Summary

Knochenmarktransplantationsplattform zur Untersuchung der Rolle dendritischer Zellen bei Graft-versus-Host-Krankheit

Published: March 17, 2020
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Summary

Graft-versus-Host-Krankheit ist eine große Komplikation nach allogenen Knochenmarktransplantation. Dendritische Zellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Pathogenese der Transplantat-versus-Host-Krankheit. Der aktuelle Artikel beschreibt eine neuartige Knochenmarktransplantationsplattform, um die Rolle dendritischer Zellen bei der Entwicklung von Transplantat-versus-Host-Krankheit und dem Transplantat-versus-Leukämie-Effekt zu untersuchen.

Abstract

Allogene Knochenmarktransplantation (BMT) ist eine wirksame Therapie bei hämatologischen Malignitäten aufgrund des Transplantat-versus-Leukämie-Effekts (GVL), um Tumore auszurotten. Jedoch, seine Anwendung ist durch die Entwicklung der Transplantat-versus-Host-Krankheit (GVHD), eine große Komplikation von BMT begrenzt. GVHD wird evoziert, wenn T-Zellen in den Spendertransplantaten alloantigen erkennen, das von Empfängerzellen exprimiert wird, und unerwünschte immunologische Angriffe auf gesunde Gewebe des Empfängers durchführen. So sind traditionelle Therapien entwickelt, um Spender T-Zell Alloreaktivität zu unterdrücken. Diese Ansätze beeinträchtigen jedoch den GVL-Effekt erheblich, so dass das Überleben des Empfängers nicht verbessert wird. Das Verständnis der Auswirkungen therapeutischer Ansätze auf BMT, GVL und GVHD ist daher von wesentlicher Bedeutung. Aufgrund der Antigen-präsentations- und Zytokin-Sekretionskapazitäten zur Stimulierung von Spender-T-Zellen spielen empfänger dendritische Zellen (DCs) eine wichtige Rolle bei der Induktion von GVHD. Daher wird die Ausrichtung von Empfänger-DCs zu einem potenziellen Ansatz für die Steuerung von GVHD. Diese Arbeit bietet eine Beschreibung einer neuartigen BMT-Plattform, um zu untersuchen, wie Host DCs GVH- und GVL-Antworten nach der Transplantation regulieren. Ebenfalls vorgestellt wird ein effektives BMT-Modell zur Untersuchung der Biologie von GVHD und GVL nach der Transplantation.

Introduction

Allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation (BMT) ist eine wirksame Therapie zur Behandlung hämatologischer Malignome1,2 durch den Transplantat-versus-Leukämie-Effekt (GVL)3. Spenderlymphozyten führen jedoch immer unerwünschte immunologische Angriffe auf Empfängergewebe ein, ein Prozess, der als Transplantat-versus-Host-Krankheit (GVHD)4bezeichnet wird.

Murine Modelle von GVHD sind ein wirksames Werkzeug, um die Biologie der GVHD und die GVL-Antwort5zu studieren. Mäuse sind ein kostengünstiges Forschungstiermodell. Sie sind klein und effizient mit Molekülen und Biologika in frühen Phasen der Entwicklung6dosiert. Mäuse sind ideale Forschungstiere für genetische Manipulationsstudien, weil sie genetisch gut definiert sind, was ideal für die Untersuchung biologischer Pfade und Mechanismen ist6. Mehrere Maus-Haupt-Histokompatibilitätskomplex (MHC) MHC-unübereinstimmende Modelle von GVHD haben sich gut etabliert, wie C57BL/6 (H2b) zu BALB/c (H2d) und FVB (H2q)’C57BL/6 (H2b)5,7. Dies sind besonders wertvolle Modelle, um die Rolle einzelner Zelltypen, Gene und Faktoren zu bestimmen, die GVHD beeinflussen. Die Transplantation von C57/BL/6 (H2b) Elternspendern an Empfänger mit Mutationen in MHC I (B6.C-H2bm1) und/oder MHC II (B6.C-H2bm12) ergab, dass eine Diskrepanz sowohl in der MHC-Klasse I als auch in der Klasse II eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von akutem GVHD ist. Dies deutet darauf hin, dass sowohl CD4+ als auch CD8+ T-Zellen für die Krankheitsentwicklung7,8benötigt werden. GVHD ist auch an einer entzündlichen Kaskade beteiligt, die als “pro-inflammatorischezytokine Sturm”9bekannt ist. Die häufigste Konditionierungsmethode in murinen Modellen ist die Ganzkörperbestrahlung (TBI) durch Röntgen oder 137Cs. Dies führt zur Knochenmarkablation des Empfängers, wodurch eine Spenderstammzelltransplantation ermöglicht und eine Abstoßung des Transplantats verhindert wird. Dies geschieht durch die Begrenzung der Proliferation von Empfänger-T-Zellen als Reaktion auf Spenderzellen. Darüber hinaus spielen genetische Disparitäten eine wichtige Rolle bei der Krankheitsinduktion, die auch von geringfügigen MHC-Mismatch10abhängt. Daher variiert die myeloablative Bestrahlungsdosis in verschiedenen Mausstämmen (z. B. BALB/c-C57BL/6).

Die Aktivierung von Spender-T-Zellen durch Wirtsantigen-präsentierende Zellen (APCs) ist für die GVHD-Entwicklung unerlässlich. Unter den APCs sind dendritische Zellen (DCs) die stärksten. Sie sind vererbbar in der Lage, GVHD aufgrund ihrer überlegenen Antigenaufnahme, expression ierung von T-Zell-Kostimulierenden Molekülen und der Produktion von pro-inflammatorischen Zytokinen, die T-Zellen zu pathogenen Teilmengen polarisieren, zu induzieren. Empfänger-DCs sind entscheidend für die Erleichterung der T-Zell-Grundierung und GVHD-Induktion nach der Transplantation11,12. Dementsprechend sind DCs zu interessanten Zielen bei der Behandlung von GVHD12geworden.

TBI ist erforderlich, um die Spenderzelltransplantation zu verbessern. Durch den TBI-Effekt werden Empfänger-DCs aktiviert und überleben nach der Transplantationkurzzeitig 12. Trotz erheblicher Fortschritte bei der Verwendung von Biolumineszenz oder Fluoreszenz ist die Etablierung eines effektiven Modells zur Untersuchung der Rolle von Empfänger-DCs bei der GVHD nach wie vor eine Herausforderung.

Da Spender-T-Zellen die treibende Kraft für GVL-Aktivität sind, Behandlungsstrategien mit immunsuppressiven Medikamenten wie Steroiden zur Unterdrückung der T-Zell-Alloreaktivität verursachen oft Tumorrückfall oder Infektion13. Daher kann die Ausrichtung auf Empfänger-DCs einen alternativen Ansatz zur Behandlung von GVHD bieten, während der GVL-Effekt erhalten und Infektionen vermieden werden.

Kurz gesagt, die aktuelle Studie bietet eine Plattform, um zu verstehen, wie verschiedene Arten der Signalisierung in Empfänger-DCs die GVHD-Entwicklung und den GVL-Effekt nach BMT regulieren.

Protocol

Die experimentellen Verfahren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee der University of Central Florida genehmigt. 1. GVHD-Induktion HINWEIS: Die allogene Knochenmark-Zelltransplantation (BM) (Schritt 1.2) erfolgt innerhalb von 24 h nach beeiritierter Bestrahlung. Alle unten beschriebenen Verfahren werden in einer sterilen Umgebung durchgeführt. Führen Sie das Verfahren in einer Gewebekulturhaube durch und verwenden Sie gefilterte Reagenzien. …

Representative Results

Das große MHC-Mismatched-B6-Modell (H2kb)-BALB/C (H2kd) entsprach eng der GVHD-Entwicklung nach der Transplantation (Abbildung 2). Alle sechs zuvor von Cooke et al.16 festgestellten GVHD-Symptome traten bei den mit WT-B6-T-Zellen transplantierten Empfängern auf, nicht jedoch bei den Empfängern, die mit BM allein transplantiert wurden (Schritt 1.5), die die GVHD-negative Gruppe darstellten. In diesem Modell gibt…

Discussion

Die Verwendung von Stammzellen für eine bestimmte Person ist ein effektiver Ansatz zur Behandlung von fortgeschrittenen und resistenten Krebsarten18. Kleine Molekülpharmazeutika sind jedoch seit langem ein Hauptfokus der personalisierten Krebstherapie. Andererseits kann in der Zelltherapie eine Vielzahl von Wechselwirkungen zwischen Spender und Wirt die Behandlungsergebnisse entscheidend beeinflussen, wie z.B. die Entwicklung von GVHD nach BMT1.

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Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Studie wird unterstützt durch das Start-up-Stipendium des University of Central Florida College of Medicine (an HN), das Start-up-Stipendium des University of Pittsburgh Medical Center Hillman Cancer Center (an HL), das United States NIH Grant #1P20CA210300-01 und das vietnamesische Gesundheitsministerium Grant #4694/QD-BYT (zu PTH). Wir danken Dr. Xue-zhong Yu von der Medical University of South Carolina für die Bereitstellung von Materialien für die Studie.

Materials

0.5 M EDTA pH 8.0 100ML Fisher Scientific BP2482100 MACS buffer
10X PBS Fisher Scientific BP3994 MACS buffer
A20 B-cell lymphoma University of Central Florida In house GVL experiment
ACC1 fl/fl Jackson Lab 30954 GVL experiment
ACC1 fl/fl CD4cre University of Central Florida GVL experiment
Anti-Biotin MicroBeads Miltenyi Biotec 130-090-485 T-cell enrichment
Anti-Human/Mouse CD45R (B220) Thermo Fisher Scientific 13-0452-85 T-cell enrichment
Anti-mouse B220 FITC Thermo Fisher Scientific 10452-85 Flow cytometry analysis
Anti-mouse CD11c- AF700 Thermo Fisher Scientific 117319 Flow cytometry analysis
Anti-Mouse CD25 PE Thermo Fisher Scientific 12-0251-82 Flow staining
Anti-Mouse CD4 Biotin Thermo Fisher Scientific 13-0041-86 T-cell enrichment
Anti-Mouse CD4 eFluor® 450 (Pacific Blue® replacement) Thermo Fisher Scientific 48-0042-82 Flow staining
Anti-mouse CD45.1 PE Thermo Fisher Scientific 12-0900-83 Flow cytometry analysis
Anti-Mouse CD8a APC Thermo Fisher Scientific 17-0081-83 Flow cytometry analysis
Anti-mouse H-2Kb PerCP-Fluor 710 Thermo Fisher Scientific 46-5958-82 Flow cytometry analysis
Anti-mouse MHC Class II-antibody APC Thermo Fisher Scientific 17-5320-82 Flow cytometry analysis
Anti-Mouse TER-119 Biotin Thermo Fisher Scientific 13-5921-85 T-cell enrichment
Anti-Thy1.2 Bio Excel BE0066 BM generation
B6 fB-/- mice University of Central Florida In house Recipients
B6.Ly5.1 (CD45.1+) mice Charles River 564 Donors
BALB/c mice Charles River 028 Transplant recipients
C57BL/6 mice Charles River 027 Donors/Recipients
CD11b Thermo Fisher Scientific 13-0112-85 T-cell enrichment
CD25-biotin Thermo Fisher Scientific 13-0251-82 T-cell enrichment
CD45R Thermo Fisher Scientific 13-0452-82 T-cell enrichment
CD49b Monoclonal Antibody (DX5)-biotin Thermo Fisher Scientific 13-5971-82 T-cell enrichment
Cell strainer 40 uM Thermo Fisher Scientific 22363547 Cell preparation
Cell strainer 70 uM Thermo Fisher Scientific 22363548 Cell preparation
D-Luciferin Goldbio LUCK-1G Live animal imaging
Fetal Bovine Serum (FBS) Atlanta Bilogicals R&D system D17051 Cell Culture
Flow cytometry tubes Fisher Scientific 352008 Flow cytometry analysis
FVB/NCrl Charles River 207 Donors
Lipopolysacharide (LPS) Millipore Sigma L4391-1MG DC mature
LS column Mitenyi Biotec 130-042-401 Cell preparation
MidiMACS Miltenyi Biotec 130-042-302 T-cell enrichment
New Brunswick Galaxy 170R incubator Eppendorf Galaxy 170 R Cell Culture
Penicilin+streptomycinPenicillin/Streptomycin (10,000 units penicillin / 10,000 mg/ml strep) GIBCO 15140 Media
RPMI 1640 Thermo Fisher Scienctific 11875-093 Media
TER119 Thermo Fisher Scientific 13-5921-82 T-cell enrichment
Xenogen IVIS-200 Perkin Elmer Xenogen IVIS-200 Live animal imaging
X-RAD 320 Biological Irradiator Precision X-RAY X-RAD 320 Total Body Irradiation

Referencias

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Nguyen, H. D., Huong, P. T., Hossack, K., Gurshaney, S., Ezhakunnel, K., Huynh, T., Alvarez, A. M., Le, N., Luu, H. N. Bone Marrow Transplantation Platform to Investigate the Role of Dendritic Cells in Graft-versus-Host Disease. J. Vis. Exp. (157), e60083, doi:10.3791/60083 (2020).

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