O dispositivo de transimmunização (TI) ou a placa e os protocolos relacionados foram desenvolvidos para replicar as principais características da fotoquimioterapia extracorpórea (ECP), em um ambiente experimental, permitindo a produção de células dendríticas ativadas fisiologicamente, células (DCs) para a imunoterapia do cancro.
A fotoquimioterapia extracorpórea (ECP) é uma imunoterapia de câncer amplamente utilizada para o linfoma cutâneo de células T (CTCL), operativa em mais de 350 centros universitários em todo o mundo. Embora a eficácia clínica do ECP e o perfil de segurança exemplar tenham impulsionado seu uso generalizado, a elucidação dos mecanismos subjacentes permaneceu um desafio, em parte devido à falta de um modelo de laboratório ECP. Para superar esse obstáculo e criar uma plataforma simples e fácil de usar para a pesquisa do ECP, desenvolvemos uma versão reduzida do dispositivo clínico de processamento de leucócitos ECP, adequado para trabalho com modelos de mouse e pequenas amostras de sangue humano. Este dispositivo é denominado a câmara de Transimmunization (TI), ou a placa. Em uma série de experimentos de referência, o dispositivo miniaturizado foi usado para produzir uma vacina celular que iniciou regularmente a imunidade terapêutica anticancerígenos em vários modelos de tumores de camundongo syngeneic. Removendo fatores individuais do sistema experimental e verificando sua contribuição à resposta in vivo do anti-tumor, nós elucidados então excitadores mecanísticos chaves do potencial IMUNIZANTE do ECP. Coletivamente, nossos resultados revelaram que os efeitos antitumorais da ECP são iniciados por células dendríticas (DC), geradas fisiologicamente através da interação monócito do sangue com plaquetas na placa de TI, e carregadas com antígenos de células tumorais cuja célula apoptótica a morte é finamente titulada pela exposição ao agente de ligação cruzada do ADN photoactivatable 8-methoxypsoralen e luz UVA (8-MOPa). Quando retornado ao rato, esta vacina celular conduz à imunidade antitumoral específica e transferível da pilha de T. Verificou-se que a câmara de TI também é adequada para o processamento de sangue humano, produzindo DCs humanos totalmente comparáveis no estado de ativação e perfil para aqueles derivados da câmara de ECP clínica. Os protocolos aqui apresentados destinam-se a estudos de ECP em camundongo e homem, geração controlada de células tumorais apoptóticas com 8-MOPAe produção rápida de DCS de monócitos humanos e de rato fisiológicos para uma variedade de aplicações.
A fotoquimioterapia extracorpórea (ECP) é uma imunoterapia estabelecida que é amplamente operatória em centros universitários em todo o mundo. Seu uso foi conduzido pela seletividade original, pela segurança, e pela eficácia bidirecional da terapia do ECP, traços que o ECP compartilha com o sistema imunitário fisiológico próprio com que parece sócio. ECP é seletivamente imunizando contra as células malignas no linfoma cutâneo de células T (CTCL)1,2, e tolerando seletivamente para antígenos direcionados no transplante, autoimunidade, e doença do enxerto versus hospedeiro (GVHD) configurações 3. º , 4. a imunogenicidade da ECP é destacada por sua dependência em um compartimento de células T CD8 intacto na CTCL5, enquanto a especificidade é refletida pelo perfil de reação adversa muito favorável da ECP, sem supressão imune fora do alvo em transplante ou Ajustes de GvHD, e nenhuma susceptibilidade oportunista aumentada da infecção em CTCL, onde os clones não-patogénicos da pilha de T poderiam potencial ser perdidos junto com as pilhas de T malignos.
Dada a importância clínica da ECP, a esperança de que uma melhor compreensão de seus mecanismos possa expandir o alcance terapêutico do ECP para um espectro mais amplo de cânceres e distúrbios imunológicos tem estimulado o interesse internacional. Dois workshops nacionalmente sancionados, um Simpósio Nacional de saúde (NIH) estado-da-ciência6 e uma sociedade americana para a conferência de consenso de Apheresis7, foram conduzidos e relatados, com o objetivo de acelerar o identificação dos principais contribuidores celulares para os efeitos anticancerígenos e tolerogênicos da ECP.
Até à data, apesar de numerosos relatórios publicados que tentam abordar o mecanismo da ECP, dois obstáculos primários impediam os avanços científicos. Em primeiro lugar, a investigação dos mecanismos de ECP no ambiente experimental do laboratório tem sido limitada pela falta de dispositivo ECP em miniatura que refletisse plenamente os efeitos celulares e in vivo da ECP, e ser aplicável a modelos animais. Em segundo lugar, a análise laboratorial aprofundada das amostras de ECP no ambiente clínico foi restringida pela disponibilidade limitada de células imunes do doente processadas pelo ECP, que necessitam de acesso a centros de tratamento, e estão adicionalmente sujeitas à temporização do as infusões do paciente, e a necessidade ética para jogos uncompromised de leucócito paciente-reinfundido.
Para resolver os obstáculos que impedem o progresso da pesquisa ECP, nós definimos para desenvolver um aparelho ECP miniatura que mais estreitamente imitaria os elementos-chave da terapia. O tratamento padrão do ECP envolve a passagem de um paciente leukapheresis-enriquecido leucócito através de um 1 mm-grosso, uma luz ultravioleta (uva)-transparente, placa plástica6,8. Na placa, os leucócitos são expostos a 8-methoxypsoralen (8-MOP), um agente Photo-activatable que após a exposição UVA é transientemente convertido em uma forma reativa (8-MOPa), capaz de cross-linking DNA através de sua ligação bivalente para bases pirimidina em costas do ADN da irmã9,10. Os leucócitos processados, 8-MOPa-tratados são recolhidos e retornados intravenosamente ao paciente.
Como o ECP em si é uma terapia bidirecional, imunizando-se em câncer e tolerando em transplante, autoimunidade e configurações de GvHD, para esclarecimento, denominamos o modo de imunização do modelo ECP “transimmunização”, e o modo tolerogênico “transtolerização”. Primeiramente, nos concentramos na modalidade de transimmunização. Nosso recentemente relatado miniaturizado escalável mouse-to-Man ECP dispositivo, a transimmunization (TI) câmara ou placa, e o protocolo correspondente, reproduzir tanto o celular e in vivo efeitos do dispositivo ECP humano em um câncer de configuração11.
A fim fazer o modelo in vivo do transimmunization como clinicamente relevante como possível, nós iniciamos a imunoterapia depois que os tumores syngeneic injetados por via subcutânea do rato se tornaram palpáveis, assim testando a eficácia do protocolo no cancro estabelecido. Similarmente ao ECP no CTCL, o protocolo do transimmunization da prova–princípio no modelo de YUMM 1.7 da melanoma usa pilhas mononucleares do sangue periférico (PBMC) dos animais tumor-tendo. As células são passadas através da placa de TI fluxo. Enquanto 8-MOPum tratamento de células na câmara em miniatura é possível, é preferível para conduzi-lo separadamente, para garantir que apenas o tipo de célula desejada é exposto a 8-MOPa. Estudos anteriores indicam que o efeito tolerogênico da ECP é mediado por células de apresentação de antígeno de 8 ESFREGONAa-lesionadas12, enquanto o efeito IMUNIZANTE requer 8-MOPum ferimento de células-alvo do tumor11. No protocolo do transimmunization as pilhas do tumor, ou as pilhas imunes, podem seletivamente ser expor a 8 MOPa como necessário. Uma vez que maximizar o tempo de contato entre células tumorais de 8-MOPa-feridos e células dendríticas induzidas por ECP (DC) demonstrou aumentar significativamente a capacidade imuno-terapêutica do ECP clínico13, nós incorporamos uma noite etapa de coincubação em nosso protocolo. Após a incubação durante a noite, as células tratadas são devolvidas ao animal tumor-Bearing.
Este sistema reduziu confiantemente o crescimento do tumor e a imunidade antitumoral específica iniciada nos ratos com os tumores syngeneic estabelecidos11, e permitiu-nos de dissecar o mecanismo da eficácia antitumoral clínica do ECP. Em vários estudos,demonstramos que a imunidade ECP é iniciada por meio da ativação plaquetária ex vivo na placa de ti14,15. As plaquetas ativadas subsequentemente sinalizam a maturação das células monócitos-a-dendríticas14, levando à produção de DCS fisiológicas. Os DCs recém-formados de monócitos são capazes de cruzar-apresentar antígenos internalizados de células tumorais de8-MOP a-danificado para ativar respostas de células T antígeno-específicas16. Como sugerido anteriormente12,17, no entanto, 8-MOPa-induzida danos dos próprios DCS nascente pode Counter-Act ou até mesmo reverter o efeito antitumoral11, proporcionando uma ligação mecanicista à tolerância ECP.
A placa de TI também foi usada para produzir DCs ativados fisiologicamente de PBMC humano. Similarmente aos estudos do rato, os DCs humanos TI-derivados são dependentes da placa-passagem na presença de plaqueta para sua geração, aparecem fenotipicamente idênticos a estes produzidos na placa clínica do ECP, e são capazes de processar eficientemente e antígenos humanos do tumor da Cruz-apresentação para a ativação de pilhas de T humanas11,16.
Ao descobrir o mecanismo da imunoterapia do ECP, temos, portanto, descoberto um método para a rápida geração de camundongo fisiológico e células dendríticas humanas de especificidade desejada do antígeno, que pode ser modulada funcionalmente. O dispositivo e o protocolo inovativos do ti têm a importância potencial substancial nos campos da pesquisa do ECP e da terapia e da imunoterapia do cancro mais extensamente, e em todo o outro campo com interesse em pilhas dendríticas fisiológicas, funcionais no imunizante ou a modalidade tolerizante. Esperamos que esta publicação forneça as ferramentas necessárias para aqueles com interesse nessas áreas de pesquisa.
O dispositivo miniaturizado e o protocolo descrito acima pela primeira vez permitem a investigação laboratorial eficiente de mecanismos de ECP em sistemas experimentais de camundongo, e em pequenas amostras de sangue humano. Este é um grande avanço; por exemplo, permitiu-nos demonstrar pela primeira vez a eficácia da transimmunização contra tumores sólidos em um modelo de camundongo 11, abrindo a possibilidade futura de uma aplicação semelhante em Oncologia humana.
Antes do desenvolvimento do dispositivo de transimmunização e método descrito aqui, era impossível investigar plenamente todos os aspectos da ECP. Em modelos de mouse, embora o 8-MOPum aspecto da terapia poderia ser replicado um pouco pelo tratamento de células em uma placa de Petri12,20, não havia capacidade para integrar o método a passagem de chapa, que foi mostrado para fornecem interações dinâmicas de plaquetas que são extremamente importantes para a ativação fisiológica de DC do ECP14. Em estudos humanos, alternativamente, o componente de fluxo estava totalmente presente, mas a capacidade de expor seletivamente componentes celulares específicos para 8-MOP a, ou para protegê-los dele, estava faltando21,22. Isto impediu a compreensão completa do mecanismo do ECP, e sua optimização para a imunidade ou a tolerância. Além disso, a quantidade de sangue necessária para trabalhar com o aparelho de ECP clínico é grande, dificultando o inquérito científico. O dispositivo e o protocolo ECP miniaturizados descritos aqui pela primeira vez permitem a modelagem ECP de laboratório eficiente, totalmente flexível e sintonável. Além disso, a placa de TI permite visualização em tempo real e monitoramento de interações celulares dentro da placa por microscopia.
Para o sucesso do protocolo utilizando sistemas in vivo e ex vivo, é fundamental que o PBMC Tratado contenha monócitos que possam ser ativados em DCs funcionais. Para que esta ativação prossiga, é igualmente necessário assegurar a fração de PBMC contem um número fisiológico de plaquetas saudáveis, ativável, e que o protocolo da passagem da placa do ti é seguido pròxima. A fim de direcionar os DCs recém-ativados para uma reatividade específica, eles devem ser fornecidos com antígeno. Nós descobrimos que o método o mais eficiente da entrega do antígeno para a imunidade anticancerígena é a coincubação durante a noite dos DCs recentemente ativados com pilhas do tumor de 8 MOPa-expor antígeno-contendo. Isto tem a vantagem adicional de poder criar uma resposta imunogênica do anticancerígeno sem necessitar o conhecimento prévio dos antígenos do tumor, permitindo que os DCS os selecionem. No entanto, nos casos em que o antígeno é conhecido, tivemos algum sucesso em sistemas ex vivo ao usar peptídeos livres como antígenos em coincubação. Para aplicações imunogênicas, os próprios DCs devem ser protegidos contra 8-MOPa Exposure. Finalmente, em experimentos in vivo, é importante trabalhar com um modelo animal que é capaz de imunidade antitumoral. A transimmunização funciona através da criação de DCs ativados e específicos do antígeno, que trabalham no corpo para iniciar respostas imunes inatas e adaptativas. A atividade prejudicada ou a ausência das células NK, CD4 ou CD8 no rato Tratado impactará a eficácia do protocolo5,11.
Enquanto o protocolo descrito aqui é uma prova de princípio que foi otimizado para um modelo de tumor sólido syngeneic mouse, ele, no entanto, revela muitas oportunidades. Os mecanismos da ECP em Oncologia estão apenas sendo elucidados, e ainda há muito espaço para uma melhor compreensão. Mais amplamente, a habilidade de gerar o rato fisiologicamente ativado e os DCs humanos, e seletivamente direcioná-los para a imunidade antígeno-específica tem muitas aplicações potenciais além do cancro. A capacidade de fazer o mesmo, mas em vez disso direcionar os DCs para tolerância antígeno-específica, como é sugerido pela eficácia tolerante da ECP em si, também tem implicações médicas de amplo alcance. Com este método, nós esperamos fornecer as ferramentas e abrir uma avenida produtiva da pesquisa para qualquer um com um interesse em terapias fisiológicas da C.C..
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado por NIH-NCI Spore Grant 1 P50 CA121974 (R. Edelson, M. Girardi); NIH Cancer Center support Grant 3 p30 CA16359-28S1 (R. Edelson, M. Girardi); a bolsa de treinamento Howard Hughes Medical Institute (A. Vassall); e a Fundação cardíaca de NY (R. Edelson, A. Ventura, A. Vassall, H. Ezaldein). A sustentação parcial foi fornecida por R01 CA196660-01 a M. Bosenberg.
Os autores são gratos ao Dr. Robert Tigelaar por seu aconselhamento, orientação e visão experimental. Agradecemos aos nossos colegas na Fraunhofer IBMT, especialmente o Dr. Thorsten Knoll, por desenvolver e fornecer a câmara de TI equivalente a ECP. Nicholas Theodosakis gentilmente ajudou com estágios iniciais dos experimentos YUMM. Agradecemos aos nossos doadores de sangue voluntários, Inger Christensen e sua equipe profissional no centro de tratamento de Yale ECP para obter ajuda com suprimento de sangue voluntário. Dr. Wendell Yarbrough e Dr. Natalia Issaeva gentilmente compartilhado com a gente as linhas de celular SCC61 e SCC61-E6/7. Para assistência técnica no projeto, agradecemos ao Dr. Julia Lewis pelo Conselho do protocolo FACS, e e. Menet, G. Tokmoulina, C. Cote no Yale FACS Core. Imagens de filmes de células dentro da placa de TI foram adquiridas com o auxílio de Felix Rivera-Molina, PhD, Dept de biologia celular e Yale CINEMA Imaging Center, Yale School of Medicine. A produção cinematográfica foi supervisionada por Andrew Osborne, Senior Video Producer, escritório de comunicações da Yale School of Medicine.
8-MOP (UVADEX 20ug/mL, 10 mL) | Therakos, Inc | Rx only, NDC No. 64067-0216-01 | Protocol steps 3 and 8 – mouse and human 8-MOP/UVA treatment of cells |
AB serum | Lonza BioWhittaker | 14-498E | Protocol step 8.5 – overnight culture of human PBMC |
ACK red cell lysis buffer | Lonza BioWhittaker | 10-548E | Protocol step 2 – mouse PBMC preparation |
Anesthesia Tabletop V1 system with active scavenging | VetEquip | 901820 | Protocol steps 1 and 7 – mouse sc tumor introduction and TI administration |
Autologous mouse plasma | prepare in lab | n/a | Prepare per protocol step 2.4, use in 7.1 – mouse TI treatment administration |
Autologous mouse serum | prepare in lab | n/a | Prepare per protocol step 5, use in step 6.1 – overnight culture of mouse PBMC |
C57Bl/6J mice | Jackson labs | 0000664 | Protocol steps 1, 2, 5 and 7 – mouse tumor injection, blood/serum collection, and therapy return |
Cheek bleed GoldenRod lancet, 5 um | Medipoint | 9891620 | Protocol step 2 – mouse PBMC preparation |
Clear RPMI | Gibco by LifeTech | 11835-030 | Protocol steps 6 and 8 – overnight culture of mouse/human PBMC |
DMEM/F12 | Gibco by LifeTech | 11330-032 | Protocol steps 1 and 2 – YUMM1.7 cell culture |
EasyGrip Petri Dishes, 35mm | Falcon | 351008 | Protocol steps 5 and 8 – overnight culture of mouse/human PBMC |
Eppendorf 1.5mL conical tubes | DOT scientific | 1700-GMT | Protocol steps 1-8 |
FBS (fetal bovine serum, heat-inactivated) | SAFC Biosciences | 12306C-500mL | Protocol steps 1-4 – YUMM1.7 cell culture, 8-MOP/UVA treatment of cells, TI plate |
Hemavet 950FS hematology counter | Drew Scientific | HV950FS | Protocol step 8.2 – monitoring human platelet numbers |
Heparin 5,000U/mL | McKesson Packaging services | 949512 | Protocol steps 2 and 8 – mouse and human PBMC preparation |
Isoflurane | Abbott Laboratories | 5260-04-05 | Protocol steps 1 and 7 – mouse sc tumor introduction and TI administration |
Lympholyte M lymphocyte isolation medium | Cedarlane Labs | CL5035 | Protocol step 2 – mouse PBMC preparation |
Non-essential amino acids | Gibco by LifeTech | 11140-050 | Protocol steps 1 and 2 – YUMM1.7 cell culture |
PBS (1x DPBS, (-) Ca+2, (-) Mg+2) | Gibco by LifeTech | 14190-144 | Protocol steps 1-7 |
Pen/strep | Gibco by LifeTech | 15140-122 | Protocol steps 1 and 2 – YUMM1.7 cell culture |
Polypropylene 15mL conical tubes | Falcon | 352097 | Protocol steps 1-8 |
Programmable 2-channel syringe pump | New Era Pump Systems Inc | model NE-4000 | Protocol steps 4 and 8 – running the TI plate |
Retro-orbital injection needles, 27G x 1/2 | BD Biosciences | 305109 | Protocol step 7 – mouse TI treatment administration |
Syringes, 10mL (LUER-LokTip) | BD Biosciences | 309604 | Protocol steps 4, 8 – running the TI plate |
Syringes, 1mL (Slip tip) | BD Biosciences | 309659 | Protocol steps 1, 4, 7, 8 |
TI plate and tubing set | Transimmune AG | not commercially available | Please contact Prof. R. Edelson or Transimmune in order to obtain the device on a collaborative basis. |
TI plate running platform | Transimmune AG | not commercially available | Please contact Prof. R. Edelson or Transimmune in order to obtain the device on a collaborative basis. |
Tissue culture flasks, T75 (75 cm2) | Falcon | 353136 | Protocol steps 1, 2, 6 and 8 – mouse and human cell culture |
Tissue culture plates, 12-well | Falcon | 353043 | Protocol steps 3 and 8 – mouse and human 8-MOP/UVA treatment of cells |
Tissue culture scrapers | Falcon | 353085 | Protocol steps 6 and 8 – overnight culture of mouse/human PBMC |
Trypsin-EDTA 0.25% (1x) | Gibco by LifeTech | 25200-056 | Protocol steps 1 and 2 – YUMM1.7 cell culture |
Tumor injection needles, 25G x 5/8 | BD Biosciences | 305122 | Protocol step 1 – mouse subcutaneous tumor introduction |
UVA irradiator | Johnson and Johnson | not commercially available | The apparatus was specifically developed by J&J for Prof. R. Edelson's laboratory. Several machines are available in the laboratory on a collaborative basis; please contact Prof. R. Edelson for use of one. Alternative UVA irradiators are commercially available but have not been tested by us. |
Invitrogen EVOS FL Auto 2 Imaging System | Invitrogen | fluorescence imaging instrument |