Modèle murin à base d’albumine sérique humaine et de récepteur Fc néonatal humain chez des souris immunodéprimées : un nouveau modèle de xénogreffe pour les études d’efficacité des immunothérapies

L'un des principaux défis auxquels sont confrontés les scientifiques dans le domaine de l'immunothérapie consiste à trouver un modèle animal qui non seulement reproduise les éléments et les caractéristiques du cancer humain qu'ils étudient, mais qui permette également de prédire avec précision l'efficacité, la sécurité et la toxicité du candidat-médicament qu'ils tentent de développer.¹ Les souris immunocompétentes et immunodéprimées auxquelles on a greffé des lignées cellulaires tumorales ou des tumeurs provenant de patients constituent des outils précieux pour ces études, car elles permettent d'étudier la physiopathologie du cancer et de déterminer l'efficacité et la toxicité des immunothérapies.^2,3

Un autre problème auquel sont confrontés les scientifiques travaillant dans le domaine de l'oncopharmacologie est le choix de la meilleure formulation pour leur candidat-médicament, c'est-à-dire celle qui cible des régions précises de l'organisme tout en maximisant la quantité et la durée de son exposition. En effet, les agents thérapeutiques étant souvent des molécules de faible poids moléculaire, ils présentent une clairance rénale rapide, une courte durée de circulation plasmatique et une distribution non spécifique, autant de facteurs qui contribuent à une action thérapeutique faible, de courte durée et diffuse^{.⁴ Pour}surmonter ces obstacles, des efforts considérables ont été déployés afin de mettre au point des systèmes d’administration de médicaments, c’est-à-dire des technologies conçues pour l’administration ciblée et/ou la libération contrôlée d’agents thérapeutiques. L’une de ces technologies est l’albumine sérique humaine (HSA), la protéine la plus abondante dans le sang (60 % en masse) qui, au cours des dernières décennies, est devenue un acteur incontournable en tant que charge moléculaire et nanovéhicule dans les domaines biophysique, clinique et industriel, en raison de son extraordinaire capacité à se lier, à stocker et à transporter une grande variété de ligands endogènes et exogènes, y compris des médicaments.^⁵

Développé par genOway en collaboration avec Albumedix, le premier modèle murin exprimant l'HSA et le récepteur Fc néonatal humain (hFcRn) a été présenté en 2016 par un groupe de chercheurs dirigé par Kenneth A. Howard.^{6Par rapport}aux modèles historiques Tg32 et Tg276, l'HSA et le hFcRn sont tous deux régulés par leurs promoteurs endogènes respectifs chez la souris HSA/hFcRn, et l'expression de la SA murine et du FcRn murin est supprimée, ce qui permet d'éviter les différences inter-espèces dans l'interaction albumine/FcRn.^⁶⁻⁸ Grâce à ces caractéristiques, le modèle HSA/hFcRn a été utilisé avec succès pour mener des études précliniques sur des médicaments à base d’albumine, des médicaments conventionnels et des produits biologiques dont l’action est influencée par une liaison réversible à l’HSA endogène.^⁶

Quelques années plus tard, ce même groupe a de nouveau fait appel à genOway pour développer un nouveau modèle HSA/hFcRn amélioré, invalidé pour le gène Rag1. Les souris ^{HSA/hFcRn/Rag1-/-} ainsi obtenues, appelées modèle AlbuMus RAG1 KO, présentent une immunodéficience, car elles manifestent des anomalies dans le développement des lymphocytes T et B (figure 1).^⁹

‍

‍

Les auteurs ont également démontré que ces souris pouvaient développer avec succès des tumeurs humaines lorsqu’elles étaient inoculées avec des lignées cellulaires cancéreuses humaines.^⁹ Ce modèle a été mis au point pour étudier l’efficacité antitumorale et le profil pharmacodynamique d’un anticorps bispécifique de type « light T-cell engager » (nanocorps anti-EGFR × scFv anti-CD3 ; LiTE), fusionné génétiquement à des variantes de la protéine HSA modifiées pour présenter une affinité nulle, de type sauvage ou élevée (HB) pour le FcRn humain.

Les résultats de cette étude, publiés en 2021 dans *Communications Biology*, révèlent que les souris HSA/hFcRn/Rag1-/- auxquelles on a inoculé par voie sous-cutanée la lignée cellulaire humaine HT-29 de cancer colorectal sont sujettes à la croissance tumorale, à l’instar des animaux C57BL/6 ^Rag1-/- (figure 2A). De plus, les auteurs ont constaté que les souris ayant reçu une injection de la fusion HSA–LiTE-HB présentaient un ralentissement plus important de la croissance tumorale que celles traitées par le cétuximab (un anticorps anti-EGFR disponible dans le commerce) ou par les autres fusions LiTE (figure 2B), ce qui suggère que le modèle ^{HSA/hFcRn/Rag1-/-} permet de mener des études antitumorales précises sur une fusion HSA bispécifique anti-EGFR x anti-CD3 dans des tumeurs ne répondant pas aux traitements monoclonaux anti-EGFR standard. Enfin, l’analyse des taux sériques a montré que la fusion d’albumine Albu-LiTE-HB présente une demi-vie plus longue que celle de LiTE (figure 2C).⁹

‍

Figure 2 │ Caractérisation de la croissance tumorale et inhibition chez les souris AlbuMus RAG1 KO.

‍A) HT-29 cells were inoculated subcutaneously in AlbuMus RAG1 KO or C57BL6 RAG1 KO mice to follow tumor growth. B) HT-29 cells mixed with human PBMCs were inoculated subcutaneously in AlbuMus RAG1 KO mice, and animals were injected with cetuximab, LiTE, or Albu-LiTE-HB. Time points where the Albu-Lite-HB tumor group is comparably smaller are marked *p < 0.01, #p < 0.05. C) Blood samples were drawn at 9 time points and detection in serum was performed by sandwich ELISA. The highest concentration was seen in the 4-hour sample and set as T0. ****p < 0.0001, ***p = 0.001. Adapted from Mandrup et al., Communications Biology, 2021.

‍

Il est important de noter que les cellules mononucléaires du sang périphérique humain (PBMC) doivent être co-injectées avec la lignée cellulaire tumorale et le composé testé, ce qui entraîne une distribution et une infiltration inhabituelles des cellules immunitaires dans le microenvironnement tumoral.

Ces données montrent que le modèle ^{HSA/hFcRn/Rag1-/-} constitue un outil valable pour les études sur les xénogreffes, ainsi que pour évaluer l'efficacité thérapeutique et la pharmacocinétique des médicaments dans le cadre des déficits immunitaires primaires, de l'immuno-oncologie et des maladies infectieuses.

Références :

1. Ireson, C. R., Alavijeh, M. S., Palmer, A. M., Fowler, E. R. et Jones, H. J. « Le rôle des modèles tumoraux murins dans la découverte et le développement de médicaments anticancéreux ». Br J Cancer 121, 101–108 (2019).
2. Capasso, A. et al. Caractérisation des réponses immunitaires à l'immunothérapie anti-PD-1, seule ou en association, chez des souris humanisées sur le plan hématopoïétique auxquelles ont été implantées des xénogreffes tumorales. J. Immunotherapy Cancer 7, 37 (2019).
3. Tentler, J. J. et al. Le RX-5902, un nouveau modulateur de la β-caténine, renforce l'efficacité des inhibiteurs de points de contrôle immunitaires dans des modèles précliniques de cancer du sein triple négatif. BMC Cancer 20, 1063 (2020).
4. Steinmetz, K. L. & Spack, E. G. Les principes fondamentaux du développement préclinique de médicaments destinés au traitement des maladies neurodégénératives. BMC Neurol 9, S2 (2009).
5. Al-Harthi, S., Lachowicz, J. I., Nowakowski, M. E., Jaremko, M. & Jaremko, Ł. Vers une chimie de coordination fonctionnelle à haute résolution de l'albumine sérique humaine du plasma sanguin. Journal of Inorganic Biochemistry 198, 110716 (2019).
6. Viuff, D. et al. Création d'une souris doublement transgénique exprimant un récepteur Fc néonatal humanisé (FcRn) et de l'albumine, destinée à l'étude de la pharmacocinétique des médicaments liés à l'albumine. Journal of Controlled Release 223, 22–30 (2016).
7. Terje Andersen, J., Bekele Daba, M., Berntzen, G., Michaelsen, T. E. et Sandlie, I. « Analyses de liaison interespèces du récepteur Fc néonatal chez la souris et chez l'homme révèlent des différences marquées dans la liaison à l'immunoglobuline G et à l'albumine ». J. Biol. Chem. 285, 4826–4836 (2010).
8. Proetzel, G. et Roopenian, D. C. Modèles murins humanisés de FcRn pour l'évaluation de la pharmacocinétique des anticorps IgG humains. Methods 65, 148–153 (2014).
9. Mandrup, O. A. et al. Demi-vie programmable et effets antitumoraux de fusions bispécifiques « T-cell engager »-albumine présentant une affinité ajustée pour le FcRn. Commun Biol 4, 310 (2021).