Good Engraftment of B-Cell Precursor ALL in NOD-SCID Mice

Abstract

Background In vivo models for human B cell precursor ALL have been established by transplanting human leukemic cells onto immune-deficient SCID mice. High risk and relapsed leukemias engraft very well in these mice, however, good prognosis pediatric ALL often grow poorly if at all. Recently a new, even more immune-deficient mouse strain has been bred by crossing the scid mutation onto the NOD mouse background. As these NOD-SCID mice have been shown to be better recipients for human myeloid cells the goal of this study was to test these mice as hosts for human acute lymphoblastic leukemia cells.

Patients and methods Bone marrow or peripheral blood cells from 7 pediatric and one adult patient with B-cell precursor ALL were transplanted onto immune-deficient NOD-SCID mice according to established protocols.

Main results ALL cells from 6 out of the 8 patients (75%) successfully engrafted the NOD-SCID mice and from 4 patients (50%) led to an extensive leukemic infiltration in the murine marrow (> 10%). High level human cell engraftment could be demonstrated by flow cytometry, Southern blot analysis and cytology. By cytology and immunophenotype the leukemia in the mice was indistinguishable from the original leukemia in the patients. The presence of few human eosinophils in the marrow of highly engrafted mice indicates minimal coengraftment of residual normal cells. Development of overt leukemia in the mice after transplantation of cells from different patients varied between 1.5 and 7 months. Interestingly and in contrast to myeloid cells, conditioning of the mice by sublethal irradiation was not necessary for successful engraftment. Limiting dilution experiments with leukemic blasts from one patient showed that as few as 10 000 cells were sufficient to transfer the leukemia onto NOD-SCID mice.

Conclusions NOD-SCID mice are sensitive recipients for human ALL xenografts.

Zusammenfassung

Hintergrund In-vivo-Modelle für menschliche B-Vorläuferzell-ALL konnten durch die Transplantation von menschlichen leukämischen Blasten auf immundefiziente SCID-Mäuse etabliert werden. Während Hochrisikound Rezidiv-ALL sehr gut in den immundefizienten SCID-Mäusen angehen, wachsen prognostisch günstige ALL pädiatischer Patienten häufig nur sehr schlecht. Kürzlich wurde ein neuer, noch immundefizienterer Mausstamm gezüchtet, indem die SCID-Mutation auf NOD-Mäuse gekreuzt wurde. Da myeloische Zellen in NOD-SCID-Mäusen besser angehen als in klassischen SCID-Mäusen, haben wir die NOD-SCID-Mäuse für die ALL-Xenograft-Modelle ausgetestet.

Patienten und Methoden Knochenmark oder peripheres Blut von 7 pädiatrischen und einem adulten Patienten mit B-Vorläuferzell-ALL wurde nach etabliertem Protokoll auf immundefiziente NOD-SCID-Mäuse transplantiert.
Ergebnisse ALL-Blasten von 6 der 8 Patienten (75%) gingen erfolgreich in den NOD-SCID-Mäusen an und führten bei 4 der Patienten (50%) zu einer ausgeprägten leukämischen Infiltration des Mausknochenmarks (>10% leukämische Blasten). Der hohe Anteil an menschlichen Zellen in der Maus konnte mit Hilfe der Durchflußzytometrie, der Southern-Blot-Analyse und der Zytologie nachgewiesen werden. Zytologisch und immunphänotypisch war die Leukämie in der Maus nicht von der im ursprünglichen Patienten unterscheidbar. Der Nachweis einzelner humaner Eosinophiler im leukämischen Knochenmark transplantierter Mäuse ist Hinweis auf ein minimales Koengraftment residualer gesunder Stammzellen. Die Entwicklung einer offenen Leukämie nach Transplantation der Blasten verschiedener Patienten auf die Mäuse dauerte zwischen 1,5 und 7 Monaten. Interessanterweise und im Unterschied zu myeloischen Zellen war für das erfolgreiche Angehen von B-Vorläuferzell-ALL eine Bestrahlung der Mäuse vor Transplantation nicht notwendig. Die Transplantation unterschiedlicher Zelldosen der Blasten eines Patienten zeigte, daß bereits 10 000 Zellen ausreichend waren, um die Leukämie auf die NOD-SCID-Mäuse zu übertragen.

Schlußfolgerungen Die vorliegende Untersuchung zeigt, daß NOD-SCID-Mäuse für die ALL-Xenograftmodelle hervorragend geeignet sind.

B-cell precursor ALL - NOD-SCID mice - xenograft model

B-Vorläuferzell-ALL - NOD-SCID-Mäuse - Xenograft-Modell