Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Burada, kanser-bağışıklık döngüsünü oluşturan adımları izlemek ve karakterize etmek için basit, hızlı ve güvenilir bir multiparametrik akış sitometrisi ve çip üzerinde tümör destekli protokolü detaylandırıyoruz. Gerçekten de, kanser ve bağışıklık hücreleri arasındaki etkileşimlerin kapsamlı bir şekilde anlaşılması, tümörleri alt etmek ve klinik bakıma rehberlik etmek için kritik bilgiler sağlar.
Temel kanser araştırmaları ve etkili karşı saldırı tedavilerinin geliştirilmesi, kanser-bağışıklık döngüsü olarak adlandırılan kanser ve bağışıklık hücreleri arasındaki etkileşimleri detaylandıran deneysel çalışmalara dayanmaktadır. Multiparametrik akış sitometrisi (mFC) ve çip üzerinde tümör mikroakışkan cihazları (ToC'ler) ile birleştirilmiş in vitro ko-kültür sistemleri, kanser-bağışıklık döngüsünün her adımının basit, hızlı ve güvenilir bir şekilde izlenmesini ve karakterizasyonunu sağlar ve kanser immünosürveyansı ile immünoevazyon arasındaki dengeyi bozmaktan sorumlu mekanizmaların tanımlanmasına yol açar. Kanser ve bağışıklık hücreleri arasındaki dinamik etkileşimlerin kapsamlı bir şekilde anlaşılması, tümörleri alt etmek için kritik bilgiler sağlar ve hastalarda terapötik kişiselleştirme ve optimizasyonun hızını hızlandırır. Spesifik olarak, burada, murin kanseri hücre dizilerinde ve fareden türetilen bağışıklık hücrelerinde kanser-bağışıklık döngüsünün her adımının dinamik karmaşıklıklarını çözmek ve immünosürveyansa odaklanmak için basit bir mFC ve ToC destekli protokolü detaylandırıyoruz. Bu protokolün zaman ve maliyetle ilgili özellikleri göz önüne alındığında, kesinlikle büyük ölçekte uygulanabilir. Ayrıca, küçük varyasyonlarla, bu protokol hem insan kanser hücre hatlarına hem de insan periferik kan kaynaklı bağışıklık hücrelerine uyarlanabilir ve bağışıklık yanıtının biyobelirteçlerini tanımlamak için spesifik yolların genetik ve / veya farmakolojik inhibisyonu ile birleştirilebilir.
Son birkaç on yılda, immünoterapi, kanser tedavisi için en son seçeneklerin ön saflarında yer almıştır. Bağışıklık sistemini antitümör amaçlarla kullanmak, tarihsel olarak kötü prognozlara sahip çeşitli hematolojik ve katı malignitelerde hasta yararı için güçlü bir kavram kanıtı sağlamıştır. İmmünoterapi, aksi takdirde tedavi edilmesi zor kanserler için bir fırsat sunduğundan, şaşırtıcı derecede hızlı bir ilerleme hızı yaşamaktadır. Bu tür bir ilerleme, en azından kısmen, kanser hücreleri ve bağışıklık hücreleri arasındaki etkileşimin rafine bir şekilde anlaşılmasına bağlanabilir. Bu etkileşim, bağışıklık sisteminin kanser-bağışıklık döngüsü olarak adlandırılan kanser hücrelerini yok etmek için ateşlediği ileri beslemeli bir "motora" benzer. Bu antikanser bağışıklık tepkisi üç ana seviyede ilerler: tanıma, işleme ve reaksiyon. İlk olarak, tanıma aşamasında, tümör oluşumu sırasında üretilen tümör antijenleri (Ag'ler), tümör mikroçevresinde ölen kanser hücreleri tarafından salınır (TME, adım 1) ve tümöre sızan dendritik hücreler tarafından yutulur (DC'ler, adım 2). Daha sonra, işleme aşamasında, DC'ler, yakalanan tümör Ag'lerinin epitoplarını majör histouyumluluk kompleksi (MHC) molekülleri aracılığıyla sunar, yüzeylerinde daha yüksek seviyelerde kostimülatör molekülleri eksprese eder (aşama 3) ve yüklerini saf CD8 T hücrelerine çapraz sunmak için tümör boşaltan lenf düğümlerine (dLN'ler) hareket eder (CD8N, adım 4). Tüm bu adımlar, tümör Ag'ye özgü çapraz astarlı CD8 T hücrelerinin (CD8C-P) aktive edildiği, efektör CD8 T (CD8E) hücrelerine olgunlaştığı ve klonal bir genişlemeye uğradığı son reaksiyon sürecinde birleşir (aşama 5). CD8E hücreleri daha sonra dLN'leri terk eder ve kan yoluyla TME'ye (adım 6) gider, burada T hücresi reseptörü (TCR) ile akraba tümörleri Ags arasındaki etkileşim yoluyla kanser hücrelerini spesifik olarak tanır ve bunlara bağlanır, sitotoksik molekülleri serbest bırakır [yani, interferon (IFN)-γ, perforinler ve granzimler (Grzs)] ve kanser hücrelerini öldürür (adım 7)1, 2. Kanser hücresinin öldürülmesi, kanser-bağışıklık döngüsünü beslemek için daha fazla tümör Ag'sinin salınmasına yol açar. Nitekim, tüm bu adımlar sayesinde, bağışıklık sistemi kanser hücrelerini tahmin edilenden çok daha sık yok eder ve reddeder. Ancak kanser hastalarında bu adımlardan en az biri düzgün çalışmaz. Biz ve diğerleri, kanser hücrelerinin ya daha agresif ve bağışıklık ayrıcalıklı varyantlara evrimleşerek ya da T hücresi etkinliğiniengelleyerek bağışıklık tepkisini durdurmaya çalıştığınıgösterdik 3,4,5 ya da T hücresi etkinliğini 6,7 engelleyerek.
Kanser araştırmaları ve kanser ilacı geliştirme, onko-immünoloji olarak adlandırılan kanser ve bağışıklık hücreleri arasındaki ilişkinin incelenmesine izin veren deneysel modellere dayanır. Burada, onko-immünoloji döngüsünün her adımını kapsamlı bir şekilde yeniden üreten ve immünosürveyans ve nihayetinde immüno-düzenlemenin fenotipik ve fonksiyonel özellik setlerinin hızlı ve net bir görünümü sunulan hızlı, güvenilir, tekrarlanabilir ve düşük maliyetli in vitro modeller açıklanmaktadır.
Multiparametrik akış sitometrisi (mFC), kanser klinik çalışmalarında temel kanser araştırmaları, teşhisi ve translasyonel araştırmalarda en başarılı tek hücreli analitik araçlardan biridir. Her hücrede aynı anda daha fazla özellik yakalamaya izin verdiği için mFC, onko-immünolojide altın standart bir analiz platformu olarak yerini almıştır. Yüksek hassasiyet ve özgüllüğü, TME 8,9,10'dan olduğu gibi, heterojen ve hatta heterotipik hücre süspansiyonlarından tek bir hücre düzeyinde çoklu protein ekspresyon paternlerini ve fonksiyonel özellikleri hızlı ve tekrarlanabilir bir şekilde ölçme olasılığı ile birleştirir. Hem fenotipik hem de fonksiyonel ifade kalıpları zamana duyarlı olduğundan, deney tasarımına, uygun panellerin, kontrollerin ve titre edilmiş antikorların seçimine ve uygun numune işleme ve enstrümantasyon kullanımına dikkat edilmesi, sonuçların güvenilirliği, karşılaştırılabilirliği ve tekrarlanabilirliği için kritik öneme sahiptir ve deney sonucunu güvenle yorumlamak için kritik öneme sahiptir11.
Çip üzerinde tümör mikroakışkan cihazlar (ToC'ler), kanser ve bağışıklık hücresi dinamiklerinin in vitro mikro ölçekli biyomimetiklerine ve etkileşimlerine izin vererek TME'yi modeller 12,13,14,15. Spesifik olarak, ToC'ler, iki boyutlu (2D) veya üç boyutlu (3D) kültür ayarlarında organize edilmiş çeşitli hücre tiplerini barındırabilen ve yüksek doğrulukla modelleme yapabilen ve yüksek hassasiyetle kontrol edebilen çok kanallı mikroakışkan hücre kültürü cihazlarıdır, heterotipik hücresel etkileşimler ve TME12'de fizyolojik olarak meydana gelen kimyasal gradyan akışları gibi temel yapısal ve fonksiyonel birimleri, 13,14,15. Özellikle, immün kemocazibe ve yörüngelerin yanı sıra kanser hücreleri ile immün hücre etkileşimi, gerçek zamanlı olarak izlenebilir ve hızlandırılmış mikroskopi ve otomatik izleme analiziile ölçülebilir 5,12,13,14,15,16. Ayrıca, İçindekiler, kanserin başlangıcını ve ilerlemesini ve tedaviye yanıtı düzenleyen önemli süreçleri hem analiz etme hem de manipüle etme imkanı sunar17.
Bu makalede, kanser Ag'lerinin DC aracılı fagositozu (aşama 1-3), T hücresi çapraz hazırlama (adım 4), aktivasyon ve klonal genişleme (sonuncusu 5-etinil-2'-deoksiüridin (EdU) ve Cu (I) katalizli siklo ekleme [tıklama] teknolojisi, son derece hassas ve doğru bir metodoloji aracılığıyla, adım 5), TME'ye CD8E hücresi homing (adım 6) ve son olarak CD8E hücresi aracılı kanser hücresi öldürme (adım 7, Şekil 1).
Bu çalışma, kanser-bağışıklık döngüsünü incelemek için basit, hızlı ve güvenilir standart protokoller oluşturma çabasına katkıda bulunur. mFC ve ToC modellerinin kanser araştırmalarına, TME dinamiklerine ve tedaviye yanıta iyileştirilmesi ve entegrasyonu, bu modeller deneysel kontrol ile birlikte biyolojik doğruluk sağladığı için büyük bir potansiyele sahiptir. Bu nedenle, bu protokol, bireysel hücre oyuncularının rollerini ve doğal ve edinilmiş immünosürveyans üzerindeki karşılıklı etkileşimlerini karakterize etmeyi, izlemeyi ve zamanında manevra yapmayı mümkün kılarak kanser-bağışıklık döngüsünün aşamalı bir şekilde yeniden oluşturulmasına yardımcı olur. Bu, sonuçta, tümörleri alt etmek ve klinik bakıma rehberlik etmek için kritik bilgiler sağlarken, hayvan çalışmalarının rafine edilmesine, azaltılmasına ve değiştirilmesine yardımcı olacaktır. Son olarak, mFC ve ToC avantajları ve sınırlamaları eleştirel bir şekilde tartışılır ve onko-immünoloji araştırmalarını ve tedavisini ilerletmek için en son teknolojilerle (örneğin, tek hücreli ve hatta hücre altı çözünürlükte yüksek plex uzamsal analizler) karşılaştırılır.
Protokolün hayvanların kullanımını gerektiren tüm adımları, 63/2010 sayılı AB Direktifi ile uyumludur ve Kurumsal Hayvan Deneyleri Komitesi ve İtalya Sağlık Bakanlığı tarafından onaylanan bir deney protokolünde yer almaktadır (onay numarası 858/2015/PR).
1. Kanser hücrelerinin hazırlanması
2. Kanser ve bağışıklık hücrelerinin ko-kültürü
3. CD8C-P'nin kanser hücreleri ile yeniden uyarılması
Çapraz sunum21,22 için özelleşmiş ve Şekil 2A'da gösterildiği gibi kapılı, yaygın olarak bilinen fagosit alt kümesi olan CD11c+ DC'lerin, daha önce PKH67 floresan hücre bağlayıcısı ile etiketlenmiş UV ışınlanmış MCA205 kanser hücrelerinden apoptotik cisimleri yutma yeteneği mFC tarafından değerlendirildi. Beklendiği gibi, CD11c + DC'ler, apoptotik MCA205 hücrelerini in vitro ola...
Antikanser immün yanıtının izlenmesi, TME'de rol oynayan ve üstünlük için sürekli bir savaşı destekleyen karmaşık moleküler ve hücresel etkileşimleri aydınlatmak ve anlamak için son derece önemlidir23. Burada, kanser-bağışıklık döngüsünü oluşturan adımların izlenmesi ve karakterizasyonu için basit bir mFC ve ToC destekli protokolü detaylandırıyoruz. Küçük varyasyonlarla, murin hücre hatlarına ve fare kaynaklı bağışıklık hücrelerine dayanan bu protokol...
Yazarların açıklanacak herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
A.S., AIRC (IG #28807) ve PRIN (#P2022YE2MX) tarafından desteklenmektedir. M.M., AIRC-FIRC bursu (#25558) tarafından desteklenmektedir. ADN, AB - Yeni Nesil AB, PNRR Misyon 4 Bileşen 2, Yatırım 1.5 tarafından finanse edilen İnovasyon Ekosistemi Roma Technopole tarafından desteklenmektedir ECS00000024.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL microtubes | Eppendorf | 30120086 | |
100 kV e-beam litography | Vistec | ||
100 mm Petri dishes | Greiner Bio One | 664160 | |
12-well plates | Euroclone | ET3012 | |
15 and 50 mL tubes | Corning | 352096; 352070 | |
40 μm cell strainer | Corning | CLS431750 | |
5 mL polystyrene tubes | Greiner Bio-One | 120180 | |
70 μm cell strainer | Corning | CLS431751 | |
75 cm2 cell culture treated flask | Euroclone | ET7076 | |
Adsorbent wipes | |||
Allumin foil | |||
anti-mouse CD107a (LAMP-1) Antibody | Miltenyi Biotec | 130-111-319 | |
anti-mouse CD25 (7D4) Antibody | Miltenyi Biotec | 130-118-678 | |
anti-mouse CD3 (17A2) Antibody | BioLegend | 100206 | |
Aptes | Sigma Aldrich | 440140 | |
BD Cytofix/Cytoperm Plus Fixation/Permeabilization Solution Kit with BD GolgiPlug | BD Biosciences | 555028 | |
BD GolgiPlug Protein Transport Inhibitor (Containing Brefeldin A) | BD Biosciences | 555029 | |
BD GolgiStop Protein Transport Inhibitor (Containing Monensin) | BD Biosciences | 554724 | |
Bovine serum albumin (BSA) | US Biological, Salem | A1312 | |
CD11c Monoclonal Antibody (N418) | eBioscience | 12-0114-81 | |
CD137 (4-1BB) Monoclonal Antibody (17B5) | eBioscience | 17-1371-82 | |
CD3 Monoclonal Antibody (17A2) | eBioscience | 25-0032-82 | |
CD44 Monoclonal Antibody (IM7) | eBioscience | 11-0441-82 | |
CD45 Monoclonal Antibody (30-F11) | Invitrogen | MCD4528 | |
CD69 Monoclonal Antibody (H1.2F3) | eBioscience | 48-0691-82 | |
CD8a Monoclonal Antibody (53-6.7) | eBioscience | 11-0081-82 | |
CD8a Monoclonal Antibody (53-6.7) | eBioscience | 17-0081-82 | |
CD95 (APO-1/Fas) Monoclonal Antibody (15A7) | eBioscience | 53-0951-82 | |
Cell counting slides | Kova International | 87144E | |
Chromium quartz masks | MB W&A, Germany | ||
Click-iT Plus EdU Alexa Fluor 647 Flow Cytometry Assay Kit | Invitrogen | C10635 | |
CytoFLEX Flow Cytometer | Beckman Coulter | ||
Dead Cell Removal Kit | Miltenyi Biotec | 130-090-101 | |
Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (D-PBS) | EuroClone | ECB4053L | |
EDTA | Invitrogen | AM9260G | |
Fetal bovine serum (FBS) | EuroClone | ECS0180L | |
Flowjo v10.0.7 | Flowjo, LLC | ||
Granzyme B Monoclonal Antibody (NGZB) | eBioscience | 12-8898-82 | |
H2O2 | Sigma Aldrich | ||
H2SO4 | Sigma Aldrich | ||
hotplate | |||
Humified cell culture incubator (37°, 5% CO2) | Thermo Scientific | ||
Ice machine | Brema Ice Makers | ||
IFN gamma Monoclonal Antibody (XMG1.2) | eBioscience | 11-7311-82 | |
Illustrator CC 2015 | Adobe Systems Inc. | ||
ImageJ | National Institute of Health | ||
Incucyte 2022A Software | Sartorius | ||
Incucyte Cytotox Dye for Counting Dead Cells | Sartorius | 4632 | |
Incucyte SX5 Live-Cell Analysis System | Sartorius | ||
JuLi Smart Fluorescent Live Cell Imaging Microscope | Bulldog Bio | ||
Laboratory bench | |||
Laboratory refrigerator (4°C) | |||
Laboratory Safety Cabinet (Class II) | Angelantoni | ||
L-glutamine 200 mM | EuroClone | ECB3004D | |
LIVE/DEAD Fixable Aqua Dead Cell Stain Kit | Invitrogen | L34957 | |
LIVE/DEAD Fixable Near-IR Dead Cell Stain Kit | Invitrogen | L10119 | |
MACS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-201; 130-042-401 | |
MACS separators | Miltenyi Biotec | 130-042-10; 130-042-302 | |
MCA205 mouse fibrosarcoma cell line | Sigma-Aldrich | SCC173 | |
Microbiologically controlled animal facility equipped with Class II safety cabine | |||
MicroCL 21R Microcentrifuge | Thermo Scientific | 75002552 | |
Microsoft Excel | Microsoft, Redmond | ||
Mouse: C57BL/6J | The Jackson Laboratory | 000664 | |
Naive CD8a+ T Cell Isolation Kit, mouse | Miltenyi Biotec | 130-096-543 | |
Nikon ECLIPSE Ts2 | Nikon Instruments Inc. | ||
NIS-Elements BR 5.30.0064-BIT | Nikon Instruments Inc. | ||
Optical litography | EVG | ||
Penicillin G sodium salt and streptomycin sulfate | EuroClone | ECB3001D/1 | |
Pipet aid | Drummond Scientific Co., Broomall, PA | 4-000-201 | |
Pipettes | Eppendorf | ||
PKH67 Fluorescent Cell Linker Kits | Sigma-Aldrich | PKH67GL-1KT | fluorescent cell linker kit |
plastic coverslip | IBIDI | 10812 | |
Propidium Iodide | Thermo Scientific | P1304MP | |
Reactive Ion Etching system | Oxford plasmalab | ||
Roswell Park Memorial Institute 1640 (RPMI 1640) | EuroClone | ECB9006L | |
serological pipettes (2 mL, 5 mL, 10 mL, 25 mL) | Corning- Millipore-Sigma; St. Louis, MO | CLS4486; CLS4487; CLS4488; CLS4489 | |
SL 16 Centrifuge Series | Thermo Scientific | 75004031 | |
Sterile scalpels, surgical forceps, scissors and pliers | |||
Sterile tips (1–10 μL, 20–200 μL, 1000 μL) | EuroClone Spa, Milan, Italy | ECTD00010; ECTD00020; ECTD00200; ECTD01005 | |
SU-8 3000 series | MicroChem corp, Newton, (MA) | ||
Suite of dermal biopsy punches | Kai Medical, Tedpella | ||
Sylgard 184 | Dowsil, Dow Corning | 101697 | |
TCR beta Monoclonal Antibody (H57-597) | eBioscience | 12-5961-82 | |
Thermostatic bath | |||
Timer | |||
TMCS | Sigma Aldrich | 92360 | |
Trypan Blue Stain (0.4%) | Thermo Scientific | 15250061 | |
Trypsin-EDTA w/ Phenol Red | EuroClone | ECM0920 | |
Vacuum dessicator |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır