מאמר זה מתאר את השיטה הרומן לייצר אנטיגן הגידול-ספציפי המושרה ביותר תאים גזע מהגרים הרתי (iTE) על ידי תלת מימדי (3D) מערכת התרבות הרתי. iTE הינם תת-קבוצה הומוגנית של תאי T הקשורים היטב לתאי T תמימים עם יכולת התפשטות, היווצרות הזיכרון ודיכוי הגידול.
הירושה של מראש קולטנים תא T (TCRs) ואת התחדשות אפיגנטית שלהם לעשות המושרה תא גזע מושרה (iPSC)-תאי T נגזר מקור מבטיח טיפול תא T המאמצת (ACT). עם זאת, קלאסי בשיטות מבחנה להפקת תאי T מחדש מתוך iPSC תוצאה או מולדים כמו או סופני תאי T הבדיל, אשר פנופנבדרך כלל ומבחינה פונקציונלית נפרד מתאי T נאיבי. לאחרונה, הרומן תלת מימדי (3D) מערכת התרבות הרתי פותחה כדי ליצור תת-קבוצה הומוגנית של CD8αβ+ אנטיגן מסוים תאים t עם הפנוטיפים תמים תא t פונקציונלי, כולל את הקיבולת של התפשטות, זיכרון היווצרות , ודיכוי הגידול בvivo. פרוטוקול זה נמנע מגורל התפתחותי חריג, המאפשר את הדור של התאים הרלוונטיים מבחינה קלינית iPSC-נגזר מהגרים (iTE), תוך שהוא גם מספק כלי חזק כדי להבהיר את הפונקציות העוקבות הדרושים עבור התבגרות תא T לאחר הבחירה הרתי.
טיפול תא T המאמצת (ACT) יכול להיות טיפול יעיל עבור חלק מהחולים עם סרטן מתקדם. למרבה הצער, חולים רבים אינם חווים רגרסיה הגידול, ותאים הועברו לא להימשך לאחר העירוי. זה יכול להיות בגלל איכות התאים T החדרת. מודל העכבר משחק הראה כי בהשוואה נאיבי או פחות הבדיל הזיכרון המרכזי T תאים, התאים המובחנים סופני הם פחות חזקים בשל עניים בהתמדה vivo1, התבוננות נתמכת גם על ידי נתונים קליניים2, 3. שלוש.
במאמץ לשפר את היעילות של הפעולה הנוכחית, תא T נגזר המושרה תאים גזע pluripotent t-ipsc) נחקרו בהרחבה4,5. כאשר תאי T מתוכנת מחדש ל-T-iPSC ו-re-מובחנת לתוך תאי T, את התצורה המחודשת של גנים TCR הוא ירש על ידי T-iPSC, ולאחר מכן הבדיל מחדש תאים T. לכן, היכולת של T-iPSC לעבור בלתי מוגבל הרחבת מבחנה היתרי שכפול יעיל של תאים T בוגרים נושא את קולטני התא הספציפי T-אנטיגן (TCR) כאשר תאים כגון מהונדסים אנטיגן הגידול ספציפיים תאים T6 ,7. עם זאת, את השיטה המדויקת עבור הבידול של T-iPSC לתוך תאים T בוגרים, אשר יאפשר ייצור של סרטן אנטיגן ספציפי בתאי T עם פנוטיפ פחות הבדיל ועוצמת הגידול טוב יותר אנטי סרטניים, נשאר להבהיר.
T-ipsc בידול העסקת שיתוף התרבות של OP9 murine בתאי סטרומה מעל-הביטוי האדם הדרגה האנושית DLL1 היא שיטה מבוססת היטב כדי לייצר תאי T ב מבחנה6,7. בעכברים ובבני אדם, זו מערכת שיתוף התרבות יכול בעקביות להבדיל ipsc, ובכך לכידה של אירועים התפתחותיים משלב בלסטוציסט עד השלב בוגר T שושלת היוחסין6,7. למרות ההתקדמות הביוטכנולוגית, הבידול הפיזיולוגי אחרי CD4+CD8+ כפול (DP) הבמה עדיין קשה להשיג. אחת הסיבות היא כי ב vivo CD4+CD8– ו CD4–CD8+ יחיד חיובי (SP) תאים t נוצרות ב בלוטת התימוס, איבר האחראי על ההבשלה והבחירה של תאים t כי יש אנטיגן זר-ספציפיות אבל לא מחדש אוטומטי של פעילות8. תהליכים סלקטיביים אלה מוגדרים כבחירה חיובית ושלילית, בהתאמה. עם זאת, רוב המנגנונים המולקולריים הדרושים לתאי T בוגרים בתימוס עדיין לא מובנים לגמרי, מה שמקשה לשחזר תהליך זה בתוך מבחנה. בניסיון להתגבר על משוכה פיזיולוגית זו, מספר קבוצות הגירוי מורכבות TCR באמצעות נוגדנים anti-CD3 או הפפטידים אגוניסט. אלה טכניקות מבחנה ליצור מוצרי תא אשר לבטא סמנים תא T מפתח, כמו CD3, CD8αβ, TCRαβ, ו CD62L, ואילו עדיין שמירה על אנטיגן הגידול-ספציפיות. למרבה הצער, תאי T שנוצרו על ידי אלה השיטות החוץ מהווים אוכלוסיה הטרוגניים רחב של תאים המאופיינת בחירה חיובית לא מלאה, תכונות מולדת, הריגת TCR לא ספציפי, חוסר יכולת ליצירת זיכרון, ו לא מתמשך השפעות נגד הגידול ב vivo8,9,10,11. חריגות אלה העלו חששות כי תאים כאלה עשויים לעורר מגוון של תופעות לוואי, כולל לימפומה הן מומים העור והן העצם, אם משמש יישומים טיפוליים12,13,14 .
כדי לשחזר את האותות הפיסיולוגיים חסר במערכות בידול חוץ גופית, הגידול אנטיגן ספציפי T-iPSC הובשלו באמצעות בלוטת התימוס שנקטפו. התרבות העובר בלוטת התימוס הקלאסית (FTOC) מערכת, אשר נועדה ללמוד את הפיתוח הפנים הרתי של תאים T, שופרה באמצעות מערכת התרבות 3D אשר הפיק בהצלחה תאים T השלימה החינוך הרתי. אלה תאים שלאחר הרתי, אשר הוצגו כמהגרים iPSC הרתי (iTE), הציגו מאפיינים תמימים כמו15. iTE הראה התפשטות, היווצרות זיכרון, ואפקטים הולמים נגד הגידול במודל העכבר מפני הקים B16 מלנומה גידולים. מאמר זה מתאר בפרוטרוט את הפרוטוקול של מערכת FTOC מקורית זו באמצעות מערכת תרבות תלת-ממדית (איור 1).
שימוש T-iPSC להתחדש אנטיגן גידולים ספציפיים תאים T עלול להתגבר על רבים של המכשולים הנוכחיים של ACT על ידי יצירת תאים צעירים עם התמדה משופרת. למרות שכמה שיטות באמצעות מערכת OP9/DLL1 שיתוף התרבות דווחו לייצר CD8 SP תאים6,7,10,13 לבטא מולקולות CD8 ו אנטיגן הגידול ספציפי TCRs, הגן הגלובלי דפוסי ביטוי וניתוח פונקציונלי מראים שתאים מextrathymically מחדש CD8 SP שונים מתאי T תמימים (איור 4). כאן, אנו מתארים מערכת תרבות 3D הרתי שיכולים ליצור מהגרים הרתי iPSC-נגזר (iTE) עם נאמנות גבוהה והומוגניות מ-murine T-iPSC. הייט דומה לתאי T תמימים בצורת הביטוי הגנטי הגלובלי ובפונקציונליות, כגון היווצרות זיכרון ובvivo נגד הגידול נגד גידול מבוסס15.
מערכת ה-FTOC הקלאסית היא דרך ללכוד את הבחירה הרתי באופן מתורבת. הוא שימש ללימוד התפתחות פנים-הרתי של thymocytes23, ויש כמה דיווחים של ftoc לשמש להפקת כביש24. עם זאת, למערכת FTOC יש מספר מגבלות. כדי להתמודד עם חוסר החמצן בתרבות העוגב המלאכותי, מספר קבוצות השתמשו בתרבות המבוססת על ממברנה למחצה יבשה,23, או מערכות התרבות הגבוהות ביותר25. עם זאת, אין שיטות נוכחיות יכול ליצור כל הזמן אוכלוסיה הומוגנית של תאי T שלאחר הרתי. כדי להתגבר על מגבלות של מערכת FTOC קלאסית, עיצבנו מערכת תרבות 3D הרתי המספקת שיפורים טכניים על שיטות קונבנציונאלי15. לדוגמה, באמצעות שיטת תרבות 3D הרתי שלנו, החלפת חמצן מקסימלית והעדר לחץ מכני משטח האונה לשמור על האונות הרתי בסביבה פיזיולוגית יותר. בנוסף, התרבות לטווח ארוך מאפשרת תאי T בוגרים ליציאה באופן טבעי מן האונות הרתי. לבסוף, התבוננות בזמן אמת מיקרו מניפולציה לאפשר המרת מדיה ואוסף קבוע של iTE ללא מפריע פיזית האונות הרתי. כך, שיטת תרבות 3D הרתי מספק שיפורים טכניים משמעותיים, כמו גם שדרה ללמוד thymically שנבחרו תמים T-תאים שלא היה זמין קודם לכן.
יש כמה נקודות מפתח עבור הדור המצליח של iTE באמצעות מערכת זו תרבות 3D הרתי. האיכות של FBS ותנאי התרבות הוא קריטי כדי לשמור על התרחבות של OP9/DLL1 תאים מבלי לאבד את היכולת שלהם תמיכה iPSC בידול. לכן, אנו ממליצים מראש הערכה של FBS הרבה, כמו גם לעבור בעקביות באופן עקבי ב 80% שליטה כדי למנוע בידול התא והזדקנות. בנוסף, התרבות OP9/DLL1 confluent נדרש עבור בידול בלתי מתורבת של ipsc לתוך תאי T בוגרים, כמו הבדלים בשטף יכול להשפיע על היעילות שלהם. לבסוף, הגיל העובריים של האונות הרתי הוא קריטי עבור הדור של iTE. אנו ממליצים להשתמש ב-E 14.5-15.5 האונות הרתי.
כמו בכל פרוטוקול חדש, לשיטה זו יש מגבלות והיא נתונה לשיפור. טכניקת התרבות המוצגת כאן יוצרת כ-1000 iTE ליום למשך תקופה של שבועיים. הייצור המוגבר עשוי להיות אפשרי עם שינויים נוספים, כולל אופטימיזציה של ריכוז החמצן, נפח התקשורת, וסוג של צלחת התרבות 3D. בנוסף או הסרה של ציטוקינים, כמו גם שינויים בריכוז cy, יכול גם לתרום לשיפור התשואה הiTE.
בהינתן כי מערכת תרבות הרתי 3D הציג כאן יכול ליצור מהגרים הרתי במערכת vivo לחלוטין לשעבר, טכניקה זו ניתן להחיל על מגוון רחב של העברה חיסונית והמאמצת העברת פרויקטים מחקר כולל, אבל לא מוגבל T בידול התא, לאחר הרתי T התבגרות תא, והדור של אנטיגן ספציפיים תאים T מתוך מחולל המטמין או בתאי גזע. למרות ששיטה זו אינה ישימה באופן ישיר לדגימות אנושיות, מערכת התרבות ההורית והתלת-ממדית מחזיקה בפוטנציאל רב להסבר מנגנונים מולקולריים של בחירה חיובית ושלילית ועשויים להקל על יצירת מערכת תרבות המאפשרת הדור של התאים הרלוונטיים קלינית הגידול הספציפי אנטיגן-כמו תמים בתאי T עבור ACT.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים לירושי קאוומוטו ולקיוקו מאסדה לספק את קו התא OP9/DLL1. אנחנו מודים לאלן ב. הוצ וארנה זי . הוא לסיוע גרפי מחקר זה נתמך על ידי תוכנית מחקר הפנים של המכון הלאומי לסרטן בארה ב (ZIA BC010763) ואת התוכנית מונשוט הסרטן עבור המרכז עבור טיפול מבוסס התא ב NCI, NIH. העבודה תמכה גם בקרן משפחת מילשטיין.
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 |