본 문서에서는 3차원(3D) 흉선 배양 시스템에 의해 종양 항원 특이적 유도 만능 줄기 세포 유래 흉선 이주자(iTE)를 생성하는 새로운 방법을 설명한다. iTE는 증식, 기억 형성 및 종양 억제 능력을 가진 순진한 T 세포와 밀접하게 관련된 T 세포의 균질한 서브세트이다.
사전 재배열 된 T 세포 수용체 (TKR) 및 그들의 후생 유전학 회춘의 상속은 유도 만능 줄기 세포 (iPSC)-파생 된 T 세포를 입양 T 세포 치료 (ACT)에 대한 유망한 공급원입니다. 그러나, iPSC로부터 재생성 된 T 세포를 생산하기위한 고전적인 시험관 내 방법은 선천적 또는 말단 분화 T 세포 중 하나를 초래하며, 이는 현상유형및 기능적으로 순진한 T 세포와 구별된다. 최근, 새로운 3차원(3D) 흉선 배양 시스템은 CD8αβ+ 항원 특이적 T 세포의 균질한 서브세트를 생성하기 위해 개발되었으며, 이는 증식, 기억 형성을 위한 용량을 포함하는 순진한 T 세포와 같은 기능적 표현형을 갖는다. , 및 생체 내 종양 억제. 이 프로토콜은 iPSC 유래 흉선 이주자(iTE)로 지정된 임상적으로 관련된 iPSC 유래 T 세포의 생성을 허용하는 비정상적인 발달 운명을 방지하는 동시에 필요한 후속 기능을 해명할 수 있는 강력한 도구를 제공합니다. 흉선 선택 후 T 세포 성숙을 위해.
입양 T 세포 치료 (ACT)는 진행된 암을 가진 몇몇 환자를 위한 효과적인 처리일 수 있습니다. 불행히도 많은 환자는 종양 회귀를 경험하지 않으며 주입 후 전이 된 세포가 지속되지 못합니다. 이는 주입된 T 세포의 품질 때문일 수 있다. ACT 마우스 모델은 순진하거나 덜 분화된 중앙 기억 T 세포에 비해, 말단 분화 이펙터 세포가생체 내 지속성 불량으로 인해 덜 강력하다는 것을 보여주었으며, 임상 데이터 2에 의해 지원되는 관찰도있다. 3.
현재 ACT의 효능을 향상시키기 위한 노력의 일환으로, T 세포 유래 유도 만능 줄기세포(T-iPSC)는4,5. T 세포가 T-iPSC로 다시 프로그래밍되고 T 세포로 재분화될 때, TCR 유전자의 재배열된 구성은 T-iPSC에 의해 승계되고, 이어서 다시 분화된 T 세포. 따라서, T-iPSC의 용량은 무한한 시험관 내 팽창을 거치며 이러한 세포가 종양 항원 특이적 T 세포로부터 설계될 때 신항원 특이적 T 세포 수용체(TCR)를 운반하는 미성숙 T 세포의 효율적인 재생을 허용한다6 ,7. 그러나, T-iPSC를 성숙한 T 세포로 분화하기 위한 정확한 방법은, 덜 분화된 표현형 및 더 나은 항종양 효능을 가진 암 항원 특이적 T 세포의 생산을 허용할 것이고, 해명될 수 있다.
T-iPSC 분화는 OP9 뮤린 기질 세포의 공동 배양을 이용한 인간 노치 리간드 DLL1을 과도하게 발현하는시험관내 T 세포를 생산하는 잘 확립된 방법이다 6,7. 마우스 및 인간에서, 이러한 공동 배양 시스템은 iPSC를 일관되게 분화할 수 있고, 이에 따라 blastocyst 단계로부터 미성숙한 T 세포 계질 단계6,7까지의 발달 이벤트를 되풀이할 수 있다. 이러한 생명공학적 진보에도 불구하고, CD4+CD8+ 이중 양성(DP) 단계 후의 생리학적 분화는 여전히 달성하기 어렵다. 그 이유 중 하나는 생체 내 CD4+CD8– 및 CD4–CD8+ 단일 양성 (SP) T 세포가 흉선에서 생성되며, 외래 항원 특이성을 가진 T 세포의 성숙 및 선택을 담당하는 기관이지만 자동 반응하지 않음8. 이러한 선택적 프로세스는 각각 양수 및 음수 선택으로 정의됩니다. 그러나, 흉선에 있는 성숙한 T 세포에 필요한 분자 기계장치의 대부분은 아직도 완전히 이해되지 않습니다, 시험관에서 이 프로세스를 재구성하는 것을 어렵게 만들기. 이러한 생리적 장애물을 극복하기 위한 시도에서, 몇몇 그룹은 항 CD3 항체 또는 작용제 펩티드를 사용하여 TCR 복합체를 자극했다. 이러한 시험관 내 기술은 여전히 종양 항원 특이성을 유지하면서 CD3, CD8αβ, TCRαβ 및 CD62L과 같은 주요 T 세포 마커를 발현하는 세포 제품을 생성합니다. 불행하게도, 이러한 엑스트라티즘 방법에 의해 생성된 T 세포는 불완전한 양성 선택, 선천적 특징, TCR 비특이적 살인, 기억 형성을 위한 무능력, 및 생체 내 비 지속적 항종양 효과 8, 9,10,11. 이러한 이상은 이러한 세포가 림프종과 피부 및 뼈 이상을 포함한 다양한 부작용을 유발할 수 있다는 우려를 제기하고 있다, 치료 응용 프로그램에 사용되는 경우12,13,14 .
현재 시험관 내 분화 시스템에서 누락된 생리학적 신호를 재현하기 위해, 종양 항원 특이적 T-iPSC는 수확된 흉선을 사용하여 분화되었다. T 세포의 흉선 내 발달을 연구하도록 설계된 고전적인 태아 흉선 장기 배양 (FTOC) 시스템은 흉선 교육을 완료한 T 세포를 성공적으로 생산하는 3D 배양 시스템을 사용하여 개선되었습니다. 이들 포스트-흉선 T 세포는 iPSC 유래 흉선 이주자(iTE)로 지정되었고, 순진한 유사 성질을 나타내었다15. iTE는 확립된 B16 흑색종 종양에 대하여 마우스 모형에 있는 증식, 기억 형성 및 적당한 항종양 효력을 보여주었습니다. 이 문서에서는 3D 문화 시스템을 사용하는 이 새로운 FTOC시스템의 프로토콜에 대해 자세히 설명합니다(그림 1).
T-iPSC를 사용하여 종양 항원 특이적 T 세포를 재생성으로 하여 개선된 지속성으로 젊은 세포를 생성함으로써 ACT의 현재 장애물의 많은 부분을 극복할 수 있다. OP9/DLL1 공동 배양 시스템을 이용한 여러 가지 방법이 CD8SP 세포 6,7,10,13을 생성하는 것으로 보고되었지만, CD8 분자 및 종양 항원 특이적 TCRs, 글로벌 유전자를 발현하는 발현 패턴 및 기능 분석은 이러한 외인성 재생CD8 SP 세포가 순진한 T 세포와 다르다는 것을 보여준다(도 4). 여기서, 우리는 murine T-iPSC로부터 높은 충실도 및 균질성으로 iPSC 유래 흉선 이주자(iTE)를 생성할 수 있는 3D 흉선 배양 시스템을 설명합니다. iTE는 전 세계적으로 유전자 발현 패턴및 기억형성 및 생체내 항종양 효과와 같은 기능성에서 순진한 T 세포와 유사하여 확립된 종양(15).
고전적인 FTOC 시스템은 시험관에서흉선 선택을 다시 할 수있는 방법입니다. 그것은 흉선 세포(23)의사혈 내 개발을 연구하는 데 사용되어 왔으며, RTE24를생성하는 데 사용되는 FTOC의 몇 가지 보고서가 있습니다. 그러나 FTOC 시스템에는 몇 가지 제한사항이 있습니다. 인공 장기 배양에서 산소의 부족을 처리하기 위해, 몇몇 그룹은 반건조막 계 배양(23) 또는 고산소 침수 배양시스템(25)을사용하였다. 그러나, 현재의 어떤 방법도 지속적으로 포스트 흉선 T 세포의 균일 한 집단을 생성 할 수 없습니다. 고전적인 FTOC 시스템의 한계를 극복하기 위해, 우리는 기존의 방법15에비해 기술적 개선을 제공하는 3D 흉선 배양 시스템을 설계했다. 예를 들어, 우리의 3D 흉선 배양 방법을 사용하여, 최대 산소 교환 및 표면 엽 기계적 스트레스의 부재는 더 생리적 인 환경에서 흉엽을 유지합니다. 추가적으로, 장기 배양은 성숙한 T 세포가 흉엽에서 자연적으로 송신하는 것을 허용합니다. 마지막으로, 실시간 관찰 및 마이크로 조작을 통해 흉엽을 물리적으로 방해하지 않으면서 미디어 교환 및 iTE의 일정한 수집이 가능합니다. 따라서, 3D 흉선 배양 방법은 이전에 사용할 수 없었던 선착순 T 세포를 백선적으로 연구할 수 있는 방법뿐만 아니라 상당한 기술적 개선을 제공한다.
이 3D 흉선 배양 시스템을 사용하여 iTE의 성공적인 생성을 위한 몇 가지 핵심 포인트가 있습니다. FBS 및 배양 조건의 품질은 iPSC 분화를 지원하는 능력을 잃지 않고 OP9/DLL1 세포의 확장을 유지하는 데 매우 중요합니다. 따라서, 우리는 세포 분화 및 노화를 방지하기 위해 80 % 응고뿐만 아니라 지속적으로 통과 FBS 로트의 사전 평가를 권장합니다. 추가적으로, confluent OP9/DLL1 문화는 결합에 있는 다름이 그들의 효율성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 미성숙한 T 세포로 iPSC의 시험관 내 분화를 위해 요구됩니다. 마지막으로, 흉엽의 배아 연령은 iTE 생성에 매우 중요합니다. E14.5 – 15.5 백엽을 사용하는 것이 좋습니다.
다른 새 프로토콜과 마찬가지로 이 메서드에는 제한이 있으며 개선될 수 있습니다. 여기에 제시된 배양 기술은 2주 동안 하루에 흉엽 당 약 1000 iTE를 생성한다. 증가된 iTE 생성은 산소 농도, 배지 부피 및 3D 배양 판의 유형 최적화를 포함하는 추가적인 변형으로 가능할 수 있다. 또한 사이토카인의 첨가 또는 제거는 사이토카인 농도의 변화뿐만 아니라, 또한 iTE 수율 향상에 기여할 수 있다.
여기에 제시된 3D 흉선 배양 시스템이 완전히 생체 내 계통에서 흉선 유이주자를 생성할 수 있다는 점을 감안할 때, 이 기술은 T를 포함하되 이에 한정되지 않는 다양한 면역학적 및 입양 세포 전달 연구 프로젝트에 적용될 수 있다. 세포 분화, 포스트 흉선 T 세포 성숙, 조혈 전구 또는 줄기 세포로부터항원 특이적 T 세포의 생성. 이 방법은 인간 샘플에 직접 적용되지는 않지만, iTE 및 3D 흉선 배양 시스템은 양성 및 음성 선택의 분자 메커니즘을 해명할 수 있는 큰 잠재력을 보유하고 있으며, 이를 가능하게 하는 배양 시스템의 생성을 용이하게 할 수 있습니다. ACT에 대한 임상적으로 관련 종양 항원 특이적 순진한 T 세포의 생성.
The authors have nothing to disclose.
OP9/DLL1 세포주 제공에 대해 가와모토 히로시와 마스다 쿄코에게 감사드립니다. 앨런 비 후프링과 에리나 Z에게 감사드립니다. 그는 그래픽 지원을 위해. 이 연구는 미국 국립 암 연구소의 교내 연구 프로그램 (ZIA BC010763)과 NCI, NIH에서 세포 기반 치료 센터를위한 암 문샷 프로그램에 의해 지원되었다. 이 작품은 밀스타인 가족 재단의 지원도 받았다.
Chemicals, Peptides and Recombinant Proteins | |||
2-deoxyguanosine | Sigma-Aldrich | 312693-72-4 | |
2-Mercaptoethanol (1000X) | Thermo Fisher Scientific | 21985-023 | |
ACK Lysing Buffer | Gibco | A1049201 | |
Ascorbic acid | Sigma-Aldrich | A8960 | |
Blasticidin | Thermo Fisher Scientific | R21001 | |
FBS | Gemini | 100-500 | |
Flt-3 ligand | R&D Systems | 427-FL | |
GlutaMAX (100X) | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | |
hgp100 | Genscript | 282077-1, KVPRNQDWL | |
Interleukin-2 | R&D Systems | 402-ML | |
Interleukin-7 | R&D Systems | 407-ML | |
MEM Non-Essential Amino Acids Solution | Gibco | 11140050 | |
MEM powder | Gibco | 61100061 | |
Monothioglycerol | Sigma-Aldrich | M-6145 | |
Nucleoprotein | Global Peptides | ASNENMETM | |
Penicillin/streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140-122 | |
Phosphate buffered saline pH 7.4 (1x) | Thermo Fisher Scientific | 10010-023 | |
Puromycin | Thermo Fisher Scientific | A1113803 | |
RPMI 1640 | Gibco | 11875093 | |
Sodium Pyruvate | Thermo Fisher Scientific | 11360-070 | |
Stem Cell Factor (SCF) | R&D Systems | 455-MC | |
Stemfactor LIF, Mouse Recombinant | STEMGENT | 03-0011-100 | |
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | Thermo Fisher Scientific | 25300-062 | |
Cell Culture Vessels and others | |||
10 cm dish | Corning, Inc. | 353003 | |
12ML Syringe | Covidien Monoject | 22-652-090 | |
6 well plate | Corning/Coster | 3516 | |
Cell strainer 100um | Fisher Scientific | 22-363-549 | |
Cell strainer 40um | Fisher Scientific | 22-363-547 | |
Forceps | DUMONT | 0108-5PO | |
Lab soaker mat | Versi-Dry | Cat. EF2175CX 74018-00 | |
Membrane filters ( 0.8 μm, 47diam) | Whatman | WHA7408004 ALDRICH | |
Perfecta3D Hanging Drop Plate | Sigma-Aldrich | HDP1096 | |
U Bottom 96 well plate | Corning/Coster | 3799 | |
Experimental Cell lines | |||
CD3-iPSC | Vizcardo et al., Cell Report 2018 | N/A | |
MEF-iPSC | Vizcardo et al., Cell Report 2018 | N/A | |
Mouse Embryonic Fibroblasts (MEF) | ATCC | SCRC-1040; RRID:MGI:5007926 | |
OP9/N-DLL1 | Riken Bioresource center | Cat# RCB2927; RRID:CVCL_B220 | |
Pmel-iPSC | Vizcardo et al., Cell Report 2018 | N/A | |
Experimental mouse models | |||
B6.SJL-PtprcaPepcb/BoyCrCrl | Charles River | Strain Code 564; RRID:IMSR_CRL:564 | |
C57BL/6N | NCI/Charles River | N/A | |
Pmel-1 mice | Overwijk et al. | J Exp Med 198(4):569-80 | |
Antibodies | |||
Anti-aTCR | Biolegend | 109202; RRID:AB_313425 | |
Anti-CD3 | abcam | ab11089; RRID:AB_369097 | |
Anti-CD4 | BD Biosciences | 553730; RRID:AB_395014 | |
Anti-CD44 | BD Biosciences | 559250; RRID:AB_398661 | |
Anti-CD45.1 | BD Biosciences | 553775; RRID:AB_395043 | |
Anti-CD45.2 | BD Biosciences | 553772; RRID:AB_395041 | |
Anti-CD62L | BD Biosciences | 560516; RRID:AB_1645257 | |
Anti-CD69 | BD Biosciences | 552879; RRID:AB_394508 | |
Anti-CD8a | BD Biosciences | 557959; RRID:AB_396959 | |
Anti-CD8b | BD Biosciences | 550798; RRID:AB_393887 | |
Anti-H-2Kb | BD Biosciences | 553570; RRID:AB_394928 | |
Anti-IFN-g | BD Biosciences | 557998; RRID:AB_396979 | |
Anti-IL-2 | BD Biosciences | 554428; RRID:AB_395386 | |
Anti-TCRb | Thermo Fisher Scientific | 35-5961-81; RRID:AB_469741 | |
Anti-TCRVb13 | BD Biosciences | 553204; RRID:AB_394706 | |
Anti-TNFa | BD Biosciences | 557644; RRID:AB_396761 |