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Method Article
Dieses Protokoll bietet einen optimierten Arbeitsablauf zur Generierung und zum Testen von humanen chimären Antigenrezeptor-regulatorischen T-Zellen (CAR-Tregs).
Die T-Zell-Therapie mit chimären Antigenrezeptoren (CAR) hat das Gesicht der Krebsbehandlung verändert und zu Rekordremissionsraten bei bisher unheilbaren hämatologischen Krebsarten geführt. Diese Erfolge haben das Interesse an der Anpassung der CAR-Plattform an eine kleine, aber entscheidende Untergruppe von CD4+ T-Zellen geweckt, die in erster Linie für die Regulierung und Hemmung der Immunantwort verantwortlich sind, die regulatorischen T-Zellen (Tregs). Die Fähigkeit, die immunsuppressive Aktivität von Tregs auf ein beliebiges extrazelluläres Ziel umzuleiten, hat enorme Auswirkungen auf die Entwicklung von Zelltherapien für Autoimmunerkrankungen, die Abstoßung von Organtransplantaten und die Graft-versus-Host-Krankheit. Hier beschreiben wir detailliert Methoden für die Bona-fide-Treg-Isolierung aus humanem peripherem Blut, die genetische Modifikation von humanen Tregs unter Verwendung von Lentivirus- oder CRISPR/Cas9-gestütztem Knock-in unter Verwendung von Adeno-assoziierten Virus-vermittelten homologen gerichteten Reparatur-Templates (HDR) und die ex vivo-Expansion stabiler humaner CAR-Tregs. Abschließend beschreiben wir die Bewertung der phänotypischen Stabilität und der in vitro suppressiven Funktion von humanen CAR-Tregs, die Einblicke in das Verhalten der humanen CAR-Tregs in präklinischen und klinischen Anwendungen gibt.
T-Zell-Therapien mit chimären Antigenrezeptoren (CAR) haben die Behandlung hämatologischer Malignome revolutioniert und bemerkenswert hohe Remissionsraten bei bisher nicht behandelbaren Krebsarten erzielt 1,2. Ermutigende erste Ergebnisse mit CAR-T-Zellen zur Behandlung von Glioblastomen 3,4,5 unterstreichen die Vielseitigkeit und das zukünftige Potenzial der CAR-Technologie, ein breites Spektrum von Malignomen zu bekämpfen. Im Zuge der Erforschung weiterer Anwendungen von CARs haben sich regulatorische T-Zellen (Tregs) als vielversprechender Zelltyp herauskristallisiert. Tregs spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Immunhomöostase und der Regulierung von Immunantworten durch verschiedene Mechanismen, darunter die Sequestrierung von IL-2, die Sekretion immunsuppressiver Zytokine und die Modulation antigenpräsentierender Zellen 6,7.
Mit der CAR-Technologie könnten Tregs für die Behandlung von Abstoßung von Organtransplantaten, Autoimmunerkrankungen und entzündlichen Erkrankungen wie Allergien und Asthma eingesetzt werden 6,8,9. CAR-Tregs könnten zu signifikanten Verbesserungen der Patientenergebnisse und der Lebensqualität führen, indem sie den Einsatz von Immunsuppressiva reduzieren, die das Immunsystem als Ganzes hemmen und mit schädlichen Nebenwirkungen verbunden sind10,11. Präklinische Modelle haben vielversprechende Ergebnisse bei der Übertragung der CAR-Technologie auf Tregs gezeigt, mit erfolgreichen Anwendungen bei Krankheiten wie Typ-1-Diabetes, Multipler Sklerose, Graft-versus-Host-Reaktion und entzündlichen Darmerkrankungen 9,12,13,14,15. In der Klinik werden derzeit CAR-Tregs erforscht, um die Abstoßung von Organtransplantaten zu verhindern16.
In diesem Artikel wird eine detaillierte Methodik zur Generierung von humanen chimären Antigenrezeptor-regulatorischen T-Zellen (CAR Tregs) vorgestellt. Dieses Protokoll beinhaltet die Isolierung von Tregs aus menschlichem peripherem Blut und deren genetische Modifikation mit Techniken wie lentiviraler Transduktion und präzisem Gen-Knock-in unter Verwendung von CRISPR/Cas9-Gen-Editing und Adeno-assoziierten Viren (AAV)-Vektoren. Wir beschreiben auch die Bewertung der phänotypischen Stabilität und suppressiven Funktion dieser manipulierten Tregs, die entscheidende Schritte zur Validierung ihres therapeutischen Potenzials darstellen 17,18,19. Dieser Ansatz rationalisiert das Design und die frühe Erprobung von CAR-Treg-Therapien, die das Potenzial haben, die transformative Wirkung der CAR-T-Zelltherapie zur Regulierung des Immunsystems zu erweitern. Durch den Austausch unserer Methodik hoffen wir, weitere Forschung und Innovation im aufkeimenden CAR-Treg-Therapiebereich anzuregen 9,20.
1. Isolation von menschlichen Treg
2. Aktivierung der T-Zellen
3. Humane Treg-lentivirale Transduktion
4. CRISPR/Cas9-vermittelter Gen-Knock-in bei menschlichen Tregs
5. Aktivierung des menschlichen CAR-Tregs
6. Human CAR Treg-Stabilität
7. Menschliche CAR-Treg-Unterdrückung
Das hier beschriebene Protokoll bietet eine optimierte und standardisierte Pipeline zur Bewertung neuer chimärer Antigenrezeptor (CAR)-Konstrukte in humanen regulatorischen T-Zellen (Tregs) mit dem Ziel, lebende Therapeutika für Autoimmunerkrankungen, Graft-versus-Host-Krankheit, Abstoßung von Organtransplantaten und Allergien zu entwickeln. Abbildung 1 zeigt, wie wir mit Hilfe von FACS hochreine humane Tregs aus peripherem Blut gewinnen (
Dieses Protokoll bietet eine optimierte und umfassende Methodik zur Generierung und Bewertung von humanen chimären Antigenrezeptor-regulatorischen T-Zellen (CAR-Tregs). Der Erfolg der CAR-Technologie bei der Behandlung hämatologischer Krebserkrankungen hat ihre Anwendung auf die immunsuppressive Untergruppe der T-Zellen, die Tregs, inspiriert. Im Gegensatz zu herkömmlichen T-Zellen hemmen Tregs Immunreaktionen und bieten potenzielle Behandlungen für Erkrankungen, die aus unerwünscht...
LMRF ist Erfinder und hat Lizenzgebühren aus Patenten auf gentechnisch veränderte Immunzellen erhalten und berät Guidepoint Global und McKesson. Die übrigen Autoren erklären keine konkurrierenden Interessen.
Das LMRF wird finanziert durch das Human Islet Research Network (HIRN) Emerging Leader in Type 1 Diabetes Grant U24DK104162-07, das American Cancer Society (ACS) Institutional Research Grant IRG-19-137-20, das South Carolina Clinical and Translational Research (SCTR) Pilot Project Discovery Grant 1TL1TR001451-01, das Diabetes Research Connection (DRC) Grant IPF 22-1224 und das Swim Across America Grant 23-1579. Das RWC wird durch das Cellular, Biochemical and Molecular Sciences Training Grant T32GM132055 und das Hollings Cancer Center Lowvelo Graduate Fellowship unterstützt. Diese Studie wurde teilweise von der gemeinsamen Ressource für Durchflusszytometrie und Zellsortierung des Hollings Cancer Center der Medizinischen Universität von South Carolina (P30 CA138313) unterstützt. Besonderer Dank geht an Dr. Qizhi Tang von der University of California, San Francisco (UCSF) für die freundliche Spende der CAR-mutierten Plasmide.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Adeno-associated virus (AAV) | Charles River Laboratories | ||
CAR target-expressing K562 cells | e.g., CD19-K562 | ||
Cesium-137 irradiator | |||
Anti-human CD8 PerCP (clone SK1) | Biolegend | 344708 | |
Anti-human CD4 PE/Cy7 (clone SK3) | Biolegend | 344612 | |
DynaMag-15 magnet | ThermoFisher | 12301D | |
Ghost BV510 viability dye | TONBO | 13-0870-T100 | |
K562 cells | American Type Culture Collection | CCL-243 | |
0.5 M EDTA, pH 8.0 | Gibco | 15575020 | |
1 M HEPES | Gibco | 15630080 | |
Ammonium chloride solution | STEMCELL Technologies | 7850 | |
Anti-human CD127 PE (clone hIL-7R-M21) | BD Biosciences | 557938 | |
Anti-human CD25 APC (clone BC96) | Biolegend | 302610 | |
Anti-human CD4 FITC (clone SK3) | Biolegend | 344604 | |
Anti-human CD71 PE (clone SK1) | Biolegend | 334106 | |
Anti-human CD8 PerCP (clone SK1) | Biolegend | 344707 | |
Anti-human CTLA-4 PerCP-e710 | ThermoFisher | 46-1529-42 | |
Anti-human EGFR APC (clone AY13) | Biolegend | 352905 | |
Anti-human FOXP3 eFluor 450 | ThermoFisher | 48-4776-42 | |
Anti-human HELIOS PE | Biolegend | 137216 | |
Ca2+ and Mg2+ free Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS) | Gibco | 14190144 | |
Cell counter (TC20 Automated Cell Counter) | Bio-Rad | 1450102 | |
Cell Counting Slides | Bio-Rad | 1450016 | |
CellTrace Violet Cell Proliferation Kit | ThermoFisher | C34571 | |
DNA LoBind Tubes | Eppendorf | 22431021 | |
Easy 50 EasySep magnet | STEMCELL Technologies | 18002 | |
EasySep Human CD4+ T cell Enrichment Kit | STEMCELL Technologies | 19052 | |
EasySep Human CD8+ T cell Enrichment Kit | STEMCELL Technologies | 19053 | |
EasySep magnet | STEMCELL Technologies | 18000 | |
eBioscience Foxp3 transcription factor staining buffer set | ThermoFisher | 00-5523-00 | |
Falcon Round-Bottom Polystyrene Test Tubes with Cell Strainer Snap Cap, 5 mL | Fisher Scientific | 08-771-23 | 40μm |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 26140079 | |
Flow cytometer | Beckman Coulter | CytoFLEX LX U3-V5-B3-Y5-R3-I2 | |
Fluorescence-activated cell sorter | BD Biosciences | FACS Aria III Cell Sorter | |
GlutaMAX | Gibco | 35050061 | |
Human CD3/28 T Cell Expansion and Activation Dynabeads | Gibco | 11131D | |
Invitrogen Neon Transfection System | ThermoFisher | 10431915 | |
Invitrogen Neon Transfection System 100 μL Kit | ThermoFisher | 10114334 | |
Lentivirus | VectorBuilder | ||
MEM Non-Essential Amino Acids Solution | Gibco | 11140050 | |
Myc Tag antibody A647 (clone 9B11) | Cell Signaling Technologies | 2233S | |
Opti-MEM I Reduced Serum Medium | ThermoFisher | 31985062 | |
Penicilin-Streptomycin solution | Gibco | 15140122 | |
Recombinant human interleukin-2 (rhIL-2) | Peprotech | 200-02 | |
RPMI 1640 medium, no glutamine | Gibco | 11875093 | |
Sodium pyruvate | Gibco | 11360070 | |
Spectral Flow Cytometer | Cytek | Northern Lights | |
TRAC gRNA | Synthego | Sequence (CAGGGTTCTGGATATCTGT) | |
TrueCut Cas9 Protein v2 | ThermoFisher | A36496 | |
Trypan Blue solution | Sigma | T8154-100ML | |
1/10 Leukopak | STEMCELL Technologies | 200-0092 | 1-2 billion PBMC |
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