Method Article
* 这些作者具有相同的贡献
在这里, 我们描述了一种体外共培养方法, 递归挑战肿瘤靶向 t 细胞, 允许表型和功能分析抗肿瘤 t 细胞活性。
随着 car 设计、基因工程方法和制造优化的改进, 嵌合抗原受体 (car) t 细胞治疗领域正在迅速发展。然而, 这些开发工作面临的一个挑战是建立了体外检测, 可以为选择最佳的 car t 细胞产品提供有力的信息, 从而取得体内治疗的成功。标准的体外肿瘤裂解检测往往不能反映真正的抗肿瘤潜力的 car t 细胞, 由于相对较短的共同培养时间和高 t 细胞与肿瘤的比率。在这里, 我们描述了一种体外共培养方法来评估汽车 t 细胞递归杀伤潜力在高肿瘤细胞负荷。在本试验中, car t 细胞的长期细胞毒性功能和增殖能力在7天内进行体外检查, 并每隔一天对共培养进行额外的肿瘤靶点注射。该方法可与 t 细胞活化、耗尽和记忆表型的分析相结合。利用该方法, 我们成功地区分了 cd4+和 cd8 + car t细胞对胶质母细胞瘤 (gbm) 细胞的功能和表型差异, 反映了它们在原位体内的体内抗肿瘤活性差异。异种移植模型。该方法为评估 car t 细胞的效力和阐明不同 car t 细胞产品的功能变化提供了一种简便的方法。
使用嵌合抗原受体 (car) 工程 t 细胞进行免疫治疗, 对 b 细胞恶性肿瘤1,2,3,4 有很好的疗效, 而针对其他肿瘤的潜力继续受到严格的调查, 5,6,7。在优化 car 结构、制造工艺和患者预输注方案 6、7、8和新型合成生物学方法方面取得了很大进展, 有望提高其持久性、安全性和肿瘤特异性9,10。然而, 为了指导临床翻译的最佳选择, 适当评估 car t 细胞的治疗潜力是困难和劳动密集型的。迄今为止评估 car t 细胞功能的最成熟模型是携带人肿瘤异种移植的免疫缺陷小鼠, 即检查 car t 细胞的抗肿瘤疗效, 并在滴定细胞剂量11,12时进行比较,13,14,15. 这些体内小鼠研究是劳动密集型和耗时的, 特别是在筛选大量参数时。此外, 体内的研究可以通过小鼠菌株的可及性、动物护理设施和动物处理技术来加以限制。因此, 有必要开发更方便的体外检测, 以便快速读出效应体活性, 这也忠实地反映了这些 t 细胞的体内抗肿瘤功能。
测定 t 细胞体外细胞毒性的常规方法主要集中在去粒细胞的检测、细胞因子的产生和裂解放射性同位素标记的目标细胞 (即铬释放检测) 的能力上。虽然这些检测为定义 car t 细胞特异性和重定向目标识别提供了信息, 但它们往往无法在体内反映工程 t 细胞12、13、16 的抗肿瘤潜力。在某些情况下, 短期检测中的体外杀伤活性与体内抗肿瘤功能16呈负相关。这种不一致很可能是由于效应率高: 在这些体外检测中使用的目标 (e:t) 比率, 因此无法区分容易耗尽的car t 细胞产品17。相反, 在体内肿瘤根除过程中, t 细胞通常对巨大的肿瘤负担做出反应, 因此需要多轮杀伤, 从而导致 t 细胞分化和疲惫 18,19,2 0日, 是反对 car t 细胞1 2、1 3 有效清除肿瘤的主要障碍之一。同时, 大多数短期体外杀灭检测也不会读出 t 细胞增殖的差异, 而在 car t 细胞治疗的患者中, car t 细胞扩张的能力与临床反应4密切相关。因此, 适当的体外检测需要重述高肿瘤负担的条件, 诱导 t 细胞衰竭, 并允许读出 t 细胞扩张。
在这里, 我们描述了一个策略, 以评估汽车 t 细胞的重复肿瘤杀伤潜力, 一个简单的体外共培养试验。不同的 t 细胞效应因子活性参数可以同时检测, 包括靶细胞杀伤、car t 细胞扩张和记忆或耗尽相关表型。该检测结果与 car t 细胞体内抗肿瘤作用密切相关, 可用于评估 car t 细胞产物的药效。虽然我们描述了一种方法来评估 il13ra2 目标 car t 细胞对原代 gbm 线21, 它可以很容易地适应任何 car t 细胞平台。
我们的 irb 不需要对该协议进行审查。我们收到了来自希望市病理学系的废弃新鲜胶质母细胞瘤肿瘤样本, 这些样本是编码的, 我们的实验室无法获得关键。我们只收到有关生物切除术时的早期治疗和疾病状态的数据的标本, 没有识别数据。
1. 媒体准备
2. gbm 肿瘤细胞的制备
3. car t 细胞的制备
4. 建立肿瘤-t 细胞共培养
5. 肿瘤细胞
请注意:reech置在初始共培养设置后的2天、4天和6天进行 (图 1a)。
6. 采集样品和流动细胞仪分析
请注意:样本将在最初的共培养设置后的1、3、5和7天采集, 分别有1、2、3和4轮肿瘤挑战。
7. car t 细胞的功能分析和 pen o典型分析
利用上述方法, 我们区分了 cd4+和 cd8 + car t细胞介导的微分效应效力和杀伤动力学。这里给出的结果说明了 cd4+和 cd8 + car t细胞之间的区别, 它们是由独立于我们以前的出版物21的健康捐献者产生的。
通过标准的去粒化试验, 我们观察到 cd4 + 和 cd8 + car t细胞在表达靶向抗原的 gbm 细胞上都具有相同的活化作用, cd107a和细胞内细胞因子的表达表明了这一点。(图 2a)。然而, 通过重复的肿瘤挑战试验, 我们发现 cd4+但不是 cd8+ car t 细胞表现出多轮杀伤能力 (图 2b)。与 cd8 + 细胞相比, cd4+ car t 细胞在本试验中也实现了较好的扩张 (图 2c)。两轮肿瘤挑战 (1:12 1:12) 后, 才观察到 d3 之间的肿瘤亚群间扩张差异, 而在三轮肿瘤挑战 (1:20 1:12) 后, 从 d5 开始观察到细胞毒性差异, 这表明:短期检测未能阐明不同 car t 细胞产品在效力上的差异。当1混合 cd4 + 和 cd8 + car t细胞应用于该检测时, 发现它们在长期毒性方面的表现优于 cd8+ , 但不能优于 cd4+ car t 细胞 (图 2b)。cd8+ car t 细胞的扩张是由共同应用的 cd4+细胞诱导的, 而 cd4+ car t 细胞的扩张在 cd8+细胞存在时受到抑制 (图 2c)。
为了解释 cd4+和 cd8+ car t 细胞效应活性的识别机制, 我们首先确认, 在初始共培养24小时后, cd4 + 和 cd8 + car t细胞都被可比较地激活 ( 图 3) a)。同时, cd45ro 和 cd62l 表达表明, cd4+和 cd8+ car t 细胞都表现出从中央存储器 (cd45ro+, cd62l+) 向效应记忆 (cd45ro+, cd62l-) 表型的转变。在重复肿瘤挑战期间 (图 3b)。然后, 我们在本试验的 d3 对细胞进行了表征, 这是在 car t 细胞子集开始显示功能差异之前的一段时间。t 细胞衰竭的表现是抑制受体 pd-1、lag-3 和 tim-315,21 的共同表达, 这表明 cd8+ car t 细胞与 cd4 + car t细胞相比更容易衰竭 (图 3此外, 在 cd8 + car t细胞衰竭方面没有发现差异, 因为没有共同应用的 cd4+细胞 (图 3c), 这表明 cd4 诱导的 cd8 + car t细胞扩张没有与更好的执行函数相关联。
该分析的结果表明, cd4 + car t细胞的表现优于 cd8+细胞, 特别是在长期细胞毒性方面。尽管类似的短期细胞毒性 (1-3天, 一旦重新挑战), cd4 + car t细胞在重复的肿瘤挑战下保持了效应功能, 而 cd8+细胞变得精疲力竭, 无法控制肿瘤细胞的生长。当两个子集混合时, cd4 + car t细胞促进了 cd8 + car t细胞的扩张, 但 cd8+细胞的耗尽状态没有得到改善, 导致两组之间缺乏协同作用。cd4+和 cd8 + car t细胞之间的相似差异在体内模型中也有类似的差异, 如前面所述的21。事实上, cd8+ car t 细胞能够介导短期肿瘤清除, 但随后抗原阳性复发;相反, cd4+ car t 细胞治疗导致长期根除肿瘤21, 这让人想起他们的重复杀灭潜力使用体外重测试验。
图 1: 重复挑战分析的图式和分析策略.(a) 重复肿瘤挑战检测的模式和时间表。每口井, car t 细胞首先与 pbt030-2 gbm 细胞 (4, 000个 car + 细胞, 16, 000个肿瘤细胞) 共同培养, 每隔一天就会与 32, 000个肿瘤细胞 (d2、d4 和 d6) 重新挑战。在 d1、d3、d5 和 d7 中进行了肿瘤细胞和 car t 细胞数量以及 car t 细胞表型分析。(b) 在建立共培养之前, 采取门控策略确定 t 细胞中的 car 百分比。(c) 从重复挑战分析中提取活细胞、肿瘤细胞和 car t 细胞的门控策略。(d) 肿瘤细胞数量在重新挑战试验的不同时间, 与未转染的 t 细胞共同培养。错误栏 = ± sem. 请点击这里查看此图的较大版本.
图 2: 重复挑战试验揭示了 cd4+和 cd8 + car t细胞在杀伤和增殖能力方面的差异.(a) cd4 + 和 cd8 + car t 细胞在与 gbm细胞共培养5小时后的脱粒和细胞内细胞因子染色 (E:T=1:1)。(b) 将 cd4+、cd8+或混合 (cd4:cd8cs 1: 1) car t 细胞应用于重复挑战检测, 并对活体肿瘤细胞进行了定量。*p < 0.05, ** p < 0.01, * ** p < 0.001 相比, cd4 +, 使用单向方差与邦费罗尼的多重比较测试。(c) 重复肿瘤挑战试验中 cd4 + 和 cd8+ car t 细胞扩张。比较 (从左到右) cd4+与 cd8+, 单子集;cd4+ vs cd8+, 在 "混合" 组中;cd4+, 单比混合;cd8+, 单对混合。*p < 0.05, ** p < 0.01, * ** p < 0.001 使用未配对的学生t测试。错误栏 = ± sem. 请点击这里查看此图的较大版本.
图 3: 重复挑战分析中 t 细胞表型.(a) 在测定的 d1 处, 4-1bb 和 cd69 染色。(b) cd45 ro 和 cd62l 染色的 car t 细胞之前, 应用于重新质疑检测 (输入), 并在 d3 和 d7 的检测。(c) 在检测 d3 时, pd-1、lag-3 和 tim-3 在 car t 细胞上的共表达。(上图)表达1、2或3抑制受体的 t 细胞的作认得策略。(底部)比较: cd4+细胞 (单子集), cd8+细胞 (单子集), cd8+细胞 (在 "混合" 组内)。请点击这里查看此图的较大版本.
表 1: 重新挑战设置的代表性板块图。
这种重复的肿瘤细胞挑战检测提供了一个方便的方法来评估 car t 细胞的功能效力, 使用体外设置, 重述与体内肿瘤模型相关的高肿瘤负担。在这7天的检测中, car t 细胞经历了四轮肿瘤挑战 (初始共培养和3倍再挑战), 创造了一个环境, 即使有强有力的初始反应, 疲惫的 t 细胞仍可能失去应对肿瘤挑战的能力。肿瘤细胞的消除和 car t 细胞的扩张代表了可以从这种检测中获得的两个基本读数, 而 car t 细胞的表型可以很容易地通过染色表面或细胞内标记, 表明 t 细胞激活,精疲力竭和记忆。该方法还可与对 car t 细胞转录组、蛋白质组或荧光蛋白组21、26和 t 细胞多功能的无偏分析相结合, 这些分析已被用于预测临床反应27。此外, 肿瘤细胞还可以测试其对 t 细胞免疫的适应性反应, 如细胞因子分泌28。由于样本是在多个时间点采集的, 因此该检测不仅允许静态分析, 还允许在响应过多的肿瘤细胞时对 car t 细胞行为进行动态分析。
该检测方法在比较针对相同抗原但具有不同设计和制造工艺的 car t 细胞的有效性方面具有特别大的作用。我们已经使用这个分析来确定 cd4+ car t 细胞能够介导优于 cd8+细胞21的长期效应功能。研究还表明, 在本试验过程中, 体内 car 的疗效与后期的细胞毒性 (d5-d7) 有关, 进一步突出了在体外使用重复肿瘤挑战进行体外 car t 细胞评价的必要性。虽然 gbm 细胞在这里被用作靶细胞的例子, 但这种检测方法很容易被不同的 t 细胞-肿瘤组合所采用。值得注意的是, car t 细胞行为也可以根据不同的抗原密度和工程癌细胞的不同来表达不同水平的靶向抗原, 为调查car 识别 29后的序列分子事件提供了工具。因此, 该方法也可用于检测某些 car t 细胞对不同靶点的激活模式。
由于靶细胞活力和 car t 细胞扩张是这种检测的两个前期读数, 至关重要的是, 所有的共同培养都要从可行 (& gt;70%) 开始肿瘤和 t 细胞。在执行重新挑战过程时, 吸气介质 (步骤 5.3) 的作用不应干扰井底的肿瘤和 t 细胞, 以免引入不必要的细胞计数变化。在悬浮物靶细胞系进行此检测时, 建议在肿瘤细胞再挑战之前, 通过离心收获剩余细胞。
这种检测的一个局限性是, 设置参数 (初始共培养和再挑战的 e:t 比率) 需要根据不同的 car-肿瘤组合进行调整。例如, 如果肿瘤细胞表达了相当程度的免疫抑制分子 (例如 pd-l1), 则建议使用较高的 e:t 比, 因为与 pd-l1 低的肿瘤细胞相比, 总体杀伤效率受到损害。在将该检测方法应用于新的 carn-肿瘤组合之前, 建议进行试点研究, 以确定最佳条件, 这通常允许在该检测中测试的最有效的 car t 细胞在终点消除和 gt;80% 的肿瘤细胞。由于 car t 细胞介导的杀伤需要直接细胞接触, 如果肿瘤细胞被荧光标记, 则必须相应地调整流式细胞检查分析面板 (例如, 如果肿瘤细胞被 gfp 标记, 则任何 fitc 共轭抗体不应使用)。
car t 细胞对 b 细胞恶性肿瘤的临床活性已导致两种 fda 批准的药物。然而, 反应显示了巨大的差异,不同的患者27,30, 31, 这被阐明与表型属性的汽车产品 30。这种体外重复肿瘤挑战试验进一步提供了一种方法, 功能测试 car 效应的效力, 除了表型特征和多功能细胞因子的生产, 并允许更高的吞吐量筛选临床产品与体内肿瘤模型相比, 同时保留了预测保真度。总体而言, 该方法可用于 t 细胞功能测试的 car t 细胞设计, 临床前和临床发展。
这项工作中描述的 car 建筑已获得野马 bio 公司的许可, s. j. f. 和 c. e. b. 为此收取版税。所有其他作者声明没有潜在的利益冲突。
这项工作得到了加州再生医学研究所赠款 tr3-05641 的支持, 国家卫生研究院提供了 p30 ca33572 (核心)。d. w. 得到 nci 研究金1f99ca234923-01 的支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.05% Trypsin/0.53mM EDTA in HBSS without Calcium and Magnesium | Corning | MT25051CI | |
1 M Hepes | Irvine Scientific | 9319 | |
200 mM L-Glutamine | Cambrex Bio Science | 17-605E | |
4',6-diamidino-2-phenylindole, dihydrochloride (DAPI) - FluoroPure grade | Invitrogen | D21490 | |
Accutase | Innovative Cell Technologies | AT104 | |
Aldesleukin Proleukin (rhIL-2) | Novartis Oncology | NDC 0078-0495-61 | |
Anti-CD137, PE | BD Biosciences | 555956 | 4B4-1 |
Anti-CD19, PE-Cy7 | BD Biosciences | 557835 | SJ25C1 |
Anti-CD3, PERCP | BD Biosciences | 340663 | SK7 |
Anti-CD4, FITC | BD Biosciences | 340133 | SK3 |
Anti-CD45, PERCP | BD Biosciences | 340665 | 2D1 |
Anti-CD45RO, PE | BD Biosciences | 561137 | UCHL1 |
Anti-CD62L, APC | BD Biosciences | 559772 | DREG-56 |
Anti-CD69, APC | BD Biosciences | 340560 | L78 |
Anti-CD8, APC-Cy7 | BD Biosciences | 348793 | SK1 |
Anti-IL-13, PE | BD Biosciences | 340508 | JES10-5A2 |
Anti-LAG-3, PE | eBiosciences | 12-2239-41 | 3DS223H |
Anti-PD-1, APC-Cy7 | BioLegend | 329921 | EH12.2H7 |
Anti-TIM-3, APC | eBiosciences | 17-3109-42 | F38-2E2 |
B-27 Serum-Free Supplement (50x) | Invitrogen | 17504-044 | |
Corning 96 Well Clear Flat Bottom Polystyrene TC-Treated Microplates, Individually Wrapped, with Lid, Sterile (Product #3596) | Corning Life Sciences | 3596 | |
Defined fetal bovine serum,HI IR | Hyclone Labs | SH30070.03IH | |
DMEM F-12 50:50 (1x) without Glutamine | MediaTech, Inc. | 15-090-CV | |
DMEM High Gluc w/o L-Glu, Na Pyr 1 L | Invitrogen | 11960051 | |
DMEM-Ham's F12 50:50 Mixture with L-glutamine and 15 mM HEPES | Fisher Scientific | MT10092CV | |
HBSS | Irvine Scientific | 9224 | |
Heat-Inactivated FCS | Hyclone | SH30070.03 | |
Heparin Sodium(1,000 U/mL) | American Pharmaceutical | 401811B | |
MACSQuant | Milteni Biotech Inc. | BIS013220 | |
PBS 1x W/CA & MG | Irvine Scientific | 9236 | |
PBS with 1 mM EDTA (No Ca2+ or Mg2+) | VWR Scientific Products | PB15009A | |
Recombinant human EGF | R&D Systems | 236-EG-200 | |
Recombinant human FGF | R&D Systems | 233-FB | |
rhIL-15 Working Dilution (10 ng/µL) | CellGenix, US Operations | tF0297 | |
Sodium Azide (NaN3) | Sigma | S8032 | |
Sorvall ST40R | Thermo Scientific | 41693700 | |
TC-HEPES BUFFER (1 M) SOLN 100ML | IRVINE SCIENTIFIC CORP | 6472 | |
Tecnol Procedure Mask | Kimberly-Clark | 47117 | |
X-VIVO 15 | Lonza | BW04-744Q |
请求许可使用此 JoVE 文章的文本或图形
请求许可This article has been published
Video Coming Soon
版权所属 © 2025 MyJoVE 公司版权所有,本公司不涉及任何医疗业务和医疗服务。