Summary

Generatie van geïnduceerde pluripotente stamcellen uit menselijke Melanoom-Tumor-infiltrerende lymfocyten

Published: November 11, 2016
doi:

Summary

The goal of this protocol is to show the protocol for reprogramming melanoma tumor-infiltrating lymphocytes into induced pluripotent stem cells.

Abstract

Adoptieve overdracht van ex vivo geëxpandeerde autologe tumor-infiltrerende lymfocyten (TIL's) kunnen duurzaam en volledige reacties bij belangrijke subgroepen van patiënten met metastatische melanoom bemiddelen. Grootste obstakels van deze aanpak zijn de verminderde levensvatbaarheid van de overgedragen T-cellen, veroorzaakt door telomeerverkorting, en het beperkte aantal van TIL's verkregen van patiënten. Minder gedifferentieerde T-cellen met lange telomeren zou een ideale T cel subsets voor adoptieve T-celtherapie, maar genereren van grote aantallen van deze minder gedifferentieerde T-cellen is problematisch. Deze beperking van adoptieve T cel therapie kan in theorie worden overwonnen door het gebruik van geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs), die zichzelf vernieuwen, te behouden pluripotentie, hebben langwerpige telomeren, en zorgen voor een onbeperkte bron van autologe T-cellen voor immunotherapie. Hier presenteren we een protocol om iPSCs behulp van Sendai-virus vectoren voor de transductie van herprogrammering factoren in TIL te genereren. Dit protocol genererens volledig geherprogrammeerd, vector-vrije klonen. Deze TIL-afgeleide iPSCs zou kunnen minder gedifferentieerde patiënt- en tumor-specifieke T-cellen voor adoptieve T-celtherapie te genereren.

Introduction

Cellulaire herprogrammering technologie die generatie van geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) maakt het mogelijk via overexpressie van een gedefinieerde set van transcriptiefactoren houdt grote belofte in het gebied van cel-gebaseerde therapieën 1,2. Deze iPSCs vertonen transcriptie en epigenetische kenmerken en hebben de capaciteit voor zelf-vernieuwing en pluripotentie, net als embryonale stamcellen (SER) 3-5. Opmerkelijke vooruitgang geboekt bij het herprogrammeren technologie de afgelopen tien jaar heeft ons toegelaten om de menselijke iPSCs zelfs van terminaal gedifferentieerde cellen, zoals T-cellen 6-8 te genereren. T-cellen afgeleide iPSCs (TiPSCs) behouden dezelfde herschikte configuratie van T-celreceptor (TCR) ketengenen de oorspronkelijke T-cellen, die regeneratie van antigenspecifieke T-cellen van TiPSCs 9-11 toelaat.

Bijna 80% van melanoom infiltrerende lymfocyten (TIL's) verkregen uit een patiënt de tumor specifieke wijze tumor-geassocieerde antigenen eennd handhaven cytotoxiciteit tegen de oorspronkelijke kankercellen 12. Met name de expressie van geprogrammeerde celdood eiwit-1 (PD-1) op TIL bleek de autologe tumor-reactieve repertoire te identificeren, inclusief gemuteerd neoantigeen-specifieke CD8 + lymfocyten 13. Adoptieve overdracht van ex vivo geëxpandeerde autologe TIL's in combinatie met preparatieve lymphodepleting regimes en systemische toediening van interleukine-2 (IL-2) kunnen aanzienlijke regressie van metastatische melanoom veroorzaken subgroepen van patiënten 14. Ondanks bemoedigende resultaten in preklinische modellen en patiënten, slechte overleving van T-cellen toegediend en het bestaan ​​van immuunonderdrukkende paden lijken het volledige potentieel van adoptieve T-celtherapie compromitteren. Huidige klinische protocollen vereisen uitgebreide ex vivo manipulatie van autologe T-cellen om grote aantallen te verkrijgen. Dit resulteert in de vorming van terminaal gedifferentieerde T-cellen die slechte overleving, verminderde Proliferative capaciteit en hoge PD-1 15.

Deze beperking van adoptieve T-celtherapie kan theoretisch worden overwonnen door iPSCs dat een onbeperkte bron van autologe T-cellen voor immunotherapie kan bieden. We hebben onlangs gemeld herprogrammering van melanoom TIL die hoge niveaus van PD-1 van Sendaivirus (SeV) gemedieerde transductie van de vier transcriptiefactoren, Oct3 / 4, SOX2, KLF4 en c-MYC 16. Hoewel retrovirusvectoren integratie in gastheerchromosomen eisen herprogrammering genen tot expressie, SeV vectoren zijn niet-integrerende en worden uiteindelijk verwijderd uit het cytoplasma. Herprogrammering efficiëntie is veel hoger bij een SeV systeem in vergelijking met lentivirus of retrovirus vectoren 6-8. Bovendien SeV kan herprogrammeren specifiek T-cellen in perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMC's), terwijl sommige iPSC klonen gegenereerd door lentivirus of retrovirus vectoren kunnen worden van nonlymphoid lijnen 6-8. Hier hebben we detailde procedures toegepast voor de isolatie en activatie van humane melanoom TIL en voor het genereren van TIL afkomstige iPSCs met een SeV herprogrammering systeem.

Protocol

LET OP: Patiënten moeten geïnformeerde toestemming om deel te nemen in de Institutional Review Board en menselijke pluripotente stamcellen zijn goedgekeurd studie geven. 1. Isolatie en cultuur van de TIL Verkrijgen tumor materiaal dat niet nodig is voor histopathologische diagnose van de pathologie dienst / weefselverkrijging kern. Plaats 20-100 g tumor specimens in een 50 ml buis met 30 ml tumor verzamelen media (tabel 1). Ontleden solide, stevig, nor…

Representative Results

Figuur 1 toont een overzicht van de procedure dat de aanvankelijke groei van melanoom TIL met rhIL-2, gevolgd door activatie met anti-CD3 / CD28 en gentransfer van Oct3 / 4, KLF4, SOX2, en c-MYC om TIL impliceert voor het genereren van iPSCs. Meestal TIL op de cultuur met rhIL-2 start om bolletjes te vormen 21-28 dagen na het begin van de cultuur. Op dit moment TIL gereed zijn geactiveerd met anti-CD3 / CD28. Figuur 2A toont TIL op kweek met rhIL-2 op da…

Discussion

Hier hebben we aangetoond een protocol voor het herprogrammeren van melanoom TIL te iPSCs door SeV gemedieerde transductie van de vier transcriptiefactoren Oct3 / 4, SOX2, KLF4, en c-MYC. Deze benadering, met een SeV systeem om T-cellen te herprogrammeren, biedt het voordeel van een niet-integratiemethode 7.

Een eerdere studie toonde aan dat SeV herprogrammering systeem is zeer efficiënt en betrouwbaar niet alleen fibroblasten maar ook perifeer bloed T-cellen 7,17 herp…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank Ms. Deborah Postiff and Ms. Jackline Barikdar in the Tissue Procurement Core and Dr. Cindy DeLong in the Pluripotent Stem Cell Core Laboratory at the University of Michigan for her technical assistance. This study was supported by University of Michigan startup funding and grants from the Central Surgical Association, American College of Surgeons, Melanoma Research Alliance, and NIH/NCI (1K08CA197966-01) to F. Ito.

Materials

gentle MACS C Tubes Miltenyi Biotec 130-093-237
gentle MACS Dissociator Miltenyi Biotec 130-093-235
Tumor Dissociation Kit, human Miltenyi Biotec 130-095-929
RPMI 1640 Life technologies 11875-093
Falcon 70 um Cell Strainer BD 352350
BD Falcon 50ml Conical Cntrifuge tubes BD 352070
IMDM Life technologies 12440053
human AB serum Life technologies 34005100
L-glutamine (200mM) Life technologies 25030-081
2-mercaptoethanol (1000x, 55mM) Life technologies 21985-023
Penicillin-Streptomycin  Life technologies 15140-122
gentamicin Life technologies 15750-060
Ficoll-Paque PLUS GE 17-1440-02
D-PBS (-) Life technologies 14040-133
recombinant human (rh) IL-2 Aldesleukin, Prometheus Laboratories Inc.
Purified NA/LE Mouse Anti-Human CD3 BD 555329
Purified NA/LE Mouse Anti-Human CD28 BD 555725
X-VIVO 15 Lonza 04-418Q
FBS Gibco 26140-079
HEPES Life technologies 15630-080
N-Acetylcysteine Cumberland Pharmaceuticals Inc. NDC 66220-207-30
Falcon Tissue Culture Plates (6-well) Corning 353046
Falcon Tissue Culture Plates (24-well) Corning 353047
Sendai virus vector DNAVEC
SNL feeder cells Cell Biolabs, Inc CBA-316
mitomycin C SIGMA M4287 soluble in water (0.5 mg/ml)
gelatin SIGMA G1890
Primate ES Cell Medium Reprocell RCHEMD001 warm in 37 ℃ water bath before use
basic fibroblast growth factor (bFGF) Life technologies PHG0264
ReproStem Reprocell RCHEMD005 warm in 37 ℃ water bath before use

References

  1. Takahashi, K., et al. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell. 131, 861-872 (2007).
  2. Takahashi, K., Yamanaka, S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 126, 663-676 (2006).
  3. Wernig, M., et al. In vitro reprogramming of fibroblasts into a pluripotent ES-cell-like state. Nature. 448, 318-324 (2007).
  4. Maherali, N., et al. Directly reprogrammed fibroblasts show global epigenetic remodeling and widespread tissue contribution. Cell Stem Cell. 1, 55-70 (2007).
  5. Okita, K., Ichisaka, T., Yamanaka, S. Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells. Nature. 448, 313-317 (2007).
  6. Loh, Y. H., et al. Reprogramming of T cells from human peripheral blood. Cell Stem Cell. 7, 15-19 (2010).
  7. Seki, T., et al. Generation of induced pluripotent stem cells from human terminally differentiated circulating T cells. Cell Stem Cell. 7, 11-14 (2010).
  8. Staerk, J., et al. Reprogramming of human peripheral blood cells to induced pluripotent stem cells. Cell Stem Cell. 7, 20-24 (2010).
  9. Nishimura, T., et al. Generation of rejuvenated antigen-specific T cells by reprogramming to pluripotency and redifferentiation. Cell Stem Cell. 12, 114-126 (2013).
  10. Vizcardo, R., et al. Regeneration of Human Tumor Antigen-Specific T Cells from iPSCs Derived from Mature CD8(+) T Cells. Cell Stem Cell. 12, 31-36 (2013).
  11. Wakao, H., et al. Expansion of functional human mucosal-associated invariant T cells via reprogramming to pluripotency and redifferentiation. Cell Stem Cell. 12, 546-558 (2013).
  12. Dudley, M. E., Wunderlich, J. R., Shelton, T. E., Even, J., Rosenberg, S. A. Generation of tumor-infiltrating lymphocyte cultures for use in adoptive transfer therapy for melanoma patients. J Immunother. 26, 332-342 (2003).
  13. Gros, A., et al. PD-1 identifies the patient-specific CD8(+) tumor-reactive repertoire infiltrating human tumors. J Clin Invest. 124, 2246-2259 (2014).
  14. Rosenberg, S. A., et al. Durable Complete Responses in Heavily Pretreated Patients with Metastatic Melanoma Using T-Cell Transfer Immunotherapy. Clinical Cancer Research. 17, 4550-4557 (2011).
  15. Restifo, N. P., Dudley, M. E., Rosenberg, S. A. Adoptive immunotherapy for cancer: harnessing the T cell response. Nat Rev Immunol. 12, 269-281 (2012).
  16. Saito, H., et al. Reprogramming of Melanoma Tumor-Infiltrating Lymphocytes to Induced Pluripotent Stem Cells. Stem Cells International. 2016, 11 (2016).
  17. Fusaki, N., Ban, H., Nishiyama, A., Saeki, K., Hasegawa, M. Efficient induction of transgene-free human pluripotent stem cells using a vector based on Sendai virus, an RNA virus that does not integrate into the host genome. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 85, 348-362 (2009).
  18. Ban, H., et al. Efficient generation of transgene-free human induced pluripotent stem cells (iPSCs) by temperature-sensitive Sendai virus vectors. Proc Natl Acad Sci U S A. 108, 14234-14239 (2011).
  19. Fujie, Y., et al. New Type of Sendai Virus Vector Provides Transgene-Free iPS Cells Derived from Chimpanzee Blood. PLoS One. 9, e113052 (2014).

Play Video

Cite This Article
Saito, H., Iwabuchi, K., Fusaki, N., Ito, F. Generation of Induced Pluripotent Stem Cells from Human Melanoma Tumor-infiltrating Lymphocytes. J. Vis. Exp. (117), e54375, doi:10.3791/54375 (2016).

View Video