CAR性T细胞过继治疗的护理标准胶质母细胞瘤的上下文生成

摘要

The lymphodepletive and immunomodulatory effects of chemotherapy and radiation standard of care can be leveraged to enhance the antitumor efficacy of T cell immunotherapy. We outline a method for generating EGFRvIII-specific chimeric antigen receptor (CAR) T cells and administering them in the context of glioblastoma standard of care.

摘要

Adoptive T cell immunotherapy offers a promising strategy for specifically targeting and eliminating malignant gliomas. T cells can be engineered ex vivo to express chimeric antigen receptors specific for glioma antigens (CAR T cells). The expansion and function of adoptively transferred CAR T cells can be potentiated by the lymphodepletive and tumoricidal effects of standard of care chemotherapy and radiotherapy. We describe a method for generating CAR T cells targeting EGFRvIII, a glioma-specific antigen, and evaluating their efficacy when combined with a murine model of glioblastoma standard of care. T cells are engineered by transduction with a retroviral vector containing the anti-EGFRvIII CAR gene. Tumor-bearing animals are subjected to host conditioning by a course of temozolomide and whole brain irradiation at dose regimens designed to model clinical standard of care. CAR T cells are then delivered intravenously to primed hosts. This method can be used to evaluate the antitumor efficacy of CAR T cells in the context of standard of care.

引言

胶质母细胞瘤（GBM）是最常见的原发性恶性脑肿瘤，并且总是致命的。手术切除加上护理化疗和放疗的非特异性标准未能完全消除恶性细胞，导致少于15个月的患者一预后不佳这种疾病^1。与此相反，免疫治疗提供了一种精确的方法用于特异性靶向肿瘤细胞，并因此具有作为一个非常有效的治疗平台抵押品毒性^2-4的风险降低的潜力。 T细胞工程体外表达嵌合抗原受体（车）提供了一个通用的策略肿瘤免疫治疗。通过融合的抗体的胞外可变区与一种或多种细胞内的T细胞信号传导分子（多个），以代替全长主要组织相容性复合体的生成的CARs体（MHC）-restricted T细胞受体^5。的抗体样抗原recogniti此模式上允许反应活性的抗原特异性T细胞识别并在没有MHC的响应肿瘤抗原，并且可以适合于几乎无限抗原剧目。

设计对多种肿瘤抗原的CAR T细胞表现出临床前功效和卓越的承诺在门诊^6-9。具体而言，在GBM的上下文中，一辆汽车的T细胞平台靶向表皮生长因子受体变体III（EGFRvIII的），肿瘤特异性突变在细胞表面上表达的^10，被证明延长生存胶质瘤的小鼠^11。尽管他们的通用性，然而，汽车过继疗法的临床效益尚未完全实现，在部分肿瘤相关的免疫抑制和免疫逃避^12-16以及在建立和维持抗原特异性T细胞在体内的挑战所致。借力护理（SOC）的标准与免疫治疗可以潜在地克服这几条升仿制品，从而在两者的临床前和临床的设置增强的功效。

SOC进行后切除GBM由大剂量替莫唑胺（TMZ），一个DNA烷化剂^17，和全脑照射^{（WBI）1。}这些治疗方法都是通过推测肿瘤MHC表达^18-20上调及抗原的死肿瘤细胞^17,19,21,22脱落，以协同与肿瘤疫苗。实际上，在加入的TMZ ^20,23或^18,24的WBI导致在临床前设置免疫为主的治疗增强抗肿瘤功效。此外，像许多非特异性的细胞毒性化学治疗剂，TMZ是已知的导致全身性淋巴细胞^25,26，其可以被利用作为宿主调节过继疗法平台^27-29的一种手段。 TMZ介导的淋巴细胞缺失已显示增强抗原特异性T细胞的频率和功能，导致一个ADOP的增加的效力略去治疗平台对颅内肿瘤的^30。在CAR疗法的上下文中，淋巴细胞缺失用作宿主调节的通过减少内源性抑制性T细胞³¹的数目，并通过减少竞争因子³³诱导的稳态增殖^32，从而提高抗肿瘤活性^11,34的装置。定GBM SOC与免疫平台之间的协同关系，评价新颖代管疗法和疫苗平台在SOC的上下文是用于绘制关于功效有意义的结论是至关重要的。

在这个协议中，我们概述了鼠EGFRvIII的特异性CAR T细胞一起TMZ和WBI的生成和静脉内给药于小鼠的EGFRvIII阳性颅内肿瘤（参见图1进行治疗的时间表）的方法。简言之，将汽车的T细胞是由逆转录病毒转导所作体外 。人胚胎肾（HEK）293T细胞用DNA /脂质复合物（包含CAR载体和PCL-生态质粒），以产生病毒，然后将其用于转导被收获并在平行培养的活化鼠脾细胞进行转染。在汽车发生的过程中，轴承的EGFRvIII阳性颅内肿瘤的鼠宿主施用分馏全脑的X射线照射和全身TMZ治疗的剂量相当于临床SOC。 CAR的T细胞，然后静脉内递送至lymphodepleted主机。

下面的过程是在七个不同的阶段中描述:（1）管理的替莫唑胺对荷瘤小鼠，（2）全脑荷瘤小鼠的辐射;（3）转染，（4）脾切除和T细胞的制备，（5 ）转导，（6）CAR T细胞培养和收获，以及荷瘤小鼠（7）CAR T细胞管理。这些阶段包括跨越6-7天，并同时执行多个步骤。

研究方案

这个协议是基于其中10只小鼠用10 ⁷ CAR t各自细胞进行了处理的实验设计。这意味着10 ⁸ CAR T细胞，将需要;屈服应为5×10 ⁷ -1×10 ⁸被高估到帐户中生存能力的损失。以下协议进行缩放，以产生大约200×10 ⁶个细胞。然后将细胞静脉内施用给雌性C57BL / 6小鼠用9天建立同基因的EGFRvIII阳性颅内肿瘤，从现有KR158B星形细胞瘤或B16黑色素瘤细胞系的开发。与之同时CAR T细胞的生成，荷瘤小鼠服用临床相应剂量的lymphodepletive TMZ（60毫克/公斤）和WBI（16.5戈瑞）的。

小鼠维护和无病原体条件在杜克大学医学中心（DUMC）下饲养。所有的动物实验是按照批准杜克大学机构的协议进行人的动物护理和使用委员会（IACUC）。

1.政府替莫唑胺对荷瘤小鼠

天0到4:

1. 计算要注射的小鼠的总数和由0.5乘以此确定需要（ 例如，30只小鼠X0.5毫升=15毫升TMZ）TMZ溶液的体积和加入1.5毫升该体积占溢出（16.5毫升TMZ ）。
2. 3毫克乘以这个总量/毫升，以确定冻干TMZ所需要的重量（ 例如，16.5×3 = 49.5毫克TMZ）。称量到50毫升锥形此。
   注意:TMZ是通过吸入，食入，并与眼睛，皮肤接触和黏膜毒性。咨询与减少暴露风险的建议，机构的职业安全和/或环境健康和保健部门。
3. 由0.15乘以总体积来确定的二甲基亚砜的体积（DMSO）中所需的（ 例如，16.5 X0.15 =2.475毫升DMSO）中。过滤消毒的DMSO此体积（加上额外的2 ml至占溢出）通过0.2微米的过滤器进入无菌管中。添加2.475毫升无菌DMSO中至TMZ粉末。
4. 放置TMZ / DMSO溶液中的水的烧杯中在热板上在65℃下10-15分钟。一旦TMZ完全溶解，该溶液应成为颜色浅黄色;如果溶液变成粉红色，则TMZ降低，和一个新的解决方案应该用新鲜很多TMZ的制备。
5. 计算的无菌盐水中所需的总体积（0.85×16.5毫升=1​​4.025毫升盐水）乘以0.85的适当体积。加入15毫升无菌盐水以50ml锥形。而TMZ被溶解在DMSO中，热盐水至65℃。
6. 涡流的TMZ / DMSO溶液，以确保该TMZ粉末完全溶解，并慢慢加入温热生理盐水到TMZ / DMSO溶液。
7. 配制后立即完全加载15×1毫升结核菌素syringES与施用TMZ解决4天建立荷瘤小鼠。
8. 通过重复4天1这个过程总共5 TMZ施用。

荷瘤小鼠的2全脑照射

天2至4:

1. 功率上的X射线照射，并允许它预热到全电压。确保适当的过滤器是到位，并输入正确的电压和电流设置（ 图2A）。
   注:该辐照装置的剂量应建立预先确定合适的电压设定和网格布局（ 图2A，B）。
2. 计算的时间是必要的，以导致5.5戈瑞X射线照射的长度。例如，如果X射线被递送以2格雷/分钟的速度，然后2.75分钟是必要提供一个总的5.5戈瑞。输入适当的持续时间。
   注: 表2鼠标WBI一个剂量第二临床等效于人类。在高级别胶质瘤中的背景下，60戈瑞分馏WBI（2戈瑞馏分，5天/周，连续6周）是护理的临床标准，并且在这里所用的鼠等价物是16.5戈瑞（5.5戈瑞×3）。
3. 通过加入2ml氯胺酮和1ml甲苯噻嗪以17毫升盐水，使得最终溶液为10毫克/毫升氯胺酮和1mg / ml的甲苯噻嗪制备氯胺酮/赛拉嗪用于全身麻醉的新鲜溶液。
4. 称重小鼠并管理10微升氯胺酮/赛拉嗪的腹膜内每克体重，使得动物接受氯胺酮的剂量为100毫克/公斤和10毫克/千克甲苯噻嗪。小鼠应充分镇静，并在氯胺酮/甲苯​​噻嗪管理2分钟明显呼吸。
5. 保持镇静动物眼用水分，轻轻擦在每只眼睛的少量人工泪液软膏。
6. 放置镇静的小鼠上，使得磁头被定位在接收中的最高的X射线的区域的网格张力（ 图2B，C）。从颈部与适当向下屏障体尺寸铅管阻断全身的X射线递送（ 图2D）。
7. 放置位置的小鼠的X射线束，使得激光表示的X射线束的焦点是在坐标（0,0）上的网格布局下。开始透视交付。
8. 当透视交付完成后，取出在一个温暖的加热垫的辐射和地方的动物。不要用有意识的动物容纳镇静剂动物直到动物重新获得足够的意识，保持胸骨recumbence。一旦动物能保持胸骨recumbence，将有意识的动物，早在其相应的笼子里。
9. 重复上天3和4，此过程总共三个分次剂量的辐射。

3.转染

-1天:

1. 通过加入50ml的胎牛血清（FBS）的500毫升的Dulbecco并购准备D10媒体odified Eagle培养基（DMEM）中。
2. 通过加入5.5毫升L-谷氨酰胺，5.5毫升丙酮酸钠，5.5毫升非必需氨基酸，和5.5毫升青霉素/链霉素（青霉素/链霉素）至500ml的RPMI-1640培养基制备的T细胞培养基（TCM）的。接着，添加550微升2-巯基乙醇和550微升庆大霉素。最后，添加50毫升FBS。
3. 收获在体外培养的HEK293T细胞，并把以7.5×10 ^6个细胞/ D10在媒体ml的浓度。
4. 板10毫升D10媒体和加入1毫升HEK293T细胞悬浮液中的每一个16×10cm的聚D-赖氨酸（PDL）包被的板。
5. 孵育过夜，在37℃，5％的CO _2。

第0天:

6. 转染细胞替换之前用10毫升新鲜的D10至少30分钟的媒体。
7. 确定载体质粒所需的转染的量，PCL-生态矢量，和脂质体转染试剂通过板的总数乘以+ 1（16 + 1 = 17）14.1微克载体质粒（14.1×17 = 239.7微克），9.9微克的pCL-生态载体（9.9×17 = 168.3微克），和60微升脂质体转染试剂（60×17 = 1020微升）。所有试剂应该在室温下制备溶液之前。
8. 标签两管A和B管A，增加239.7微克载体质粒和168.3微克PCL-生态向量（1.5×17）毫升降低血清改进的Eagle培养基（RS-MEM）。在管B，加入1020微升脂质体转染试剂（1.5×17）毫升RS-MEM。
9. 孵育A和B分别为5分钟，在室温下。
10. 混合A和B一起轻轻（涡旋1-2秒或颠倒数次）并孵育20分钟，在室温下，以形成脂质/ DNA复合物。
11. 添加脂质/ DNA复合物滴至HEK293T细胞，10 cm培养皿。
12. 孵育在37℃，6-8小时或过夜（不超过24小时）。
13. 后6-8小时温育后，用12ml的新鲜TCM进行病毒生产更换介质。这镀金媒体将用于在第2天的病毒上清用于T细胞转导。

4.脾切除和T细胞的制备

第0天:

1. 倾10毫升医药到50ml锥形并置于冰上脾集合。
2. 通过CO ₂窒息和次级断头牺牲动物的适当数目:将动物关在笼子里接收的CO ₂在10-30％的笼体积/分钟的流速，每美国兽医医学协会准则（不超过5个动物可以是同时牺牲），直到呼吸终止，并在此后两分钟。从CO ₂室中移除动物和斩首。
   注:6-12周龄雌性C57BL / 6小鼠会产生约4.5-5×10 ⁷脾健脾之一。这里，4个脾脏将收获约200×10 ⁶个细胞。
3. 莱使得它的右侧朝上的鼠标和喷用70％的乙醇。随着镊子，抢薄下方左侧胸腔皮肤褶皱切一的切口略微用剪刀。剥开皮，小心抢薄用钳子腹膜折，切一小腔。
4. 脾是一个小的，长形，暗红色的器官，类似于一个扁平豆;微妙抢与镊子和消费税由切掉周围的结缔组织脾脏。将切除脾脏到含有冰10毫升中医的锥形。
5. 倒脾脏超过70微米的网状细胞过滤并通过用5毫升注射器的内部的钝端糖化以产生单细胞悬浮液分解。最多两个脾脏应该每个滤网进行分类。
6. 使用小体积中医仔细清洗下分解来收集任何剩余的脾细胞的过滤器。池中的所有分类脾脏成单细胞悬液。把最终体积50毫升中医一洗了二维自旋，在300×g离心10分钟。
7. 通过加入5ml 10×裂解缓冲液至45毫升无菌水制备的1×裂解缓冲液中的溶液。为了消除红血细胞，重悬沉淀在5ml每脾1×裂解缓冲液，在50毫升的锥形，轻轻吹打上下充分混合。如果超过5脾，用250毫升离心管。放置锥形或离心管在37℃水浴中5分钟。
8. 除去从水浴裂解反应，并添加医药以1:1的比例用裂解缓冲液中以中和反应。通过在300 XG旋转10分钟洗净。
9. 吸去上清液并充分重悬沉淀在中医（2毫升/脾，8毫升总计4脾脏）通过上下抽吸。
10. 通过加入10微升细胞悬浮液以190微升台盼蓝（1:20稀释）计数细胞。乘以20×10 ^4×总体积（8毫升）中的4网格正方形1得到的数，以获得总的细胞数目（ 例如，125细胞×20×10 ⁴个 X8毫升= 200×10 ⁶脾细胞）。
11. 稀释细胞以2×10 ⁶个细胞/ ml，在中医的浓度，补充有2微克/ ml的伴刀豆球蛋白A（ConA刺激）和50IU / ml重组人白介素-2（的rhIL-2）。因此，对于200×10 ⁶个脾细胞中，添加92毫升媒体8毫升细胞，200微克的ConA，和5000 IU的rhIL-2。
12. 加入2毫升细胞的24孔组织培养处理板各孔中，以使得4×10 ⁶个细胞每孔（ 例如100毫升的细胞将需要大约4板）。
13. 孵育过夜，在37℃，5％的CO _2。

5.转导

第1天:

1. 。预算非组织培养的数处理所需的转导24孔板乘以脾脏2收获的次数（需要为4脾脏8片）。
2. 接着，计算出的重组人纤连蛋白片段（RHFF）溶液至所需体积乘以需要外套板（总数井+ 3）×0.5 ML（8板×24井= 192 + 3 = 195）×0.5毫升=97.5毫升。
3. 通过将总体积25微克（97.5×25 = 2437.5微克）乘以制备含有RHFF以25微克/ ml的浓度97.5毫升磷酸盐缓冲盐水（PBS）。加入这一数额RHFF的97.5毫升的PBS。
4. 涂层的非组织培养处理的24孔板中加入每孔0.5毫升PBS / RHFF溶液。
5. 孵育过夜，在4℃。

第2天:

6. 倾倒的PBS / RHFF溶液从非组织培养处理过的24孔板中。
7. 加入1毫升/孔的2％牛血清白蛋白（BSA）的PBS，并在室温下孵育30分钟。
8. 紧紧颠覆板拆下BSA。加入2毫升的PBS洗涤。
9. 通过将媒体从每个HEK293T PDL板放入250毫升离心管中收集的病毒上清和自旋10分钟，在500×g。
10. 仔细转让苏病毒pernatant成新鲜250毫升离心管中，作为确保不打扰可能形成细胞沉淀。
11. 添加新鲜TCM到病毒上清，使得最终体积比所需RHFF包被的孔的量​​3毫升更多。例如，对于192 RHFF包被的孔，使病毒上清的量，以192 +3毫升=195毫升。
12. 在每口井的3倍 - 轻轻吹打上下2从孵化器，并重新悬浮培养脾细胞。转移到250毫升的锥形。如果使用多道移液器，使用转移将有助于加快这一步骤之前无菌水库。算如前所述和旋转，在300×g离心10分钟。
13. 添加的rhIL-2病毒上清以50IU / ml的浓度。例如，添加50×195 = 9,750 IU的rhIL-2195毫升病毒上清液。
14. 重悬在病毒上清的脾细胞以1×10 ⁶个细胞/ ml的
15. 加入1毫升/孔的脾细胞悬浮液，以RHFF包覆的24孔板。
16. 根据以下设置自旋90分钟:770×g离心，加速度= 4，制动/减速= 0时，32℃。
17. 准备用50 IU / ml的白细胞介素-2中医的解决方案。例如，通过加入万IU的rhIL-2制备200中医溶液。离心后加入1 ml的rhIL-2 /中的每个孔中。
18. 培养过夜，在37℃在5％CO _2。

6. CAR T细胞培养和收获

天3和4:

1. 如果T细胞达到> 80％汇合，细胞可能会被分割（这通常发生在第3天或4天）。分裂的细胞，轻轻吸管上下各孔中的2-3倍，并移动1毫升从每个孔到一个新的24孔组织培养处理板的新井。然后，用50IU / ml的IL-2加入1毫升新鲜TCM到每个孔，使得最终体积为2毫升所有孔中。
2. 如果细胞不达到> 80％汇合，通过缓慢地从每个顶部吹打关闭1毫升介质以及执行半媒体变化。避免ðisturbing细胞定居在底部，同时消除媒体。加入1毫升含50国际单位/毫升的rhIL-2的新鲜TCM。

第5天:

3. 重悬CAR T细胞轻轻吹打向上并在每个下降3倍井，并转移到250毫升的离心管中。旋转细胞在300×g离心10分钟。
4. 完全吸出上清，而不会干扰颗粒。用PBS洗一次，计数细胞如前所述，和洗涤用PBS第二时间。一个典型的汽车的T细胞产率是每孔约1×10 ⁶个细胞（8板×24孔= 192×10 ⁶个CAR T细胞）。
5. 重悬的细胞在PBS中的5×10 ⁷ / ml的用于注射1×10 ⁷中的200微克的体积的浓度（ 例如，对于192×10 ⁶个汽车的T细胞，重悬洗涤沉淀在3.84毫升PBS）中。

7. CAR T细胞当局荷瘤小鼠

第5天:

1. TRANSPO室温细胞在冰上动物设施用于静脉注射。负载500-1000微升到胰岛素注射器27日 - 一个31 G针，以确保所有气泡被排出。
2. 抢鼠标尾部的基础，并将在管限制器。
3. 拉拉紧与静脉朝上的尾部，并且通过插入其平行于所述尾静脉滑行针在皮肤下大约1-2毫米到静脉。慢慢地排出200微升进入静脉。如果针正确地插入静脉，体积会容易流入;否则就会出现阻力和针将需要从尾部取出并正确地重新插入。

结果

通过转导与EGFRvIII的CAR逆转录病毒载体¹¹中产生充足的T细胞。该载体，MSGV1，从SFGtcLuc_ITE4向量^35，其中包含了鼠干细胞病毒（MSCV）长末端重复序列，扩展的gag区和包络剪接位显影（剪接供体，SD和剪接受体，SA），以及病毒包装信号（ψ）。含有人抗EGFRvIII的单链可变片段（scFv）139，在串联与鼠CD8TM的EGFRvIII的CAR，CD28，4-1BB，和CD3ζ胞内区域，被克隆到反转录病毒载体下游的NcoI位点（...

讨论

这里所描述的治疗时间表旨在模拟护理临床标准，并充分利用其影响汽车继治疗。 CAR T细胞的剂量，TMZ治疗方案，和放射治疗施用可以被修改，以提高在体内的T细胞活性，淋巴细胞缺失，以及肿瘤杀伤。 TMZ治疗方案可以增加以得到主机myeloablation和过继转移的细胞³⁰的膨胀增加。此外，TMZ的lymphodepletive效果可以通过低剂量被概括（4 - 6 Gy）进行单级分的全身照射（TBI），从而绕过SO...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
pCL-Eco Retrovirus Packaging Vector	Imgenex	10045P	Helper vector for generating CAR retrovirus
Concanavalin A	Sigma Aldrich	C2010	Non-specific mitogen to induce T cell proliferation and viral transduction
Retronectin	ClonTech/Takara	T100B	Facilitates retroviral transduction of T cells
Lipofectamine 2000	Life Technologies	11668-019	Transfection reagent
DMEM, high glucose, pyruvate	Life technologies	11995-065	HEK293 culture media
RPMI 1640	Life Technologies	11875-093	T cell culture media
Opti-MEM I Reduced Serum Medium	Life technologies	11058-021	Transfection media
200 mM L-Glutamine	Life technologies	25030-081	T cell culture media supplement
100 mM Sodium Pyruvate	Life technologies	11360-070	T cell culture media supplement
100X MEM Non-Essential Amino Acids Solution	Life technologies	11140-050	T cell culture media supplement
55 mM 2-Mercaptoethanol	Life technologies	21985-023	Reducing agent to remove free radicals
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/ml)	Life technologies	15140-122	T cell culture media supplement
Gentamicin (50 mg/ml)	Life technologies	15750-060	T cell culture media supplement
GemCell U.S. Origin Fetal Bovine Serum	Gemini Bio Products	100-500	Provides growth factors and nutrients for in vitro cell growth
Bovine Serum Albumin (BSA), Fraction V–Standard Grade	Gemini Bio Products	700-100P	Blocks non-specific binding of retrovirus to retronectin-coated plates
Pharm Lyse (10x concentrate)	BD Biosciences	555899	Lyses red blood cells during splenocyte processing
70 μm Sterile Cell Strainers	Corning	352350	Filters away large tissue particles during splenocyte processing
100 mm BioCoat Culture Dishes with Poly-D-Lysine	Corning	356469	Promotes HEK293 cell adhesion to maximize proliferation after transfection
[header]
Temozolomide	Best Pharmatech	N/A	Lyophilized powder prepared on the day of administration
Dimethyl Sulfoxide	Sigma Life Sciences	D2650	Necessary for complete dissolution of temozolomide
Saline	Hospira	IM 0132 (5/04)	Solvent for temozolomide and ketamine/xylazine
Ketathesia HCl	Henry Schein Animal Health	11695-0701-1	Ketamine solution
AnaSed	Lloyd Inc	N/A	Xylazine sterile solution 100 mg/ml