Development of next-generation patient-derived xenograft models for precision medicine

• Project/Area Number: 21H02949
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 54010:Hematology and medical oncology-related
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 竹中 克斗 愛媛大学, 医学系研究科, 教授 (30301295)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 患者組織移植モデル / 免疫不全マウス / ヒト疾患モデル / マクロファージ寛容 / SIRPA / がん幹細胞

Outline of Research at the Start

ヒト正常造血幹細胞のアッセイ系として開発された免疫不全マウスによる異種移植の系は、患者腫瘍組織移植モデルによる抗がん剤の治療効果予測への応用、あるいはマウス内のヒト細胞への病原体感染実験モデル・ワクチン開発への応用が期待されている。このような多方面への展開には、ヒト移植片の「全般的生着効率の向上」が極めて重要であり、我々が独自に開発した「完全マクロファージ寛容」「骨髄ニッチのオープン化」を導入したマウスを組み合わせ、あらゆる疾患を再現可能な全般的疾患再現モデルを構築し、高精度医療を横断的にサポートする次世代ヒト化患者腫瘍組織移植モデルを確立する

Outline of Annual Research Achievements

ヒト正常造血幹細胞のアッセイ系として開発された免疫不全マウスによる異種移植の系は、造血器腫瘍・固形腫瘍の幹細胞純化や病態解明、幹細胞標的治療の開発、患者腫瘍組織移植モデルによる抗がん剤の治療効果予測への応用、あるいはマウス内のヒト細胞への病原体感染実験モデル・ワクチン開発への応用が期待されている。しかし、このような多方面への展開には、このモデルにおいて正常・腫瘍を含めたヒト移植片の「全般的生着効率の向上」がいかに得られるかが鍵となる。本研究では、これらの問題点を克服するため、我々が独自に開発した「完全マクロファージ寛容」「骨髄ニッチのオープン化」を導入したマウスを組み合わせ、あらゆる疾患を再現可能な全般的疾患再現モデルを構築し、次世代ヒト化患者腫瘍組織移植モデルの樹立によって、高精度医療を横断的にサポートする基盤的技術を確立することを目的としている。
我々は、すでに、B6バックグラウンドで、Rag2欠損、IL2Rｇ欠損に、骨髄ニッチオープン化のためのKit変異を導入したB6.Rag2(null)IL2Rg(null)Kit(Wv/Wv)マウスを樹立し、「骨髄ニッチのオープン化」に成功し、Stem Cell Reports誌(2016年)に報告したが、さらに、BRGSにヒトSIRPAをノックインしたBRGhSラインも樹立し、「完全マクロファージ寛容」導入も完了している。当該年度では、BRGhSラインの移植レシピエントしての有用性を詳細に解析し、Blood誌（2020）に報告した。当該年度では、引き続きBRGSKとBRGhSを交配し、本課題における最終形のマウスラインの1つであり、次世代PDXモデルの完成形であるBRGhSKの樹立とラインのコロニーの拡大を図っており、新規マウスラインのヒト造血支持能の検証と、マウス内でのヒト疾患再構築と、幹細胞分画の同定を進めていく予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本課題では、我々が独自に開発した「完全マクロファージ寛容」「骨髄ニッチのオープン化」を導入したマウスを組み合わせ、あらゆる疾患を再現可能な全般的疾患再現モデルを構築し、次世代ヒト化患者腫瘍組織移植モデルの樹立によって、高精度医療を横断的にサポートする基盤的技術を確立することが目的であり、まず、当該年度では、BRGhSK・BRGhSK-A2マウスラインの樹立を予定し、交配を継続している。我々は、BRGSに、c-KitWv変異を追加導入したBRGSKライン、および、BRGSにヒトSIRPAをノックインしたBRGhSラインも樹立しており、BRGSKとBRGhSを交配した完成型BRGhSKのラインを樹立し、マウスラインの拡大を行っている。Kitホモ変異は生殖能を欠くため、ヘテロ変異でマウスを維持していることから、マウスコロニーの拡大に時間を要している。現在も、適宜、凍結杯などで保存を行いつつ、マウスコロニーの拡大に努めている。BRGShK-A2マウスラインについては、HLA-A2マウスはすでに取得済みであり、マウスラインの樹立を継続する。また、ヒト造血細胞の構築能や、ヒト化マウス作成のため、日本赤十字社と契約締結を行い、臍帯血の提供を受けており、臍帯血から幹細胞分画として、分化抗原陰性分画を分離、凍結保存を行い、検体集積を継続している。また、急性白血病をはじめとする造血器腫瘍の臨床検体も、文書による同意を得て凍結保存を継続しており、次年度では、マウス内での疾患再構築と、幹細胞分画の同定を進めていく予定であり、研究計画はおおむね順調に進行している。

Strategy for Future Research Activity

当該年度では、BRGSKとBRGhSを交配し、次世代PDXモデルの完成形であるBRGhSKの樹立し、このラインの拡大を行ってきた。Kit変異マウスが生殖能を欠くため、ヘテロマウスでの維持となるため、完成型のマウス樹立の効率が悪く、マウスコロニーの拡大には時間を要している。次年度も引き続き、ラインの拡大は継続するが、同時に、新規に樹立したBRGSKマウスの胚凍結による保存も行い、ラインの維持の確保を行っていく。
今後は、これまでのPDXモデルで疾患再構築が困難であった骨髄異形成症候群(MDS)、骨髄増殖性腫瘍(MPN)の検体から臨床病態の変化に伴い経時的にがん幹細胞亜分画を純化し、BRGhSKマウスを用いた機能解析を生体内で行い、各亜分画の病態進展における役割を明らかにする。当科には、文書による同意を得て凍結保存されている臨床検体が豊富にあり、現在も、臨床検体の集積を継続してる。また、他のグループと検体の共同利用を進めており、臨床情報を有する多数の検体をもって、上記の解析にあたる予定である。さらに、MPN/MDS幹細胞の純化・同定を進め、生体内がん幹細胞活性、分化能解析、遺伝子変異解析、トランスクリプトーム解析、エピゲノム解析などを行い、各亜群の機能的差異や、各クローンの階層性、連関と、臨床経過を照らし合わせることで、遺伝子変異や代謝変化がクローン進化に果たす役割を明らかにし、治療標的分子の網羅的解析を行っていく。最終的には、「完全マクロファージ寛容」「骨髄ニッチのオープン化」導入により、マウス環境を改変した次世代患者組織移植モデルを開発し、あらゆる疾患を再現可能な全般的疾患再現モデル
構築によって、腫瘍性幹細胞純化・創薬開発の支援基盤構築を目指している。

Research Products

• [Journal Article] Long-term transition of antibody titers in healthcare workers following the first to fourth doses of mRNA COVID-19 vaccine: Comparison of two automated SARS-CoV-2 immunoassays (2023)
  • Author(s): Taniguchi Yumi、Suemori Koichiro、Tanaka Keiko、Okamoto Ai、Murakami Akiko、Miyamoto Hitoshi、Takasuka Yasunori、Yamashita Masakatsu、Takenaka Katsuto
  • Journal Title: Journal of Infection and Chemotherapy Volume: 29 Issue: 5 Pages: 534-538
  • DOI: 10.1016/j.jiac.2023.01.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-Year Seroprevalence Surveys of SARS-CoV-2 Antibodies among Outpatients and Healthcare Workers in Ehime, Japan (2022)
  • Author(s): Suemori Koichiro、Taniguchi Yumi、Okamoto Ai、Murakami Akiko、Ochi Fumihiro、Aono Harutaka、Hato Naohito、Osawa Haruhiko、Miyamoto Hitoshi、Sugiyama Takashi、Yamashita Masakatsu、Tauchi Hisamichi、Takenaka Katsuto
  • Journal Title: Japanese Journal of Infectious Diseases Volume: 75 Issue: 5 Pages: 523-526
  • DOI: 10.7883/yoken.JJID.2022.155
  • ISSN: 1344-6304, 1884-2836
  • Year and Date: 2022-09-30
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hematopoietic stem progenitor cells with malignancy‐related gene mutations in patients with acquired aplastic anemia are characterized by the increased expression of CXCR4 (2022)
  • Author(s): Katagiri Takamasa,Espinoza Luis,Uemori Mizuho,Ikeda Honoka,Hosokawa Kohei,Ishiyama Ken,Yoroidaka Takeshi,Imi Tatsuya,Takamatsu Hiroyuki,Ozawa Tatsuhiko,Kishi Hiroyuki,Yamamoto Yasuhiko,Elbadry Mahmoud,Yoshida Yoshinori,Chonabayashi Kazuhisa,Takenaka Katsuto,Akashi Koichi,Nannya Yasuhito,Ogawa Seishi,Nakao Shinji
  • Journal Title: eJHaem Volume: 3 Issue: 3 Pages: 669-680
  • DOI: 10.1002/jha2.515
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Correction to: Efficacy and safety of ropeginterferon alfa-2b in Japanese patients with polycythemia vera: an open-label, single-arm, phase 2 study (2022)
  • Author(s): Edahiro Yoko、Ohishi Kohshi、Gotoh Akihiko、Takenaka Katsuto、Shibayama Hirohiko、Shimizu Takayuki、Usuki Kensuke、Shimoda Kazuya、Ito Masafumi、VanWart Scott A.、Zagrijtschuk Oleh、Qin Albert、Kawase Hiroaki、Miyachi Narihisa、Sato Toshiaki、Komatsu Norio、Kirito Keita
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 116 Issue: 4 Pages: 642-643
  • DOI: 10.1007/s12185-022-03440-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prognostic impact of complex karyotype on post-transplant outcomes of myelofibrosis. (2022)
  • Author(s): Okada Y, Takenaka K, Murata M, Shimazu Y, Tachibana T, Ozawa Y, Uchida N, Wakayama T, Doki N, Sugio Y, Tanaka M, Masuko M, Kobayashi H, Ino K, Ishikawa J, Nakamae H, Matsuoka KI, Kanda Y, Fukuda T, Atsuta Y, Nagamura-Inoue T.
  • Journal Title: Hematol Oncol Volume: 40 Issue: 5 Pages: 1076-1085
  • DOI: 10.1002/hon.3058
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CD21lo B Cells Could Be a Potential Predictor of Immune-Related Adverse Events in Renal Cell Carcinoma. (2022)
  • Author(s): Nishimura K, Konishi T, Ochi T, Watanabe R, Noda T, Fukumoto T, Miura N, Miyauchi Y, Kikugawa T, Takenaka K, Saika T.
  • Journal Title: J Pers Med. Volume: 12 Issue: 6 Pages: 888-894
  • DOI: 10.3390/jpm12060888
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Risk factors for late cytomegalovirus infection after completing letermovir prophylaxis (2022)
  • Author(s): Mori Yasuo、Harada Takuya、Yoshimoto Goichi、Shima Takahiro、Numata Akihiko、Jinnouchi Fumiaki、Yamauchi Takuji、Kikushige Yoshikane、Kunisaki Yuya、Kato Koji、Takenaka Katsuto、Akashi Koichi、Miyamoto Toshihiro
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 116 Issue: 2 Pages: 258-265
  • DOI: 10.1007/s12185-022-03348-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epigenetic regulator UHRF1 orchestrates proinflammatory gene expression in rheumatoid arthritis in a suppressive manner (2022)
  • Author(s): Saeki Noritaka、Inoue Kazuki、Ideta-Otsuka Maky、Watamori Kunihiko、Mizuki Shinichi、Takenaka Katsuto、Igarashi Katsuhide、Miura Hiromasa、Takeda Shu、Imai Yuuki
  • Journal Title: Journal of Clinical Investigation Volume: 132 Issue: 11
  • DOI: 10.1172/jci150533
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Efficacy and safety of ropeginterferon alfa-2b in Japanese patients with polycythemia vera: an open-label, single-arm, phase 2 study. (2022)
  • Author(s): Edahiro Y, Ohishi K, Gotoh A, Takenaka K, Shibayama H, Shimizu T, Usuki K, Shimoda K, Ito M, VanWart SA, Zagrijtschuk O, Qin A, Kawase H, Miyachi N, Sato T, Komatsu N, Kirito K.
  • Journal Title: Int J Hematol Volume: ー Issue: 2 Pages: 215-227
  • DOI: 10.1007/s12185-022-03341-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Selective targeting of multiple myeloma cells with a monoclonal antibody recognizing the ubiquitous protein CD98 heavy chain (2022)
  • Author(s): Hasegawa Kana et al.
  • Journal Title: Science Translational Medicine Volume: 14 Issue: 632 Pages: 7706-7706
  • DOI: 10.1126/scitranslmed.aax7706
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Clinical characteristics of Japanese patients with polycythemia vera: results of the JSH-MPN-R18 study (2022)
  • Author(s): Edahiro Yoko、Tomita Akihiro、et al.
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 116 Issue: 5 Pages: 696-711
  • DOI: 10.1007/s12185-022-03412-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Clinical characteristics, prognostic factors, and outcomes of patients with essential thrombocythemia in Japan: the JSH-MPN-R18 study (2021)
  • Author(s): Hashimoto Y, Ito T, Gotoh A, Nakamae M, Kimura F, Koike M, Kirito K, Wada H, Usuki K, Tanaka T, Mori T, Wakita S, Saito TI, Kada A, Saito AM, Shimoda K, Sugimoto Y, Kurokawa T, Tomita A, Edahiro Y, Akashi K, Matsumura I, Takenaka K, Komatsu N
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 115 Issue: 2 Pages: 208-221
  • DOI: 10.1007/s12185-021-03253-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Circulating CD34+?cells of primary myelofibrosis patients contribute to myeloid-dominant hematopoiesis and bone marrow fibrosis in immunodeficient mice (2021)
  • Author(s): Saito Noriyuki、Yamauchi Takuji、Kawano Noriaki、Ono Rintaro、Yoshida Shuro、Miyamoto Toshihiro、Kamimura Tomohiko、Shultz Leonard D.、Saito Yoriko、Takenaka Katsuto、Shimoda Kazuya、Harada Mine、Akashi Koichi、Ishikawa Fumihiko
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 115 Issue: 2 Pages: 198-207
  • DOI: 10.1007/s12185-021-03239-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A single-chain antibody generation system yielding CAR-T cells with superior antitumor function (2021)
  • Author(s): Ochi Toshiki、Maruta Masaki、Tanimoto Kazushi、Kondo Fumitake、Yamamoto Toshihiro、Kurata Mie、Fujiwara Hiroshi、Masumoto Junya、Takenaka Katsuto、Yasukawa Masaki
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Issue: 1 Pages: 273-273
  • DOI: 10.1038/s42003-021-01791-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A multicenter non-randomized, uncontrolled single arm trial for evaluation of the efficacy and the safety of the treatment with favipiravir for patients with severe fever with thrombocytopenia syndrome (2021)
  • Author(s): Suemori K, Saijo M, Yamanaka A, Himeji D, Kawamura M, Haku T, Hidaka M, Kamikokuryo C, Kakihana Y, Azuma T, Takenaka K, Takahashi T, Furumoto A, Ishimaru T, Ishida M, Kaneko M, Kadowaki N, Ikeda K, Sakabe S, Taniguchi T, Ohge H, Kurosu T, Yoshikawa T, Shimojima M, Yasukawa M.
  • Journal Title: PLoS Negl Trop Dis. Volume: 15 Issue: 2 Pages: e0009103-e0009103
  • DOI: 10.1371/journal.pntd.0009103
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Negative Impact of Cytomegalovirus Reactivation on Survival in Adult Patients with Aplastic Anemia after an Allogeneic Hematopoietic Stem Cell Transplantation: A Report from Transplantation-Related Complication and Adult Aplastic Anemia Working Groups of the Japan Society for Hematopoietic Cell Transplantation (2021)
  • Author(s): Takenaka Katsuto、Onishi Yasushi、Mori Takehiko、Hirakawa Tsuneaki、Tada Yuuma、Uchida Naoyuki、Kobayashi Takeshi、Kanda Yoshinobu、Ozawa Yukiyasu、Ota Shuichi、Iida Hiroatsu、Fukushima Kentaro、Kimua Takafumi、Fukuda Takahiro、Atsuta Yoshiko、Matsuto Keitaro、Yamazaki Hirohito、Nakasone Hideki
  • Journal Title: Transplantation and Cellular Therapy Volume: 27 Issue: 1 Pages: 82.e1-82.e8
  • DOI: 10.1016/j.bbmt.2020.10.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Incidence of refractory cytomegalovirus infection after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (2021)
  • Author(s): Jinnouchi Fumiaki、Mori Yasuo、Yoshimoto Goichi、Yamauchi Takuji、Nunomura Takuya、Yurino Ayano、Hayashi Masayasu、Yuda Junichiro、Shima Takahiro、Odawara Jun、Takashima Shuichiro、Kamezaki Kenjiro、Kato Koji、Miyamoto Toshihiro、Akashi Koichi、Takenaka Katsuto
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 115 Issue: 1 Pages: 96-106
  • DOI: 10.1007/s12185-021-03218-3
  • Peer Reviewed