«Биологи часто напоминают, что «мыши — не люди», чтобы указать на сложность экстраполяции результатов, полученных в ходе экспериментов на грызунах, на человека. Однако новое исследование предлагает решение этой проблемы: авторы разработали модифицированную линию мышей TruHuX («по-настоящему очеловеченные»). Эти животные обладают иммунной системой, идентичной человеческой, и аналогичным кишечным микробиомом.
Для исследования развития заболеваний человека и разработки методов их терапии наиболее часто используются мыши, а также крысы, хотя и в меньшей степени. Маленькие грызуны особенно удобны: неприхотливы, быстро растут и размножаются, имеют очень близкие к нашим биохимические и клеточные процессы. К тому же мышей легко сделать трансгенными — ввести в их геном ДНК, кодирующую белки человека. В том числе патологические, то есть вызывающие те или иные болезни.
Иммунная система у грызунов устроена несколько сложнее. Несмотря на то, что в целом она близка к нашей, существуют и значительные различия, поскольку предки людей и мышей развивались независимо друг от друга на протяжении десятков миллионов лет. В настоящее время у мышей имеется около 1600 генов, определяющих их реакцию на инфекции и иммунные патологии, сильно отличается.
Какие методы применяются для изучения иммунитета человека и связанных с ним болезней на моделях мышей? Для этого грызунов подвергают гуманизации, что подразумевает придание им черт, характерных для человека. Такие исследования начались в 1980-х годах, в период начала эпидемии ВИЧ, и продолжаются по настоящее время.
Сначала у мышей подавляют собственную иммунную систему, создавая иммунодефицит, что позволяет «освободить» место для компонентов человеческого иммунитета. Затем животным вводят клетки человека — зрелые лимфоциты, полученные из крови, гемопоэтические стволовые клетки или другие типы клеток. Такая гуманизированная мышь воспроизводит лишь некоторые элементы иммунной системы, не демонстрирует полноценной защитной реакции и характеризуется ограниченной продолжительностью жизни. Эти модели не оптимальны для исследования широкого спектра заболеваний, разработки иммунотерапевтических подходов для людей и производства вакцин. Значительным прогрессом в направлении «очеловечивания» животных стало статья американских ученых в журнале Nature Immunology. Биологи разработали новую линию мышей, получившую название «истинно очеловеченной» (TruHuX, от английского truly human).
Для проведения исследования использовали мутантную линию мышей NSG W41, характеризующуюся отсутствием полноценной иммунной системы. В левый желудочек их сердца вводили стволовые клетки человека, полученные из пуповинной крови. Через несколько недель мышей воздействовали 17b-эстрадиолом (E2), который является наиболее распространенной и активной формой женских половых гормона. Она имеется как у мужчин, так и у женщин.
Помимо роли в размножении и развитии половых признаков, этот эстроген оказывает влияние и на иммунную систему. Он способствует поддержанию жизнеспособности стволовых клеток, стимулирует дифференцировку B-лимфоцитов и поддерживает выработку антител, направленных против вирусов и бактерий.
Мыши TruHuX (или THX), полученные в результате такой обработки, обладают полноценной иммунной системой, сформированной из человеческих клеток. В её состав входят лимфатические узлы, герминальные центры, эпителиальные клетки тимуса, T- и B-лимфоциты, в том числе B-клетки памяти, а также плазматические клетки, производящие высокоспецифичные антитела и аутоантитела.
Модифицированные мыши продемонстрировали выраженный иммунный ответ, обусловленный выработкой антител, специфичных к белкам бактерии Salmonella typhimurium (для выявления возбудителя сальмонеллеза, а также коронавируса SARS-CoV-2 животных привили вакцинами, которые используют в клинике и вводят людям. С помощью введения специфичного токсина (пристана) у других TruHuX-мышей вызвали системную красную волчанку — тяжелое аутоиммунное заболевание. Кроме того, грызуны имеют «человеческий» микробиом кишечника, что важно как для функционирования иммунитета, так и для ряда других биологических процессов.
Полученные данные способны значительно продвинуть исследования в области иммунитета и содействовать разработке инновационных, действенных препаратов. Возможно, мыши Благодаря TruHuX и аналогичным технологиям, можно будет отказаться от дорогостоящих и вызывающих этические вопросы иммунологических и микробиологических исследований, проводимых на человекообразных обезьянах.