מאמר זה מתאר שיטה ליצירת אנטיגן גידול פונקציונלי-ספציפי המושרה pluripotent תא גזע בודד באמצעות OP9/DLL1 מערכת התרבות המשותף.
הדור והתרחבות של תאי T פונקציונליים בתחום החוץ יכולים להוביל למגוון רחב של יישומים קליניים. שימוש אחד כזה הוא לטיפול בחולים עם סרטן מתקדם. המאמצת העברת תא T (ACT) של הגידול מועשר ביותר אנטיגן סרטניים ספציפיים הוכח לגרום רגרסיה עמיד של סרטן גרורתי אצל חלק מהחולים. עם זאת, במהלך ההתרחבות, תאים אלה עלולים להיות מותשים או מותלי, ולהגביל את תפקוד האפקטור שלהם והתמדה ב-vivo. בהשפעת תא גזע pluriפוטנטי (iPSC) הטכנולוגיה עשויה להתגבר על מכשולים אלה על ידי המוביל לדור מחוץ לתחום של מספרים גדולים של תאי T הבדיל הגידול פחות מובחנת. IPSC האדם (היפנוט) יש את היכולת להבדיל לכל סוג של תא הסומטיים, כולל לימפוציטים, אשר לשמור את המקורי קולטן תא T (TCR) גנומית מחדש כאשר תא T משמש תא התחלה. לכן, תכנות מחדש של תאי הגידול האנושי אנטיגן ספציפי T כדי היפנוסק ואחריו בידול לשושלת היוחסין של T יש את הפוטנציאל לייצר את הגידול הייחודי אנטיגן בגידולים של תאים T. מתוארים כאן היא שיטה ליצירת אנטיגן הגידול ספציפי CD8αβ+ יחיד חיובי (SP) תאי T מ היפנוsc באמצעות OP9/DLL1 מערכת התרבות המשותף. שיטה זו היא כלי רב עוצמה עבור הדור שושלת היוחסין של התא T ויהיה להקל על פיתוח בתאי T הנגזרים מחוץ לתחום לשימוש ברפואה רגנרטיבית וטיפולים מבוססי תאים.
בנוסף ליתרונות פיסיולוגיים, לתאי T יש הרבה יישומים טיפוליים פוטנציאליים. הדור והתרחבות של תאי T בתחום החוץ ניתן להשתמש עבור מידול מחלות ואימות טיפולית, כמו גם מקור הטיפול עבור מצבי הכשל החיסוני תורשתי ונרכש (כלומר, חיסוני נגיפי ו lymphodepletion משני כדי כימותרפיה או השתלת) ולמיגור הסרטן. איכות זו האחרונה הובילה לפיתוח של העברת תא T המאמצת (ACT) לטיפול בחולים עם סרטן מתקדם1.
ACT מורכב מחדש הגידול של החולה, חילוץ לימפוציטים החדירה לגידולים (TILs), הרחבת TILs ex vivo, לאחר מכן מחדש את התאים המורחבים לתוך החולה2. זה הוכח להיות מודאליות טיפול יעיל עבור חולים מסוימים עם סרטן גרורתי. למרבה הצער, לא כל המטופלים. מגיבים לטיפול הזה דיווחים קודמים הראו כי מצב הבידול של תאים שהועברו3,4,5,6,7,8,9, שימוש במספרים גדולים של סרטן מועשר במיוחד אנטיגן-ספציפי T תאים לא10, והתמדה של תאים T לאחר העברת11,12 כל מתואם עם תגובות עמיד יותר13,14. לכן, כאשר ACT נכשל לעורר תגובה נגד הגידול, זה עשוי בחלק להיות עקב תשואה נמוכה של סרטן אנטיגן ספציפי תאי T, הרחבת vivo ex יעיל המוביל התשישות ואובדן של שיבוטים תגובתי, או חוסר התמדה לאחר העברת4 . זה כבר היסוד כי מכשולים אלה עשויים להיות להתגבר על ידי הדור של מספרים גדולים של מספר רב אנטיגן סרטן מובחנת פחות בתאי T בתוך מבחנה15,16.
בתאי גזע/מחולל שחור (HSPCs) הם מקור קונבנציונאלי עבור הדור תא T מתורבת, למרות שיטה זו מוגבלת על ידי מספר קטן של תאים יכול להיות התאושש תורם אחד1. תאי גזע עובריים (ESCs) הוכחו גם לייצר תאים T אך עם תשואה נמוכה17, מה שהופך אותו לא יעיל עבור יישומים קליניים. יתר על כן, מאז בתאי השושלת T ניסיון השילוב הגנטי סטוכסטי של קולטני תא T שלהם (TCRs) בשלבים התפתחותיים מוקדם, זה לא אפשרי להשתמש HSPCs או ESCs לייצר אוכלוסייה טהורה של תאי T ספציפיים אנטיגן ללא גנומית נוספת שינויים כגון התמרה גנטית של TCR.
גישה אחת כדי להתגבר על האזהרות האלה היא מתכנת TILs לתאי גזע המושרה האדם pluriפוטנטי (hiPSCs), אשר עשוי לספק מקור באין מוגבל עבור הדור תא T מתורבת. זה הוכח סרטן אנטיגן ספציפי TILs יכול להיות מתוכנת מחדש לתוך hiPSCs ו-re הבדיל אל שושלת היוחסין של התא t, אשר שומר על אותו קולטן התא t (tcr) גן תארגנות כמו תא t המקורי18,19. פרט זה חשוב עבור ACT כי גידולים החולה הפרט יש פרופילים ייחודיים, ומעטים מאוד אנטיגנים סרטן הוכחו להיות משותפים בין חולים20. לכן, באמצעות אנטיגן סרטן ספציפי TILs כמקור עבור הדור מחוץ לבית מתורבת של תאים הנגזרים היפנוsc עשוי לספק אסטרטגיה חדשה לטיפול מותאם אישית של חולים עם סרטן גרורתי.
מוצג כאן בפירוט הוא פרוטוקול להבדיל תאים שושלת היפנוטי הנגזר לתוך אנטיגן פונקציונלי ספציפי CD8αβ+ יחיד חיובי (SP) תאי T באמצעות OP9/DLL1 מערכת התרבות המשותף. שיטה זו היא כלי רב עוצמה עבור בידול התא T מתורבת של hiPSCs, המטפאות ושלתי, ותאי גזע עובריים, כמו גם יישומים נוספים שלהם ברפואה משובי וטיפולים מבוססי תאים.
שיתוף התרבות של תאים סטרומה OP9 murine היא מערכת מבוססת היטב עבור דור מבחנה של לימפוציטים (כלומר, NK, B, ו-T תאים) מ HSPCs ותאי גזע pluriפוטנטי. איתות החריץ נדרש כדי לגרום T מחויבות השושלת והוא יכול להתבצע על ידי ביטוי חוץ רחמי של חריץ DLL1 או DLL4, אשר יש יעילות דומה עבור דור תא T1. לכן, מערכת OP9/DLL1 שיתוף תרבות הפכה שיטה נפוצה להפקת תאי T בתוך מבחנה. יתר על כן, שיטה זו ישימה לשימוש עם מספר סוגים ומקורות של תאים אנושיים, כולל דם טבורי, מח עצם HSPCs ו ESCs. עם זאת, הדור של תאי T ממקורות אלה הוא מוגבל או על ידי האיחזור מספיק של תאי המקור או על ידי בידול יעיל T תאים1. בנוסף, לא ניתן ליצור מוצר תא T עם שילוב מחדש של TCR בודד ממקורות רפרטואר פתוחים אלה. באמצעות טכניקות הרפואה משובי, כלומר תא גזע המושרה pluripotent זה יכול להיות אפשרי לייצר מספרים מסיבית של תאי T ספציפי אנטיגן לשימוש בתא מבוסס therapeutics15.
הhiPSCs דומים לescs החזקים ביותר ביכולתם להתחדשות עצמית, התרחבות ללא גבולות, ופוטנציאל להבדיל לכל סוג של תאים סומטיים בגוף; עם זאת, אין להם חששות אתית סביב השימוש של מוצרים ממוצא עובריים עבור יישומים קליניים. יתר על כן, hiPSCs ניתן להפיק מכל תא הסומטיים, המאפשר פיתוח של מוצרי תאים לרפואה אישית. בדוחות הקודמים, hiPSCs יוצרו מתאי T אנושיים באמצעות תאים היקפיים כולו היקפי, CD3+ תאים, או לימפוציטים מבודדים T ציטוטוקסיים (ctls) כמקור18,19,22, 26. כאשר hiPSCs נוצרות ממקור תא t (t-iPSCs), הסידור המקורי של גן TCR הוא בירושה. לכן, החולה T-iPSC הנגזר תאים T עשוי לספק מודל לטיפול מותאם אישית לפעול על ידי פילוח של המטופל אנטיגנים סרטניים בנפרד.
הבידול של האדם בתאי גזע רב עוצמה לתוך תאים השושלת T מחולק לשני שלבים: הדור של התאים מחולל קדמון (HPCs)27 ואת שלהם בידול נוסף לתוך תאים השושלת T21. את שני השלבים ניתן להשיג באמצעות מערכת OP9/DLL1 התרבות המשותף. חשוב מכך, האיכות של תאי המזין OP9/DLL1 היא קריטית להצלחת בידול התא T. מאז OP9/DLL1 תאים אינם קו הומוגנית מונצח התא, האיכות של FBS ותנאי התרבות הם קריטיים כדי לשמור על התרחבות שלהם מבלי לאבד את היכולת לתמוך בידול היפנוסי. לכן, מומלץ להעריך מראש את הרבה של FBS ומעבר בעקביות כאשר המגע התאים cytoplasmic תא מתחיל להתרחש, על מנת למנוע בידול התא והזדקנות. נקודה אחת שיש לקחת בחשבון היא שאיש קשר מתאים לתאים יכול להיראות בניגוד לרקע בהתאם לניגודיות הפאזה ולהגדלה של המיקרוסקופ. בניסיון שלנו, רוב OP9/DLL1 מנות יופיעו להיות 80% שוטפת כאשר מוכן למעבר.
הוכח כי התאים מחדש השושלת t שנוצר מ-t-iPSCs על ידי OP9/DLL1 שיתוף תרבות יכול לייצר CD8+ SP T תאים על גירוי18,19. עם זאת, שנוצר מחדש CD8+ SP T תאים לרכוש את מולד כמו CD8αα הומודימר22,28, שהוא קולטן שיתוף יעיל עבור tcr איתות29. בנוסף, אלה מחדש CD8+ SP T תאים הראו רעילות חזקה tcr עצמאית, מה שהופך את התאים האלה שלילי לשימוש קליני30. פרוטוקול זה מתאר שיטה לאחרונה מעורבים גירוישל CD4 +CD8+ התאים DP כדי לייצר CD8αβ+ SP T תאים עם הרבה יותר פנוטיפ קונבנציונאלי ומשופר אנטיגן משופרת של הרעלת ציטוזה22. למרות ההפסד של אנטיגן ספציפיות בשל tcrα allelic תארגנות משני מתרחש בשלב העקורים לאחר תרבות ארוכת טווח ממושכת, זה יכול להיות להתגבר על ידי עריכת הגנום T-iPSCs31. בניסיון שלנו, תאי העקורים הנגזרים מתחילים להופיע ביום 30-35 של התרבות, ואלה תאי העקורים שנוצר לאחרונה עדיין לא עברו משני TCRα מחדש. לכן, רוב תאי DP ביום 35 לשמור ספציפיות אנטיגן והוא יכול לשמש להפקת אנטיגן ספציפי CD8αβ+ SP T תאים.
לפני CD3 האדם anti-CD28 גירוי ביום 35, CD4–CD8– DN תאים יש להסיר מן התרבות, כמו אלה הוכחו לגרום להרג ישיר של CD4+CD8+ DP תאים לאחר גירוי22. באמצעות CD4 מגנטי חרוז העשרה (שלב 3.10) יהיה להעשיר עבור DP וגם CD4+CD8 ביניים חיובי יחיד (ISP) תאים1, אשר אנו הוכחו אין אפקטים שליליים22. לחילופין, מיון מופעל על ידי קרינה פלואורסצנטית על ידי הזרימה cy, ניתן לבצע כדי לבודד תאים DP. עם זאת, הפרדה מגנטית חרוז הוא המועדף כפי שהוא מונע את הלחץ המכני הנגרמת על ידי שהזרים cy, לנסות.
הדור של CD8αβ+ SP T תאים מתאי גזע האדם pluriפוטנטי ללא הפעלה-מתווכת בחירת אגוניסט הפגינו לאחר מכן על ידי שימוש של 3d מורטין התרבות התא סטרומה32. עם זאת, הבחירה הפיסיולוגית תלויה באינטראקציה של TCR עם self-פפטיד-MHC תסביכים, אשר מעובדים באופן ייחודי ומוצג על ידי תאים אפיתל הרתיה33. יתר על כן, אהדה TCR עבור פפטידים בחירה הוכח כדי לקבוע את היכולות הפונקציונליות הבאות של CD8αβ+ SP T תאים34. כיום, אין הוכחות שמציעים מערכת משותפת לתרבות שיתוף-הפנים המבוססת על תאים שיכולים לספק את פפטיד הבחירה המוגדרת ואת מתחם MHC הדרוש לבחירה הפיסיולוגית.
זה כבר דווח במודל murine כי תאי השושלת T שנוצר מן אנטיגן הגידול ספציפי T-hiPSCs הנגזר באמצעות OP9/DLL1 לבד להיכשל לחוות התבגרות קונבנציונאלי. עם זאת, ipsc-נגזר תאים t בוגרים שנוצר על ידי מערכת OP9/DLL1 יכול בוגרת לתוך תאים תמימים כמו T על ידי השכלה נוספת פיזיולוגית הרתי במערכת תרבות תלת-ממד 28,35. לכן, הפרוטוקול המוצג כאן כדי לייצר iPSC הנגזרות תאים T בוגרים שנוצר על ידי OP9/DLL1 מערכת חיונית עבור ניסיונות נוספים כדי ליצור האמיתי אנטיגן הגידול האנושי לאחר הרתי T תאים מסוגל התמדה ארוכת טווח ב vivo עם יעילות לטיפול בגידולים הוקמה ואצלב.
The authors have nothing to disclose.
אנחנו מודים לאלן ב. הולפרינג וארנה ה . הוא לסיוע גרפי מחקר זה היה נתמך על ידי תוכנית מחקר הפנים של המכון לסרטן הלאומי (ZIA BC010763) ואת הארגון הפנימי NCI סרטן מונשוט עבור מבוסס תאים חיסוני סרטן.
10 cm dish | Corning, Inc. | 353003 | |
Anti-CD3, human | BD Biosciences | Cat# 561812, RRID:AB_1089628 | |
Anti-CD34, human | BD Biosciences | Cat# 348791, RRID:AB_400381 | |
Anti-CD4, human | Biolegend | Cat# 344612, RRID:AB_2028479 | |
Anti-CD43, human | BD Biosciences | Cat# 560198, RRID:AB_1645460 | |
Anti-CD7, human | BD Biosciences | Cat# 555361, RRID:AB_395764 | |
Anti-CD8a, human | BD Biosciences | Cat# 555369, RRID:AB_398595 | |
Anti-CD8b, human | BD Biosciences | Cat# 641057, RRID:AB_1645747 | |
Anti-TCRb, human | BD Biosciences | Cat# 555548, RRID:AB_395932 | |
CD28 human monoclonal antibody (15E8), pure functional grade | Miltenyl Biotec | 130-093-375 | |
CD3 human monoclonal antibody (OKT3), pure functional grade | Miltenyl Biotec | 130-093-387 | |
CD4 Microbeads, human | Miltenyl Biotec | 130-045-101 | |
Cell strainer 100 um | Fisher Scientific | 22-363-549 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gemini | 100-500 | |
Flt-3 ligand | R&D Systems | 427-FL | |
Gelatin Solution 2% | SIGMA-Aldritch | G1393-100ML | |
GlutaMAX (100X) | Thermo Fisher Scientific | 35050-061 | L-Glutamine supplement |
HBSS Mg+Ca+ Phenol-Red Free | Gibco | 14025-092 | |
Interleukin-2 | R&D Systems | 202-IL | |
Interleukin-7 | R&D Systems | 407-ML | |
iTAG MHC Tetramer HLA-A*0201 Mart1 Tetramer -ELAGIGILTV | MBL | Cat#TB-0009-2 | |
Mart1-hiPSC | Vizcardo et al., Cell Stem Cell 2013 | RIKEN-IMS | |
Melan-A, MART 1 (26-35) | InnoPep | 3146-0100 | |
MEM Non-Essential Amino Acids Solution | Gibco | 11140050 | |
αMEM powder | Gibco | 61100061 | |
Mouse Embryonic Fibroblasts (MEF) | Thermo Fisher Scientific | C57BL/6 MEF MITC-TREATED 4M EACH; A34962 | |
OP9/N-DLL1 | Riken Bioresource center | Cat# RCB2927; RRID:CVCL_B220 | OP9/DLL1 |
Penicillin/streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140-122 | |
Phosphate buffered saline pH 7.4 (1x) | Thermo Fisher Scientific | 10010-023 | |
Primate ES Cell Medium | Reprocell | RCHEMD001 | Human ESC Culture Media |
Rhok inhibitor (Y-27632 dihydrochloride) | Tocris | 1254 | |
RPMI 1640 | Gibco | 11875093 | |
Stem Cell Factor (SCF) | R&D Systems | 455-MC | |
StemPro | EZPassage | 23181-010 | |
T2-tumor | ATCC | T2 (174 x CEM.T2) (ATCC® CRL-1992™) | |
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | Thermo Fisher Scientific | 25300-062 | |
Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red | Thermo Fisher Scientific | 25200-072 | |
U Bottom 96 well plate | Corning, Inc. | 3799 |