培养基以及杂质。依次小心将96孔里的包有单个B16肿瘤细胞、单个MP-1肿瘤细胞、单个H22肿瘤细胞的3D纤维蛋白胶以及胶原水凝胶分别移植到野生型C57小鼠、NSG小鼠和BABL/c小鼠的皮肤切口内，保证完全放入到皮肤内。然后迅速进行小鼠的伤口缝合，采用可吸收无菌缝合线，5号缝合针，对小鼠进行皮肤的缝合，缝合完成后将小鼠依次放回干净的无菌笼中。

观察单个肿瘤细胞的3D纤维蛋白胶组以及胶原水凝胶组小鼠皮下的长瘤情况(参见图1至图3)。

上述结果充分证实本发明提供的单个肿瘤细胞构建小鼠皮下异位肿瘤模型的构建方法，适用于多种肿瘤细胞，并且能够稳定形成皮下肿瘤，为科研肿瘤的形成，发生发展机制研究提供重要工具，具有重大的应用前景。

Claims

一种构建小鼠肿瘤模型的方法，所述方法包括将包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶移植到小鼠皮下的步骤。
根据权利要求1所述的构建小鼠肿瘤模型的方法，其中所述包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶通过以下步骤获得：

1)将包含肿瘤细胞的培养基与纤维蛋白原混合，铺于96孔板中；

2)向步骤1)中的96孔板中加入凝血酶，在37℃下孵育60分钟；

3)向96孔板中加入培养基，37℃下培养6至12小时；和

4)选择包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶，去除培养基。
根据权利要求2所述的构建小鼠肿瘤模型的方法，其中步骤1)中的所述纤维蛋白原为人纤维蛋白原或三文鱼纤维蛋白原；并且所述纤维蛋白原的浓度为0.1至10μg/ml。
根据权利要求3所述的构建小鼠肿瘤模型的方法，其中步骤1)中的所述纤维蛋白原的浓度为4至8μg/ml。
根据权利要求1至4中任一项所述的构建小鼠肿瘤模型的方法，其中所述单个肿瘤细胞选自黑色素瘤、肝癌、乳腺癌、结直肠癌、骨髓瘤、小细胞肺癌、非小细胞肺癌、头和颈癌、神经胶质瘤、何杰金淋巴瘤、非何杰金淋巴瘤、弥漫性大B-细胞淋巴瘤、滤泡性淋巴瘤、急性成淋巴细胞性白血病、急性髓细胞样白血病、慢性淋巴细胞性白血病、慢性髓细胞样白血病、原发性纵隔大B-细胞淋巴瘤、套细胞淋巴瘤、小淋巴细胞性淋巴瘤、富含T-细胞/组织细胞的大B-细胞淋巴瘤、多发性骨髓瘤、髓样细胞白血病-1蛋白、骨髓异常增生综合征、胃癌、卵巢癌、成淋巴细胞性白血病、淋巴细胞白血病、子宫内膜癌、前列腺癌、甲状腺癌、软骨肉瘤、神经母细胞瘤、胰腺癌、多形性成胶质细胞瘤、骨癌、尤因氏肉瘤、子宫颈癌、脑癌、膀胱癌、透明细胞肾细胞癌、咽喉癌、肝胆癌、中枢神经系统癌、食管癌、恶性胸膜间皮瘤、全身性轻链淀粉样变性、淋巴浆细胞性淋巴瘤、骨髓异常增生综合征、骨髓增生性肿瘤、神经内分泌肿瘤、梅克尔细胞癌、睾丸癌和皮肤癌的肿瘤细胞。
根据权利要求5所述的方法获得的小鼠肿瘤模型在筛选抗肿瘤药物中的用途。
一种制备包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将包含肿瘤细胞的培养基与纤维蛋白原混合，铺于96孔板中；

2)向步骤1)中的96孔板中加入凝血酶，在37℃下孵育60分钟；

3)向96孔板中加入培养基，37℃下培养6至12小时；和

4)选择包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶，去除培养基。
根据权利要求7所述的方法，其中步骤1)中的所述纤维蛋白原为人纤维蛋白原或三文鱼纤维蛋白原；并且所述纤维蛋白原的浓度为0.1至10μg/ml。
一种包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶，其通过权利要求7或8的方法获得。
根据权利要求9所述的包含单个肿瘤细胞的纤维蛋白胶在构建小鼠肿瘤模型中的用途。