Transimmunization (TI) デバイスまたはプレートと関連するプロトコルは、実験的な設定で、体外光化学療法 (ECP) の主要な機能を再現するために開発されており、生理活性、チューナブル樹状の生産を可能にします癌免疫療法のための細胞 (DCs)。
体外光化学療法 (ECP) は、皮膚 T 細胞リンパ腫 (CTCL) のために広く使用されている癌免疫療法であり、世界中の350以上の大学センターで手術を行う。ECP の臨床効果と模範的な安全プロファイルが広範に使用されていますが、研究所の ECP モデルがないこともあり、根本的なメカニズムの解明は依然として課題でした。この障害を克服し、ECP 研究のためのシンプルでユーザーフレンドリーなプラットフォームを作成するために、私たちは、マウスモデルと小さな人間の血液サンプルの両方での作業に適した、臨床 ECP 白血球処理装置のスケールダウンバージョンを開発しました。この装置は、Transimmunization (TI) チャンバ、またはプレートと呼ばれます。一連の画期的な実験において、小型化されたデバイスは、いくつかの同系マウス腫瘍モデルにおいて治療的抗癌免疫を定期的に開始する細胞ワクチンを製造するために用いられた。実験系から個々の因子を除去し、生体内抗腫瘍応答への寄与を把握することにより、ECP による免疫化の鍵となる機械的要因を解明しました。まとめて、我々の結果は、ECP による抗腫瘍効果が樹状細胞 (DC) によって開始され、TI プレート内の血小板との血液単球相互作用により生理的に発生し、そのアポトーシス細胞の腫瘍細胞からの抗原を装填したことを明らかにした。死は、photoactivatable DNA 架橋剤 8-methoxypsoralen および UVA 光 (8 モップA) への暴露によって細かく滴定される。マウスに戻ると、この細胞ワクチンは、特異的かつ譲渡可能な抗腫瘍 T 細胞免疫をもたらす。我々は、TI チャンバがヒトの血液処理にも適していることを確認し、活性化状態および臨床 ECP 室から導出されたプロファイルに完全に匹敵するヒト DCs を生産する。ここで提示されたプロトコルは、マウスおよびヒトにおける ECP 研究、8-モップAでのアポトーシス腫瘍細胞の制御生成、および様々な用途のための生理学的ヒトおよびマウス単球由来の DCs の迅速な生産を目的としている。
体外光化学療法 (ECP) は、世界中の大学のセンターで広く運用されている確立免疫療法です。その使用は、独自の選択性、安全性、および ECP 療法の双方向の有効性によって駆動されています, ECP は、それがパートナーに見える生理学的免疫システム自体と共有する形質.ECP は、皮膚 T 細胞リンパ腫 (CTCL)1,2の悪性細胞に対して選択的に免疫し、移植、自己免疫、移植片対宿主病 (GvHD) の標的となる抗原に選択的に tolerizing する。3,4. ECP の免疫原性は、CTCL5の無傷の CD8 T 細胞コンパートメントに対する依存性によって強調されているが、特異性は ecp の非常に有利な有害反応プロファイルによって反映するのに対し、移植ではオフターゲット免疫抑制がないGvHD の設定は、非病原性 T 細胞クローンが悪性 T 細胞と共に失われる可能性がある CTCL において日和見感染感受性を増加させない。
ECP の臨床的重要性を考慮すると、そのメカニズムをよりよく理解することで、ECP による治療の範囲をより広い範囲のがんや免疫疾患に拡大し、国際的な関心を刺激しているという希望があります。2つの全国的に認可されたワークショップ、国立衛生研究所 (NIH) の最先端のシンポジウム6とアフェレーシスコンセンサス会議7のためのアメリカの社会は、加速することを目的として、ECP の抗癌性および tolerogenic 効果に対する主要な細胞貢献者の識別。
現在までに、ECP のメカニズムに対処しようとしている数多くのレポートにもかかわらず、2つの主要な障害が科学的進歩を妨げている。まず、実験室の設定での ECP メカニズムの調査は、ECP のセルラーおよびインビボ効果を完全に反映し、動物モデルに適用可能なミニチュア ECP デバイスの欠如によって制限されていました。第2に、臨床現場での ECP サンプルの詳細なラボ分析は、治療センターへのアクセスを必要とする ECP によって処理された患者の免疫細胞の利用が限定的であり、さらにそのタイミング患者の輸液、および reinfused 白血球の妥協のないセットのための倫理的な必要性。
ECP 研究の進行を阻害する障害を解決するために、私たちはセラピーの重要な要素を最も忠実に再現する小型 ECP 装置の開発に向けて準備をしました。標準 ECP 治療では、1 mm 厚の紫外光 (UVA) 透明のプラスチックプレート6,8を通して、患者の leukapheresis に富む白血球の通過を伴う。プレートにおいて、白血球は、methoxypsoralen (8-モップ) に曝露され、UVA 曝露時に一過性に反応性の形態 (8-モップa) に変換された活性化可能な剤であり、その二価を介した DNA 架橋が可能で、ピリミジン塩基上姉妹 DNA 鎖9,10処理された、8-モップA 処理した白血球を回収し、患者に静脈内に戻します。
ECP 自体は双方向の治療であるため、移植、自己免疫、および GvHD の設定において、がんや tolerizing で免疫化することで、モデル ECP の予防接種モード「transimmunization」と tolerogenic モード「transtolerization」と名付けられました。まず、transimmunization モダリティに焦点を当てました。最近報告された、スケーラブルなマウス・ツー・マン ECP 装置の小型化、transimmunization (TI) チャンバまたはプレート、および対応するプロトコルは、がん設定11におけるヒト ECP デバイスのセルラーおよび in vivo 効果の両方を再現する。
Transimmunization を可能な限り臨床的に関連性のあるものにするために、我々は皮下注射された同系マウス腫瘍が触知可能になった後に免疫療法を開始し、確立された癌におけるプロトコールの有効性を試験する。CTCL の ECP と同様に、黒色腫の YUMM 1.7 モデルの原理証明 transimmunization プロトコルは、腫瘍を持つ動物から末梢血単核細胞 (PBMC) を使用します。細胞は、流動下の TI 板を通過する。ミニチュア室での細胞の8モップ治療が可能であるが、それを別々に行うことが好ましく、所望の細胞型のみが8モップAに暴露されることを確実にする。初期の研究では、ECP の tolerogenic 効果は、8-モップa損傷を受けた抗原提示細胞12によって媒介され、免疫作用は標的腫瘍細胞11の8モップの損傷を必要とすることを示している。Transimmunization プロトコルでは、腫瘍細胞または免疫細胞のいずれかを、必要に応じて8モップAに選択的に曝露することができる。8モップA損傷腫瘍細胞および ECP 誘導樹状細胞 (DC) 間の接触時間を最大化することが臨床 ECP13の免疫治療能力を著しく増強することが示されているので、我々は一晩私たちのプロトコルへの共インキュベーションステップ。一晩インキュベートした後、処理された細胞を、腫瘍担持する動物に戻す。
このシステムは、確実に腫瘍の成長を減少させ、確立した同系の腫瘍11を有するマウスにおいて特異的な抗腫瘍免疫を開始し、ECP の臨床的抗腫瘍有効性のメカニズムを分析することを可能にした。いくつかの研究では、ECP 免疫が TI プレート14,15で ex vivo 血小板活性化によって開始されることを実証しました。活性化された血小板は、その後、単球対樹状細胞の成熟14に信号を出し、生理学的 DCs の生産に至る。新たに形成された単球由来 Dc は、8-モップA損傷腫瘍細胞から内在化抗原を架橋し、抗原特異的 T 細胞応答16を活性化することができる。提案されているように、以前12,17, しかし、初期の DCs の8モップA誘発ダメージは、対抗することができるか、または抗腫瘍効果を逆転することができます11, ECP 許容範囲への機械的なリンクを提供します.
TI プレートはまた、ヒト PBMC からの生理学的に活性化された DCs を製造するために使用される。マウスの研究と同様に、ヒトの TI 由来 Dc は、その生成のための血小板の存在下での表現型に依存しており、臨床 ECP プレートで生成されたこれらと同一であるように見え、かつ効率的に処理することが可能であり、ヒト T 細胞の活性化のためのヒト腫瘍抗原11,16をクロス提示する。
ECP 免疫療法のメカニズムを明らかにするにあたって、我々は、所望の抗原特異性の生理学的マウスおよびヒト樹状細胞を迅速に生成するための方法を明らかにし、それを機能的に変調することができる。革新的な TI デバイスとプロトコルは、ECP 研究と治療およびがん免疫療法の分野において、より広範に、そして免疫化または機能的な樹状細胞に関心のある他の分野において、非常に重要な潜在的重要性を持っています。tolerizing モダリティ。この文書が、このような研究分野に関心を持つ人々に必要なツールを提供することを願っています。
初めて上述した小型化されたデバイスおよびプロトコルは、マウス実験システムにおける ECP のメカニズムの効率的な実験室調査を可能にし、そして小さなヒト血液サンプル中である。これは偉大な進歩です。例えば、それは我々が最初にマウスモデル11における固形腫瘍に対する transimmunization の有効性を実証することを可能にし、ヒト腫瘍学における同様の適用の将来の可能性を開く。
ここで説明する transimmunization デバイスとメソッドの開発に先立って、ECP のすべての側面を完全に調査することは不可能でした。マウスモデルにおいて、治療の8モップA態様はペトリ皿12,20内の細胞を処理することによって幾分複製することができたが、その方法をプレート通路に統合する能力はなかったが、これはECP の生理学的 DC 活性化14にとって極めて重要な動的血小板相互作用を提供する。人間の研究では、あるいは、フロー成分が完全に存在していたが、8モップAに選択的に特定の細胞成分を暴露する能力、またはそれからそれらを保護する機能は、21、22を欠いていた。これにより、ECP メカニズムの完全な理解と、イミュニティまたはトレランスの最適化が妨げられました。さらに、臨床 ECP 装置で作業するために必要な血液量が多く、科学的な調査を妨げる。ここで初めて説明した、小型化された ECP デバイスとプロトコルにより、効率的で、完全に柔軟性があり、チューニング可能なラボ ECP モデルが実現します。さらに、TI の版は顕微鏡によって版内の細胞の相互作用の実時間視覚化そして監視を可能にする。
インビボおよび ex インビボシステムの両方を使用してプロトコルの成功のために、処理された PBMC が機能 DCs に活性化することができる単球を含むことが重要である。この活性化が進行するためには、PBMC の画分が健康で生理学的な数、活性化可能なの血小板を含んでいること、および TI プレートの通過プロトコルが密接に従っていることを確実にすることも必要である。新たに活性化された DCs を特定の反応性に向けるためには、抗原を提供する必要があります。我々は、抗がん免疫に対する抗原送達の最も効率的な方法は、抗原含有8モップA露出腫瘍細胞を用いた新たに活性化された DCs の一晩の共インキュベーションであることを見出した。これは、Dc がそれらを選択することを可能にすることによって、腫瘍抗原の事前の知識を必要とせずに免疫原性抗がん反応を作成できるという追加の利点を有する。しかし、抗原が知られている場合には、遊離ペプチドを共インキュベーション中の抗原として使用すると、ex vivo システムでいくつかの成功がありました。免疫原性の適用のために、DCs 自身は露出の 8 モップから保護されるべきである。最後に、インビボ実験において、抗腫瘍免疫が可能である動物モデルで働くことが重要である。Transimmunization は、自然と適応免疫応答を開始するために体内で動作する活性化された、抗原特異的 Dc を作成することによって動作します。治療されたマウスにおける NK、CD4、または CD8 T 細胞の障害活動または欠如は、プロトコルの有効性5,11に影響を与える。
ここで説明するプロトコルは、マウス固体同系の腫瘍モデル用に最適化された原理証明ですが、多くの機会を明らかにしています。腫瘍学における ECP のメカニズムは単に解明されているだけであり、理解を改善する余地はまだまだある。より広義には、生理学的に活性化されたマウスおよびヒト DCs を生成し、抗原特異的免疫の方に選択的に誘導する能力は、癌を超えた多くの潜在的な用途を有する。同様のことを行うことができるが、その代わりに、ECP 自体の tolerizing の有効性によって示唆されるように、DCs を抗原特異的な耐性の方に向けることで、広範囲にわたる医学的影響もあります。この方法では、我々はツールを提供し、生理学的な DC 療法に興味を持っている人のための研究の生産性の道を開くことを願っています。
The authors have nothing to disclose.
この作業は、NIH-NCI 胞子付与 1 P50 CA121974 (r. Edelson、m. Girardi) によって支持されました。NIH がんセンター支援 3 P30 CA16359-28S1 (r. Edelson, m. Girardi) をサポートしています。ハワード・ヒューズ医学研究所トレーニングフェローシップ (Vassall);NY 心財団 (r. Edelson、a. ベンチュラ、Vassall、h. Ezaldein) があります。R01 CA196660-01 からボーゼンベルクに部分的なサポートが提供されました。
著者は、彼のメンタリング、指導、そして実験的な洞察力についてロバート・ Tigelaar 博士に感謝しています。我々は、フラウンホーファー IBMT、特にトルステン・・ノール博士の同僚に感謝し、ECP に相当する TI チャンバーの開発と提供を行いました。ニコラス Theodosakis は、YUMM 実験の初期段階を親切に助けました。私たちは、ボランティアの献血、インガー・クリステンセン、および彼女の専門スタッフであるイェール ECP 治療センターで、自発的な献血支援に感謝しています。ウェンデル・ヤーブローかとナタリア Issaeva 博士は、SCC61 と SCC61 ・ E6/7 細胞株を優しく共有してくれました。プロジェクトの技術支援については、ジュリア・ルイス博士に FACS プロトコルのアドバイスを、メネット、g. Tokmoulina、c. コートエール FACS コアで感謝します。TI のプレート内の細胞の映画の画像は、フェリックス・リベラ-モリーナの助けを借りて取得されました, 博士, 細胞生物学とイェール映画イメージングセンターの学部, イェール医科大学.映画の制作は、イェール医科大学コミュニケーションズ事務所シニアビデオプロデューサーのアンドリュー・オズボーンによって監修されました。
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 |