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Method Article
Describimos un procedimiento para evaluar la capacidad de los agentes farmacológicos para generar células dendríticas tolerogénicas a partir de células dendríticas derivadas de monocitos naïve in vitro y validar su potencia mediante la generación de células T reguladoras autólogas.
Las células dendríticas tolerogénicas (tolDC) son un subconjunto de células dendríticas (CD) que se sabe que influyen en las células T vírgenes hacia un fenotipo de células T reguladoras (Treg). Los TolDC están actualmente bajo investigación como terapias para la autoinmunidad y el trasplante, tanto como terapia celular como método para inducir TolDC a partir de CD endógenos. Hasta la fecha, sin embargo, el número de agentes conocidos para inducir tolDCs a partir de DC ingenuas es relativamente pequeño y su potencia para generar Tregs in vivo ha sido inconsistente, en particular las terapias que inducen tolDCs a partir de DC endógenas. Esto brinda la oportunidad de explorar nuevos compuestos para generar tolerancia.
En este trabajo describimos un método para probar nuevos compuestos inmunomoduladores en CD derivadas de monocitos (moDCs) in vitro y validar su funcionalidad para generar Tregs autólogas. En primer lugar, obtenemos PBMC y aislamos monocitos CD14+ y linfocitos T CD3+ utilizando kits de separación magnética disponibles en el mercado. A continuación, diferenciamos los monocitos en moDC, los tratamos con un inmunomodulador establecido, como rapamicina, dexametasona, IL-10 o vitamina D3, durante 24 h y probamos su cambio en marcadores tolerogénicos como validación del protocolo. Por último, cocultivamos las tolDCs inducidas con linfocitos T autólogos en presencia de estimulación anti-CD3/CD28 y observamos cambios en las poblaciones de Treg y la proliferación de linfocitos T. Prevemos que este protocolo se utilizará para evaluar la eficacia de nuevos agentes inmunomoduladores para reprogramar las CD ya diferenciadas hacia tolDC.
Las células dendríticas (CD) son mediadores críticos entre la inmunidad innata y la adaptativa. Las CD, que residen principalmente en las membranas mucosas, la piel y el tejido linfoide, son las células presentadoras de antígenos primarios (CPA)1. Las CD absorben proteínas extrañas y las procesan y presentan en proteínas de histocompatibilidad mayor (MHC) a las células T vírgenes. Las CD expresan específicamente proteínas MHC de clase II, como el antígeno leucocitario humano-DR (HLA-DR) en humanos. El estado de activación de las CD tras la exposición al antígeno es crítico para la respuesta de las células T aguas abajo2. Las CD inmaduras expresan varios receptores de reconocimiento de patrones (PRR) que reconocen clases de moléculas llamadas patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP), como el componente de la pared bacteriana, el lipopolisacárido (LPS)3. Tras la estimulación con PRR, las CD se convierten en DC maduras y regulan al alza importantes proteínas coestimuladoras de células T, como CD80, CD86 y CD40, y secretan citocinas proinflamatorias como el factor de necrosis tumoral alfa (TNFα), lo que facilita la diferenciación de las células T vírgenes en células T efectoras o auxiliares convencionales2. Por el contrario, si se interrumpe la maduración de las CD o si las DC se desarrollan en un entorno tolerogénico, las DC pueden generar un estado de DC tolerogénico (tolDCs)4. Los TolDC regulan a la baja los receptores coestimuladores clásicos de las células T y, en su lugar, regulan al alza los receptores de tolerancia, como el ligando de muerte celular programada 1 (PD-L1) y el atenuador de linfocitos B y T (BTLA), y generan citocinas supresoras como la interleucina 10 (IL-10) y el factor de crecimiento transformante beta (TGF-β)4. Esta no es una lista exhaustiva de marcadores de tolerancia y, de hecho, existe un consenso limitado en cuanto a qué marcadores tolDC son apropiados para definir el estado tolDC5. Teniendo en cuenta esto, proponemos la generación de células T reguladoras (Treg) como un marcador funcional que debe utilizarse para comparar la efectividad de varios agentes de inducción de tolDC.
Además de los estados de activación de tolDC/DC maduras, las DC también se pueden clasificar en función de su linaje o ubicación del tejido, y cada subconjunto muestra una funcionalidad ligeramente diferente. Mientras que la división tolDC/DC madura es menos definitiva y existe más como un continuo, las divisiones de linaje tienen marcadores bien definidos tanto en humanos como en ratones. Los precursores de DC se forman en la médula ósea, pero hay dos subtipos principales de DC en función de su linaje: 1) células dendríticas plasmocitoides (pDC), que derivan de linajes linfoides y 2) células dendríticas convencionales (cDC), que derivan de linajes mieloides. En los seres humanos, las pDC maduran en los órganos linfoides, expresan CD303 y responden muy bien a las infecciones virales6. Por su parte, las CD11c que expresan cDCs maduran en los tejidos periféricos y existen en dos subtipos distintos, CD1c+ cDC1 y CD141+ cDC2, cada uno de los cuales genera distintas respuestas de células T7. Además, todas las cDC pueden existir en los subestados residentes en los tejidos (CD103-) o migratorios (CD103+)8. Finalmente, bajo ciertas condiciones, las células de linajes de monocitos (CD14+) pueden ser inducidas hacia un fenotipo de célula dendrítica y se identifican como CD14-, CD141+, CD1c+ 9. Estas células, conocidas como CD derivadas de monocitos (moDC), son las más utilizadas para el análisis ex vivo en humanos, ya que los monocitos constituyen aproximadamente el 10-30% de las células mononucleares de sangre periférica humana (PBMC), mientras que las pDC constituyen solo el 1-3%10. Esto hace que las moDC sean una opción atractiva, pero también se sabe que las moDC son más inflamatorias que las cDC típicas aisladas del tejido primario9.
En la actualidad existen dos grandes categorías de esfuerzos para emplear tolDCs para generar tolerancia clínica. En primer lugar, los tolDC se generan a partir de monocitos para su uso como terapia celular. En este paradigma, las moDC se diferencian típicamente utilizando IL-4/GM-CSF simultáneamente con inmunomoduladores como la vitamina D3, la rapamicina (rapa), la IL-10, la dexametasona o combinaciones de estos11,12. Estos tolDCs han sido explorados como terapias celulares autólogas para la autoinmunidad y los trasplantes13. El otro uso de las tolDCs es la reprogramación de las CDs endógenas hacia las tolDCs utilizando fármacos libres o nanotransportadores para administrar tanto el inmunomodulador como el antígeno de interés 14,15,16. Sin embargo, la inducción de CD ya diferenciadas es más desafiante debido al desarrollo de fenotipos metabólicos robustos de DC que suelen estar en contraste con el metabolismo de tolDC17,18. Este es un listón alto para la mayoría de los inmunomoduladores farmacológicos; por esta razón, la mayoría de los estudios de reprogramación endógena de DC informan de una supresión efectiva de las CD y, a menudo, de alguna inducción de Treg, pero carecen de éxito clínico, a menudo debido a la falta de persistencia de las células T 15,19,20. Esto pone de manifiesto la necesidad de estrategias para identificar los posibles agentes de inducción de tolDC a partir de las CD existentes.
Aquí, presentamos un método para la evaluación in vitro de agentes inmunomoduladores frente a moDCs diferenciados con la métrica final de la inducción autóloga de Treg. Este protocolo está diseñado para evaluar la efectividad de los agentes inmunomoduladores para reprogramar los moDC humanos ya diferenciados hacia la tolerancia. Además, este protocolo valida la funcionalidad de los tolDCs reprogramados para generar Tregs contra células T autólogas aisladas de la misma muestra de PBMC. Esto contrasta con otros protocolos que inducen tolerancia durante la diferenciación y/o desafían a los tolDC con células T de donantes alogénicos21. En este protocolo, utilizamos el agente tolerador común rapa como ejemplo, pero también demostramos la eficacia limitada de los moDCs tratados con rapa para generar Tregs. En nuestros resultados representativos, también mostramos la eficacia de otros tratamientos inmunomoduladores comunes como la IL-10, la dexametasona y la vitamina D3. Prevemos que este protocolo se utilizará para examinar agentes inductores de tolDC potencialmente más efectivos contra moDCs ya establecidos22.
Todas las muestras de células mononucleares de sangre periférica humana (PBMC) se obtuvieron del Núcleo de Inmunología Humana de la Universidad de Pensilvania de donantes no identificados con la aprobación previa de la Junta de Revisión Institucional (IRB) de la Universidad de Pensilvania con el consentimiento del paciente.
Opcional: Mientras que en este método, utilizamos PBMC recién aislados obtenidos de un laboratorio académico, las PBMC se pueden aislar de sangre completa o productos sanguíneos enriquecidos con leucoféresis. Recomendamos utilizar el método de centrifugación en gradiente de densidad, ya que este es un método bien establecido y confiable que se describe en otra parte23.
1. Aislamiento de monocitos/células T y diferenciación de moDC
2. Adición de fármacos inmunomoduladores para la generación de moDCs tolerogénicos
3. Análisis de flujo para moDC (Validación + Tolerancia)
4. Análisis de flujo de células T
Hemos descrito un protocolo para PBMCs humanas, aislar tanto las células T CD3+ como los monocitos CD14+ utilizando kits de separación magnética disponibles en el mercado, diferenciar los monocitos en CD14-, HLA-DR+, CD141+, CD1c+ moDCs utilizando GM-CSF e IL-4, tratarlos durante 24 h y cocultivar con células T autólogas con estimulación anti-CD3/CD28 durante 72 h. En la Figura 1 se mues...
En este trabajo describimos un método fiable y versátil para evaluar la funcionalidad de agentes inmunomoduladores para inducir tolDCs a partir de moDCs y validar su funcionalidad para generar Tregs a partir de células T autógenas ex vivo. Hay varios pasos críticos en este protocolo. En primer lugar, los monocitos son células notoriamente sensibles y deben obtenerse de PBMC frescas, no previamente congeladas, para obtener los mejores resultados. Los monocitos deben aislars...
Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.
Nos gustaría agradecer al Centro de Inmunología Humana (HIC) de la Universidad de Pensilvania por proporcionar PBMC humanos frescos de los donantes. El HIC está respaldado en parte por los AI045008 P30 y P30 CA016520 de los NIH.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.1-10 µL Filtered Pipet tips | VWR | 76322-158 | General Cell Culture |
1.5 mL Centrifuge Tube | VWR | 77508-358 | General Cell Culture |
10 mL Serological Pipets | VWR | 414004-267 | General Cell Culture |
100-1000 µL Filtered Pipet tips | VWR | 76322-164 | General Cell Culture |
15 mL Conical Tube | VWR | 77508-212 | General Cell Culture |
20-200 µL Filtered Pipet tips | VWR | 76322-160 | General Cell Culture |
2-Mercaptoethanol | MP Biomedical | 194834 | T Cell Culture |
50 mL Conical Tube | VWR | 21008-736 | General Cell Culture |
60 x 15 mm Dish, Nunclon Delta | Thermo Fischer | 150326 | General Cell Culture |
96 Well Conical (V) Bottom Plate, Non-Treated Surface | Thermo Fischer | 277143 | General Cell Culture |
96 well Flat Bottom Plate | Thermo Fischer | 161093 | General Cell Culture |
APC/Cyanine7 anti-human CD272 (BTLA) Antibody | Biolegend | 344518 | Flow Cytometry |
Attune NxT (Red/Blue Laser, 7 Channel) | Thermo Fischer | A24863 | Flow Cytometry |
BSA | Thermo Fischer | 15260-037 | General Cell Culture |
CD14 Monoclonal Antibody (61D3), PE | Thermo Fischer | 12-0149-42 | Flow Cytometry |
CD1c Monoclonal Antibody (L161), PE-Cyanine7 | Thermo Fischer | 25-0015-42 | Flow Cytometry |
CD209 (DC-SIGN) Monoclonal Antibody (eB-h209), PerCP-Cyanine5.5 | Thermo Fischer | 45-2099-42 | Flow Cytometry |
CD25 Monoclonal Antibody (CD25-4E3), APC | Thermo Fischer | 17-0257-42 | Flow Cytometry |
CD274 (PD-L1, B7-H1) Monoclonal Antibody (MIH1), PE | Thermo Fischer | 12-5983-42 | Flow Cytometry |
CD4 Monoclonal Antibody (RPA-T4), Alexa Fluor 488 | Thermo Fischer | 53-0049-42 | Flow Cytometry |
CD40 Monoclonal Antibody (5C3), APC | Thermo Fischer | 17-0409-42 | Flow Cytometry |
CD40 Monoclonal Antibody (5C3), APC-eFluor 780 | Thermo Fischer | 47-0409-42 | Flow Cytometry |
CD69 Monoclonal Antibody (FN50), PE | Thermo Fischer | MA1-10276 | Flow Cytometry |
CD86 Monoclonal Antibody (BU63), FITC | Thermo Fischer | MHCD8601 | Flow Cytometry |
CD8a Monoclonal Antibody (RPA-T8), PE-Cyanine7 | Thermo Fischer | 25-0088-42 | Flow Cytometry |
Conical Bottom (V-well) 96 Well Plate | Thermo Fischer | 2605 | Flow Cytometry |
Cryogenic Vials, 2 mL | Thermo Fischer | 430488 | T Cell Culture |
Dimethylsulfoxide (DMSO), Sequencing Grade | Thermo Fischer | 20688 | General Cell Culture |
DPBS | Thermo Fischer | 14200166 | General Cell Culture |
EasySep Human Monocyte Isolation Kit | Stem Cell Technologies | 19359 | Cell Separation |
EasySep Human T Cell Isolation Kit | Stem Cell Technologies | 17951 | Cell Separation |
EasySep Magnet | Stem Cell Technologies | 18000 | Cell Separation |
EDTA | Thermo Fischer | AIM9260G | General Cell Culture |
Falcon Round-Bottom Polystyrene Tubes, 5 mL | Stem Cell Technologies | 38025 | Cell Separation |
Fc Receptor Binding Inhibitor Polyclonal Antibody | Thermo Fischer | 14-9161-73 | Flow Cytometry |
Fetal Bovine Serum | Thermo Fischer | A5670701 | General Cell Culture |
Fixable Viability Dye eFluor 780 | Thermo Fischer | 65-0865-18 | Flow Cytometry |
Foxp3 / Transcription Factor Staining Buffer Set | Thermo Fischer | 00-5523-00 | Flow Cytometry |
FOXP3 Monoclonal Antibody (PCH101), PE-Cyanine5.5 | Thermo Fischer | 35-4776-42 | Flow Cytometry |
HBSS | Thermo Fischer | 14170-112 | General Cell Culture |
Heat Inactivated Fetal Bovine Serum | Thermo Fischer | A5670801 | General Cell Culture |
HEPES (1 M) | Thermo Fischer | 15630106 | moDC Cell Culture |
HLA-DR Monoclonal Antibody (L243), Alexa Fluor 488 | Thermo Fischer | A51009 | Flow Cytometry |
Human CD3/CD28/CD2 T Cell Activator | StemCell Technologies | 10970 | T Cell Culture |
Human GM-CSF Recombinant Protein | Thermo Fischer | 300-03 | moDC Cell Culture |
Human IL-10 ELISA Kit, High Sensitivity | Thermo Fischer | BMS215-2HS | ELISA |
Human IL-4, Animal-Free Recombinant Protein | Thermo Fischer | AF-200-04 | moDC Cell Culture |
Human PBMC (Freshly Isolated) | UPenn HIC | N/A | Cells |
Human TNF alpha ELISA Kit | Thermo Fischer | BMS223-4 | ELISA |
Light Microscope (DMi1) | Lucia | 391240 | General Cell Culture |
Lipopolysaccaride (LPS) | Invivogen | tlrl-eblps | moDC Cell Culture |
LIVE/DEAD Fixable Near-IR Dead Cell Stain Kit | Thermo Fischer | L34975 | Flow Cytometry |
MEM Non-Essential Amino Acids Solution (100x) | Thermo Fischer | 11140050 | T Cell Culture |
Penicillin-Streptomycin (100x) | Thermo Fischer | 15140122 | General Cell Culture |
Pipette Controller | VWR | 77575-370 | General Cell Culture |
Rapamycin, 98+% | Thermo Fischer | J62473.MF | moDC Cell Culture |
RPMI 1640 with Glutamax | Thermo Fischer | 61870-036 | General Cell Culture |
Separation Buffer | Stem Cell Technologies | 20144 | Cell Separation |
T Cell Stimulation Cocktail (500x) | Thermo Fischer | 00-4970-93 | T Cell Culture |
UltraComp eBead Plus Compensation Beads | Thermo Fischer | 01-3333-41 | Flow Cytometry |
Variable Pipette Set | Fischer Scientific | 05-403-152 | General Cell Culture |
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