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Descrevemos um procedimento para avaliar a capacidade de agentes farmacológicos gerarem células dendríticas tolerogênicas a partir de células dendríticas derivadas de monócitos virgens in vitro e validar sua potência por geração autóloga de células T reguladoras.
As células dendríticas tolerogênicas (tolDCs) são um subconjunto de células dendríticas (DCs) que são conhecidas por influenciar as células T virgens em direção a um fenótipo de células T reguladoras (Treg). As TolDCs estão atualmente sob investigação como terapias para autoimunidade e transplante, tanto como terapia celular quanto como método para induzir tolDCs de DCs endógenas. Até o momento, no entanto, o número de agentes conhecidos para induzir tolDCs de DCs virgens é relativamente pequeno e sua potência para gerar Tregs in vivo tem sido inconsistente, particularmente terapias que induzem tolDCs de DCs endógenas. Isso oferece uma oportunidade de explorar novos compostos para gerar tolerância.
Aqui descrevemos um método para testar novos compostos imunomoduladores em DCs derivadas de monócitos (moDCs) in vitro e validar sua funcionalidade para gerar Tregs autólogas. Primeiro, obtemos PBMCs e isolamos monócitos CD14+ e células T CD3+ usando kits de separação magnética disponíveis comercialmente. Em seguida, diferenciamos monócitos em moDCs, tratamo-los com um imunomodulador estabelecido, como rapamicina, dexametasona, IL-10 ou vitamina D3, por 24 h e testamos sua alteração em marcadores tolerogênicos como validação do protocolo. Finalmente, co-cultivamos as tolDCs induzidas com células T autólogas na presença de estimulação anti-CD3 / CD28 e observamos mudanças nas populações de Treg e proliferação de células T. Prevemos que este protocolo seja usado para avaliar a eficácia de novos agentes imunomoduladores para reprogramar DCs já diferenciadas em direção a tolDC.
As células dendríticas (DCs) são mediadores críticos entre a imunidade inata e adaptativa. As DCs, que residem principalmente nas membranas mucosas, pele e tecido linfoide, são as células apresentadoras primárias de antígenos (APCs)1. As DCs captam proteínas estranhas e processam e as apresentam nas principais proteínas de histocompatibilidade (MHC) para células T virgens. As DCs expressam especificamente proteínas MHC classe II, como o antígeno leucocitário humano-DR (HLA-DR) em humanos. O estado de ativação das DCs após a exposição ao antígeno é crítico para a resposta das células T a jusante2. DCs imaturos expressam vários receptores de reconhecimento de padrões (PRRs) que reconhecem classes de moléculas chamadas padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs), como o componente da parede bacteriana, lipopolissacarídeo (LPS)3. Após a estimulação de PRR, as DCs tornam-se DCs amadurecidas e regulam positivamente importantes proteínas co-estimuladoras de células T, como CD80, CD86 e CD40, e secretam citocinas pró-inflamatórias, como o fator de necrose tumoral alfa (TNFα), facilitando a diferenciação de células T virgens em células T efetoras convencionais ou auxiliares2. Pelo contrário, se a maturação das DC for interrompida ou se as DCs se desenvolverem em um ambiente tolerogênico, as DCs podem gerar um estado tolerogênico de DC (tolDCs)4. Os TolDCs regulam negativamente os receptores co-estimuladores clássicos de células T e, em vez disso, regulam positivamente os receptores de tolerância, como o ligante de morte celular programada 1 (PD-L1) e o atenuador de linfócitos B e T (BTLA) e geram citocinas supressivas, como a interleucina 10 (IL-10) e o fator de crescimento transformador beta (TGF-β)4. Esta não é uma lista abrangente de marcadores de tolerância e, de fato, há um consenso limitado sobre quais marcadores tolDC são apropriados para definir o estado tolDC5. Considerando isso, propomos a geração de células T reguladoras (Treg) como um marcador funcional que deve ser usado para comparar a eficácia de vários agentes de indução tolDC.
Além dos estados de ativação de DC/DC amadurecidos, os DCs também podem ser categorizados com base em sua linhagem ou localização do tecido, com cada subconjunto exibindo funcionalidade ligeiramente diferente. Embora a divisão tolDC/DC amadurecida seja menos definitiva e exista mais como um continuum, as divisões de linhagem têm marcadores bem definidos em humanos e camundongos. Os precursores de DC são formados na medula óssea, mas existem dois subtipos principais de DCs com base em sua linhagem: 1) células dendríticas plasmocitóides (pDCs), que derivam de linhagens linfóides e 2) células dendríticas convencionais (cDCs), que derivam de linhagens mieloides. Em humanos, as pDCs são amadurecidas em órgãos linfóides, expressam CD303 e são altamente responsivas em infecções virais6. As cDCs que expressam CD11c, por sua vez, são amadurecidas em tecidos periféricos e existem em dois subtipos distintos, CD1c + cDC1s e CD141 + cDC2, cada um gerando respostas distintas de células T7. Além disso, todas as cDCs podem existir em subestados residentes no tecido (CD103-) ou migratórios (CD103+)8. Finalmente, sob certas condições, as células de linhagens de monócitos (CD14+) podem ser induzidas em direção a um fenótipo de célula dendrítica e são identificadas como CD14-, CD141+, CD1c+ 9. Essas células, conhecidas como DCs derivadas de monócitos (moDCs), são as mais comumente usadas para análise ex vivo em humanos, pois os monócitos constituem aproximadamente 10-30% das células mononucleares do sangue periférico humano (PBMCs), enquanto as pDCs constituem apenas 1-3%10. Isso torna os moDCs uma escolha atraente, mas também se sabe que os moDCs são mais inflamatórios do que os cDCs típicos isolados do tecido primário9.
Atualmente, existem duas grandes categorias de esforços para empregar tolDCs para gerar tolerância clínica. Primeiro, os tolDCs são gerados a partir de monócitos para uso como terapia celular. Nesse paradigma, as MOCDs são tipicamente diferenciadas usando IL-4/GM-CSF concomitantemente com imunomoduladores como vitamina D3, rapamicina (rapa), IL-10, dexametasona ou combinações destes11,12. Esses tolDCs têm sido explorados como terapias celulares autólogas para autoimunidade e transplantes13. O outro uso de tolDCs é reprogramar DCs endógenas para tolDCs usando drogas livres ou nanocarreadores para fornecer imunomodulador e antígeno de interesse 14,15,16. A indução de DCs já diferenciadas é mais desafiadora, no entanto, devido ao desenvolvimento de fenótipos metabólicos robustos de DCs que normalmente contrastam com o metabolismo tolDC17,18. Este é um nível alto para a maioria dos imunomoduladores farmacológicos; por esse motivo, a maioria dos estudos de reprogramação DC endógena relata supressão eficaz de DC e muitas vezes alguma indução de Treg, mas não tem sucesso clínico, muitas vezes devido à falta de persistência de células T 15,19,20. Isso destaca a necessidade de estratégias para identificar potenciais agentes de indução tolDC de DCs existentes.
Aqui, apresentamos um método para avaliação in vitro de agentes imunomoduladores contra moDCs diferenciados com a métrica final de indução autóloga de Treg. Este protocolo foi desenvolvido para avaliar a eficácia de agentes imunomoduladores para reprogramar moDCs humanos já diferenciados em direção à tolerância. Além disso, este protocolo valida a funcionalidade de tolDCs reprogramados para gerar Tregs contra células T autólogas isoladas da mesma amostra de PBMC. Isso contrasta com outros protocolos que induzem tolerância durante a diferenciação e/ou desafio de DCs com células T de doadores alogênicos21. Neste protocolo, usamos o agente tolerante comum rapa como exemplo, mas também demonstramos a eficácia limitada dos moDCs tratados com rapa para gerar Tregs. Em nossos resultados representativos, também mostramos a eficácia de outros tratamentos imunomoduladores comuns, como IL-10, dexametasona e vitamina D3. Prevemos que este protocolo seja usado para rastrear agentes indutores de tolDC potencialmente mais eficazes contra moDCs já estabelecidos22.
Todas as amostras de células mononucleares de sangue periférico humano (PBMC) foram obtidas do Núcleo de Imunologia Humana da Universidade da Pensilvânia de doadores não identificados com aprovação prévia do Conselho de Revisão Institucional (IRB) da Universidade da Pensilvânia com o consentimento do paciente.
Opcional: Enquanto neste método, usamos PBMCs recém-isolados obtidos de um laboratório acadêmico, os PBMCs podem ser isolados de sangue total ou produtos sanguíneos enriquecidos com leucaférese. Recomendamos o uso do método de centrifugação com gradiente de densidade, pois este é um método bem estabelecido e confiável que é descrito em outro lugar23.
1. Isolamento de monócitos/células T e diferenciação de moDC
2. Adição de drogas imunomoduladoras para geração de moDCs tolerogênicas
3. Análise de fluxo para moDC (Validação + Tolerância)
4. Análise de fluxo de células T
Descrevemos um protocolo para PBMCs humanos, isolamos células T CD3+ e monócitos CD14+ usando kits de separação magnética disponíveis comercialmente, diferenciamos monócitos em CD14-, HLA-DR+, CD141+, CD1c+ moDCs usando GM-CSF e IL-4, tratamos por 24 h e co-cultivamos com células T autólogas com estimulação anti-CD3/CD28 por 72 h. Um esquema experimental é mostrado na Figura 1.
...Aqui descrevemos um método confiável e versátil para avaliar a funcionalidade de agentes imunomoduladores para induzir tolDCs a partir de moDCs e validar sua funcionalidade para gerar Tregs a partir de células T autogênicas ex vivo. Existem várias etapas críticas neste protocolo. Primeiro, os monócitos são células notoriamente sensíveis e devem ser obtidos de PBMCs frescos, não previamente congelados, para obter os melhores resultados. Os monócitos devem ser isolado...
Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
Gostaríamos de agradecer ao Núcleo de Imunologia Humana (HIC) da Universidade da Pensilvânia por fornecer novos PBMCs humanos de doadores. O HIC é apoiado em parte pelo NIH P30 AI045008 e P30 CA016520.
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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