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* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Qui si descrive un metodo per l'attivazione ed espandere cellule NKT dal bulk popolazioni di cellule T usando cellule presentanti antigene artificiali (AAPC). L'uso di CD1d basata AAPC fornisce un metodo standard per la generazione di numeri elevati di cellule NKT funzionali.
Natural killer T (NKT) cellule sono un sottogruppo di cellule T che visualizzano marcatori caratteristici di entrambi natural killer (NK) e le cellule T 1. Diversamente classici cellule T, cellule NKT riconoscono antigeni lipidi nel contesto di molecole CD1 2. Cellule NKT esprimere un riarrangiamento catena invariante TCRα: Vα14Jα18 in topi e Vα24Jα18 nell'uomo, che è associata con catene Vβ limitata diversità di 3-6, e sono indicati come canoniche o invarianti NKT (i NKT) cellule. Simile a cellule T convenzionali, cellule NKT sviluppano da cellule precursori CD4-CD8-T timici seguendo la segnalazione appropriata CD1d 7. Il potenziale di utilizzare cellule NKT per scopi terapeutici è aumentato significativamente la capacità di stimolare ed espandere cellule NKT con α-Galactosylceramide (α-GalCer) e una varietà di citochine 8. È importante sottolineare che queste cellule mantenuto il loro originale phenotype, citochine secrete e visualizzata funzione citotossica contro linee cellulari tumorali. Così, espanse ex vivo cellule NKT rimanere funzionale e può essere utilizzato per l'immunoterapia adottiva. Tuttavia, cellule NKT based-immunoterapia è stato limitato con l'uso di cellule che presentano l'antigene autologhe e la quantità e la qualità di queste cellule stimolatrici può variare sostanzialmente. DC derivate da monociti di pazienti affetti da cancro sono stati segnalati per esprimere livelli ridotti di molecole costimolatorie e producono citochine infiammatorie meno 9,10. Infatti, DC murine anziché APC autologhe sono stati utilizzati per testare la funzione delle cellule NKT da pazienti CML 11. Tuttavia, questo sistema può essere utilizzato solo per la sperimentazione in vitro cellule NKT poiché non può essere espansa murino DC e quindi utilizzati per l'immunoterapia adottiva. Quindi, un sistema standardizzato che si basa su cellule artificiali Antigen Presenting (AAPC) potrebbe produrre gli effetti stimolanti della DC senza le insidie di allo-o xenogeniche ceLLS 12, 13. Qui, si descrive un metodo per generare CD1d basata AAPC. Poiché l'impegno del recettore delle cellule T (TCR) di CD1d-antigene è un requisito fondamentale di attivazione delle cellule NKT, antigene: CD1d-Ig complessi forniscono un metodo affidabile per isolare, attivare, ed espandere popolazioni di cellule effettrici NKT.
1. Generazione di AAPC
2. Isolamento di CD161 + cellule CD3 +
3. AAPC mediata da cellule NKT di espansione
4. Test funzionale: AAPC-mediata stimolazione delle cellule NKT
Qui si descrive un metodo per generare CD1d-Ig basata AAPC, realizzato mediante accoppiamento covalente di CD1d-Ig e anti-CD28 mAb a perline magnetiche per stimolare le cellule NKT come metodo standardizzato per la propagazione delle cellule NKT (Figura 1). Primo, uno deve dimostrare che i CD1d-Ig proteine di fusione sono stabilmente immobilizzato sulla superficie dei granuli magnetici. Come mostrato in Figura 2A, CD1d-Ig e anticorpi anti-CD28 sono stati sia espresso sulla superficie delle perle magnetiche. Per esaminare la capacità stimolante della AAPC, noi co-coltura di cellule NKT ibridomi con AAPC surnatanti raccolti durante la notte, la cultura e le misurata produzione di IL-2 da ELISA. Abbiamo trovato che CD1d-Ig basata AAPC erano in grado di stimolare le cellule NKT ibridomi a livelli pari o superiore al corrispettivo cellulari (Figura 3, i dati non mostrati). È interessante notare che, abbiamo scoperto che il nostro mouse ibridomi di cellule NKT sono stimolati da umano CD1d basata AAPC (Figura 2B), che fornisce un metodo semplice per testare ogni lotto di AAPC.
Successivamente, si è cercato di dimostrare il potenziale propagazione AAPC, quindi le cellule T umane sono state isolate da sangue periferico. In primo luogo il CD161 + CD3 + frazione di cellule T è stata arricchita da separazione magnetica tallone. Quindi, le cellule T sono state stimolate bisettimanale con α-GalCer caricato AAPC. È importante sottolineare che, abbiamo scoperto che anche con un relativamente basso iniziale popolazione di cellule NKT (0,03%), siamo stati in grado di espandere le cellule a ~ 67% Vα24 Vβ11 + + (Figura 3). Abbiamo ampliato le cellule NKT dal PBMC di molti volontari sani e pazienti affetti da cancro e hanno scoperto che α-GalCer caricato AAPC stati in grado di espandere la popolazione di cellule NKT in entrambi i gruppi. In particolare, il tasso di espansione è stata molto donatore dipendente. Come previsto maggiore è la popolazione iniziale di cellule Vα24 +, maggiore è la percentuale di espansione. Inoltre,quando si utilizza una popolazione iniziale di 2 milioni di cellule CD161 + CD3 + cellule T, si può ottenere> 10 7 cellule dopo due cicli di espansione (Tabella 1). Circa 80-90% delle cellule NKT espanse sono CD4 +, ~ 5% CD8 +, e le restanti sono presumibilmente negativi cellule CD4-CD8-doppie NKT. Queste cellule NKT espanse possono essere utilizzati per studi funzionali come mostrato in Figura 4A-C. Abbiamo trovato che il nostro ex vivo espanse cellule NKT continuare ad adattarsi ai α-GalCer stimolazione e sono potenti produttori di IL-17A, TNF-α e IFN-γ. Occorre notare che se la prima popolazione di cellule T arricchimento è bassa e si è in grado di eseguire la seconda fase di arricchimento CD161, il AAPC mediata espansione non può dare i risultati attesi (vedere Figura 4D, donatori 1). Tuttavia, se la percentuale di cellule circolanti NKT è superiore a 0,1%, si dovrebbe essere ancora in grado di ottenere una significativa espansionei di cellule NKT. Nel complesso, questi dati dimostrano che CD1d based-AAPC può essere utilizzato per espandere in modo efficace e stimolare cellule primarie umane NKT.
Figura 1. Diagramma schematico di CD1d: Ig basati aAPCs porzioni extracellulari della molecola CD1d sono fusi alla regione costante di una catena pesante di immunoglobulina proteine separate da un linker breve amminoacido. Queste molecole possono essere facilmente caricate con antigeni lipidici, come α-GalCer, semplicemente mediante incubazione con un eccesso di lipidi di interesse. AAPC state realizzate con l'accoppiamento CD1d-Ig e anti-CD Abs a sfere magnetiche. In questo sistema, CD1d-Ig viene utilizzato per fornire l'affine antigene-specifico segnale attraverso il TCR e anti-CD28 mAb fornisce il segnale di costimolazione.
Figura 2. . Colorazione FACS di proteine di superficie su aAPCs aAPCs A) sono stati testati per la presenza di CD1d: IgG dimero (tramite colorazione con PE-coniugato anti-topo IgG1) e anticorpo anti-CD28 (con FITC-coniugato anti-topo IgG2a) istogrammi. aperti indicano controllo isotipico; istogrammi pieni rappresentano gli anticorpi indicati. CD1d-Ig Esprimere AAPC possono stimolare produzione di IL-2 da parte delle cellule NKT. B) Il + Vα14 topo NKT cellulare di ibridomi, DN32.D3, è stato co-coltivate sia con media, antigene solubile (α-GalCer), scaricate AAPC o α-GalCer caricato AAPC. Supernatanti di coltura sono stati raccolti e standard sandwich ELISA è stato utilizzato per misurare la produzione di IL-2.
Figura 3. Espansione delle cellule NKT da cellule rivestite CD1d-antigene artificiali presentano. (A) primario CD3 + CD161 + doppie cellule positive sono state isolate da PBMC mediante separazione magnetica. Le cellule sono state stimolate con filtrate α-GalCer caricato, CD1d-Ig AAPC rivestito per 14 giorni. Le cellule sono state colorate per Vα24 e Vβ11 seguito di stimolazione AAPC. (B) Primary cellula umana NKT mediato lisi di una linea di linfoma a cellule B. C1R-CD1d cellule incubate con cellule NKT ai rapporti indicati in presenza o assenza di antigene, un GalCer (100 ng / ml) a 96 pozzetti con fondo a U piastre per 20-24 hr. Lisi delle cellule NKT cellulo-mediata è stata valutata dalla norma 51Cr-release test.
Figura 4. Profili delle citochine di AAPC-espanse cellule NKT. Dopo stimolazione con α GalCer caricato AAPC per due settimane, le cellule NKT espanse (1 × 10 5 / pozzetto) sono state co-coltivate con α-solubile GalCer, PMA / ionomicina, anti-CD3/28 microperle, o α-GalCer loaded AAPC (2 × 10 5 / pozzetto) per 48 ore. (A) IL-17A, (B), TNF-α, e (C) IFN-γ produzione di citochine è stata misurata mediante ELISA standard. I dati indicati sono al netto della produzione di citochine dopo aver sottratto i controlli negativi (media e perle vuote). (D) cellule T primarie sono state isolate da PBMC mediante separazione magnetica tallone. Le cellule sono state stimolate filtrate per due settimane con l'indicazione a-GalCer caricato-AAPC. Le cellule sono state colorate usando Abs specifici per Vα24 + e + Vβ11 ed analizzate al citofluorimetro.
AAPC possono essere utilizzati per studiare i requisiti di base per l'attivazione delle cellule NKT e ha il potenziale valore clinico per l'espansione ex vivo di cellule NKT per immunoterapia adottiva. Mescher et al. Descritto uno dei primi sistemi basati tallone, dove murino biotinilato classe MHC-peptide-singoli costrutti catena sono stati combinati con molecole costimolatorie biotinilati B7.1 e B7.2 tramite streptavidina alla superficie delle microsfere lattice 14, 15. Questo approccio è stato utilizzato con successo per stimolare cellule T antigene-specifiche di topi transgenici. Inoltre, poiché questo approccio utilizza una singola catena MHC-peptide per garantire loading omogenea delle molecole MHC, ciascun antigene peptide desiderato richiederebbe una nuova trasfezione per l'espressione della singola catena desiderata MHC-peptide, limitando così la generalità di approccio. È importante sottolineare che il gruppo del Dr. Schneck ha aperto la strada al tallone based-AAPC, attraverso lo sviluppo di un altro non cellulare AAPC tallone base, Realizzato accoppiando HLA-Ig, segnale 1, e anti-CD28, segnale 2, su biglie magnetiche. HLA-Ig, una forma unica multimerica di HLA fusa ad una immunoglobulina patibolo molecolare 16, 17 è stata sviluppata dal suo gruppo. Successivamente, hanno sviluppato MHC-Ig basata AAPC, che hanno dimostrato di espandere efficacemente CMV e MART-1 specifica CTL 18. Qui, abbiamo dimostrato che CD1d-Ig AAPC base può essere utilizzato per espandere cellule NKT funzionali. Uno studio ha utilizzato un sistema simile per esaminare l'interazione fisica delle cellule NK con CD1d 19.
In particolare, abbiamo progettato una cellula artificiale presentanti l'antigene che è adattabile a qualsiasi esigenza troviamo necessaria per ottimizzare la proliferazione delle cellule NKT. Il metodo di espansione AAPC fornisce un metodo semplice e affidabile per estendere e arricchire cellule NKT. Il nostro AAPC può essere modificato per valutare sistematicamente il ruolo di un gruppo di molecole di costimolazione potenziali e valutare il loro ruolo sulla proliferazione delle cellule NKTzione e la funzione. Così, AAPC rappresentano una tecnologia robusta versatile utile per l'induzione e l'espansione delle cellule NKT. La generazione di aAPCs richiede meno di una settimana ed è adatto per la produzione di grandi quantità di perle. Tuttavia, un passo critico nel generare il AAPC è confermare che CD1d-Ig è stabilmente immobilizzato sulla superficie delle perle e valutare la loro funzionalità di coerenza da lotto a lotto. Un limite potenziale del sistema è che non vi è un meccanismo atto a spegnere stimolazione, oltre rimozione meccanica delle perle. Specificamente, l'impegno del recettore delle cellule T (TCR) con l'antigene: complesso CD1d/MHC generano tipicamente sinapsi immunologica in concerto con accessori / molecole di adesione, che può provocare l'induzione di fattori inibitori o soppressiva sia sulla cellula T e cellule presentanti l'antigene. Nel sistema AAPC, questi fattori possono essere upregulated dalla cellula T, ma il tallone non si esprimono i ligandi congiuntiper questi recettori.
Inoltre, le cellule CD4 + NKT hanno dimostrato di sopprimere le risposte antitumorali nei topi e umani, quindi è possibile che l'attivazione non selettivo di tutte le cellule NKT stimolazione (cioè globale con α-GalCer) o attivazione del sottoinsieme errato potrebbe provocare indesiderati immunologica risultati. Di conseguenza, si deve fenotipicamente e funzionalmente caratterizzano la AAPC espanso popolazione di cellule NKT. Come mostrato in figura 4, abbiamo trovato che la stimolazione con α-GalCer-loaded AAPC esprimere anti-CD28 può provocare cellule NKT producono Th1, Th2 e citochine di tipo Th17. Studi murini hanno riportato che sfida con IL-33, una citochina recentemente identificato, portato a un aumento dei livelli circolanti di citochine infiammatorie come IL-5 e IL-13. Trattamento di cellule NKT con IL-33 potenziato la loro produzione di citochine 20. IL-33 è un ligando specifico per ST2 ed è stato dimostrato che ST2 solubile can blocchi IL-33 di segnalazione. Quindi, come esempio di una futura applicazione, ST2 AAPC esprimendo potrebbe essere generato e utilizzato per determinare se si potesse inibire selettivamente la produzione di citochine Th2 mentre induce secrezione di citochine da Th1 cellule NKT. E 'stato anche riportato che l'iniezione iv di Kb-AAPC esprimere in topi C57BL / 6 provocato metastasi polmonari ridotte del tumore 21. Importante, questi dati dimostrano che il traffico AAPC al polmone e sono in grado di attivare cellule T effettrici sottoinsiemi. Pertanto, si potrebbe generare diversi tipi di AAPC ed esaminare l'interazione tra sottopopolazioni di cellule T antigene specifiche. Per riassumere, questi studi dimostrano che CD1d-Ig AAPC base può essere utilizzato per sostituire normale APC cellulare, e hanno il potenziale per migliorare attuali approcci clinici per cellule NKT based-immunoterapia adottiva.
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Gli autori desiderano ringraziare Priyanka Subrahmanyam per le discussioni utili. Gli autori non hanno concorrenti interesse finanziario. Questo lavoro è stato sostenuto da finanziamenti della American Cancer Society, NIH / NCI K01 CA131487, CA162273 R21, R21 CA162277, P30 e immunologia dei tumori e Programma di Immunoterapia TJ Webb. Il contenuto è di esclusiva responsabilità degli autori e non necessariamente rappresentano le opinioni ufficiali del National Cancer Institute e il National Institutes of Health.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome del reagente | Azienda | Numero di catalogo | Commenti (opzionale) |
Ficoll-Paque PLUS | GE Life Sciences | 17-1440 | |
EasySep umano delle cellule T Kit di arricchimento | StemCell Technologies | 19051 | |
Alloficocianina CD161 umano mAb | Pharmingen | 550968 | |
EasySep Magnet | StemCell Technologies | 18002 | |
Anti-topo IgG1 Microsfere | Miltenyi Biotec | 130-047-101 | |
Dimero XI ricombinante solubile dimerica mouse CD1d: proteina di fusione IG | BD Biosciences | 557599 | |
Anti-CD28 mAb | Biolegend | 302914 | |
M-450 epossidiche perline | Life Technologies | 150-11 | |
Alpha-galactosylceramide (KRN7000) | Axxora, LLC | BML-SL232-0100 | |
RPMI 1640 | Sigma Aldrich | R 0883 | |
Sodio piruvato | Gibco | 11360-070 | |
Aminoacidi non essenziali | Gibco | 11140-050 | |
Vitamina Soluzione | Gibco | 11120-052 | |
2-mercaptoetanolo | Gibco | ||
Ciprofloxacina | Alexis Biochemicals | 380-288-G025 | |
PE-Vα24Jα18 | Biolegend | 342904 | |
PE-Vα24 (Clone C15) | Beckman Coulter | A66907 | |
FITC-Vβ11 (Clone C21) | Beckman Coulter | A66905 | |
PE-CD1d | Biolegend | 123510 | |
PE contro topo IgG1 | BD Biosciences | 556650 | |
FITC anti-topo IgG2a | Biolegend | 407105 | |
DPBS, no calcio, magnesio no | Life Technologies | 14190250 | |
Di sodio azide | Sigma Aldrich | S8032 | |
Albumina di siero bovino | Americana Bioanalytical | AB00440-00100 | |
EDTA | Sigma Aldrich | 431788 | |
IL-2 (Proleukin) | BD Biosciences | 354043 | |
Siero umano AB | Atlanta Biologicals | S40110 | |
Tubo Rotator Labquake | Fisher Scientific | 13-687-10Q | |
BD Falcon 5 ml in polistirolo a fondo tondo tubi | Fisher Scientific | 14-959-1A | |
Wheaton Vial in vetro con tappo | Fisher Scientific | Piccolo (03-343-6A) Grande (03-343-6E) |
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