B hücre tedavilerinin incelenmesi için CRISPR / Cas9 ve rekombinant adeno ilişkili virüs serotip 6 kullanarak primer rhesus makak B hücrelerinin kültürlenmesi ve gen düzenlenmesi için bir yöntem sunuyoruz.
B hücreleri ve soyları, yüksek oranda eksprese edilen antikorların kaynaklarıdır. Yüksek protein ekspresyon yetenekleri, bollukları, periferik kan yoluyla kolay erişilebilirlikleri ve basit evlat edinme transferlerine uygunlukları, onları rekombinant antikorları veya diğer terapötik proteinleri ifade etmek için gen düzenleme yaklaşımları için çekici bir hedef haline getirmiştir. Fare ve insan birincil B hücrelerinin gen düzenlemesi verimlidir ve in vivo çalışmalar için fare modelleri umut vaat etmiştir, ancak daha büyük hayvan modelleri için fizibilite ve ölçeklenebilirlik şu ana kadar gösterilmemiştir. Bu nedenle, bu tür çalışmaları mümkün kılmak için rhesus makak primer B hücrelerini in vitro olarak düzenlemek için bir protokol geliştirdik. CRISPR / Cas9 kullanarak periferik kan mononükleer hücrelerinden veya splenositlerden primer rhesus makak B hücrelerinin in vitro kültürü ve gen düzenlemesi için koşullar bildirilmiştir. Büyük (<4.5 kb) kasetlerin hedeflenen entegrasyonunu sağlamak için, tetrasiklin özellikli kendi kendini susturan adenoviral yardımcı vektör kullanılarak homolojiye yönelik bir onarım şablonu olarak rekombinant adeno ilişkili virüs serotip 6'nın hazırlanması için hızlı ve etkili bir protokol dahil edilmiştir. Bu protokoller, rhesus makaklarında prospektif B hücresi terapötiklerinin incelenmesini sağlar.
B hücreleri humoral bağışıklığın temelidir. Konyak antijeni ve ikincil sinyaller tarafından aktivasyon üzerine, naif B hücreleri germinal merkez B hücrelerine, hafıza B hücrelerine ve plazma hücrelerine yol açar1. İkincisi, şu anda mevcut olan aşıların çoğunun koruyucu işlevlerine aracılık eden salgılanan antikorların kaynağıdır2. Plazma hücreleri, seruma çok miktarda antikor salgıladıkları için antikor fabrikaları olarak tanımlanmıştır – yaklaşık 2 ng / gün / hücre3, 7-16 g / L serum tutarındadır ve antikorları serum4’teki en bol üç proteinden biri haline getirir. B hücreleri kanda bol miktarda bulunur ve bu nedenle kolayca elde edilebilir ve bir bireye geri enjekte edilebilir.
Bu özellikler, B hücrelerini, B hücresi reseptörünü (BCR) gen düzenleme ve insan immün yetmezlik virüsüne (HIV) karşı geniş ölçüde nötralize edici antikorları (bNAbs) ifade etme çabalarının bir hedefi haline getirmiştir 5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 ve diğer proteinler 16, 17,18,19,20,21. Bu tür yaklaşımlar, in vivo 7,8,10,11,16,22 numaralı fare çalışmalarında potansiyel göstermiştir. Bununla birlikte, klinik çeviri 9,15,23 için, aralarında terapötik etkinliğin güvenliği, süresi ve büyüklüğünün yanı sıra insan olmayan primatlar (NHP’ler) gibi daha büyük hayvanlara ölçeklendirme gibi çeşitli engellerin üstesinden gelinmelidir. Gerçekten de, NHP’ler ve özellikle antikor ve HIV araştırmalarında uzun bir geçmişe sahip olan rhesus makakları24,25, bu parametreleri test etmek için en uygun modeldir.
Burada, bu sorunların ele alınmasını sağlayan protokoller geliştirdik. Bugüne kadar, az sayıda çalışma rhesus makak B hücrelerini ex vivo olarak kültürlemeye çalışmıştır ve rhesus makak B hücrelerinin saflaştırılması için sadece CD20 kullanılarak pozitif seleksiyon bildirilmiştir26,27,28. El değmemiş rhesus makak B hücrelerinin diğer hücre tiplerinin negatif tükenmesi ile izolasyonu için bir protokol oluşturduk. Ayrıca, rhesus makak B hücrelerinin hedeflenen gen düzenlemesi için kültürleme koşulları tanımlanmıştır. Bu protokol, kültürlenmiş rhesus makak B hücrelerini gen düzenlemek için homolojiye yönelik onarım şablonu (HDRT) olarak CRISPR / Cas9 ribonükleoproteinlerin (RNP’ler) ve rekombinant adeno ilişkili virüs serotip 6’nın (rAAV6) kullanımını özetlemektedir. Bu protokol kullanılarak, büyük (~1,5 kb) kesici uçlarla %40’a varan düzenleme verimlilikleri elde edildi. Ayrıca, HDRT’lerin bu formatta hızlı bir şekilde test edilmesini sağlamak için tetrasiklin etkin, kendi kendini susturan bir adenoviral yardımcı29 kullanarak rAAV6 üretmek için hızlı ve uygun maliyetli bir yöntem sunuyoruz. Kombine olarak, bu protokoller rhesus makak B hücrelerinin gen düzenlemesi için etkili bir iş akışını tanımlar (Şekil 1), B hücresi terapilerinin bir NHP modelinde değerlendirilmesini sağlar.
Deneylere başlamak için, donör materyali ticari kaynaklardan sipariş edilebilir veya flebotomiler veya splenektomi ile elde edilebilir. Bu çalışmada, flebotomiler ve kan toplanması daha önce tarif edildiği gibi30 antikoagülan EDTA kullanılarak gerçekleştirildi. Dallak, primer rhesus makak B hücrelerini elde etmek için, parsiyel (%25-%50) veya total splenektomiler daha önce bildirilen teknikler kullanılarak gerçekleştirildi31. Hayvanlar ameliyattan önce bir gecede oruç tutuldu. Kısaca, ameliyat sırasında, karın kırpıldı ve üç kez alternatif klorheksidin ve% 70 izopropil alkol ovma ile hazırlandı. Dalağı tanımlamak ve izole etmek için karın içinde bir kesi (5-10 cm) yapıldı. Dalağın vaskülatürü dikişlerle veya vasküler kelepçelerle bağlandı. Kesi 4-0 PDS polidioksanon sütürlerle iki kat halinde kapatıldı. Splenektomi bireysel bir hayvan için tek bir kez yapıldı. Tek hücreli süspansiyonlar makak dalaklarından hücre süzgeçleri vasıtasıyla maserasyon yoluyla hazırlandı. Kan ve dalak hücre süspansiyonlarından elde edilen mononükleer hücreler, yoğunluk gradyanı santrifüjleme kullanılarak hazırlandı ve sıvı azotta depolandı.
Burada sunulan protokoller, HDRT’ler olarak rAAV6’ların yüksek verimini ve titrelerini üretmek için hızlı ve verimli bir yöntem ve in vitro olarak primer rhesus makak B hücrelerini verimli bir şekilde gen düzenlemek için yeni yöntemler sağlar.
rAAV6 üretim protokolü nispeten basit ve hızlıdır ve aşırı emek harcamadan aynı anda birçok farklı yapının üretilmesine ve test edilmesine olanak tanır. İstenirse, rAAV6, tampon değişimi ve konsantrasyonundan önce iyodiksanol gradyanı ultrasantrifüjleme34 veya sulu iki fazlı bölümleme35 gibi yerleşik protokoller kullanılarak daha da saflaştırılabilir.
Genel verimi azaltmasına rağmen, rAAV6’nın çoğunluğu ortam 36’ya salındığından ve hücre peletinden saflaştırma daha fazla maliyet ve işçilik eklediğinden, rAAV6 saflaştırması için sadece serumla indirgenmiş hücre kültürü ortamını kullanmayı tercih ettik. Kendiliğinden inaktive olan adenoviral yardımcının kullanımı, verimi ortalama 30-40 kat artırdı ve AAV6’ya paketlenmiş yapıların tek bir 15 cm’lik tabakta test edilmesine izin verdi. Saflaştırma yöntemimiz temel olmasına rağmen, bu yöntemi kullanarak, çeşitli hücre hatları veya diğer birincil hücreler kullanılarak transdüksiyondan sonra gen düzenleme verimliliğinde veya hücre canlılığında nispeten az partiden partiye varyasyon elde ediyoruz (veriler gösterilmemiştir).
İstenmeyen popülasyonların negatif tükenmesini kullanarak el değmemiş birincil B hücrelerini elde etmek için bir rhesus makak B hücre saflaştırma protokolü geliştirdik. Bu hücrelerin gen düzenlemesi için gerekli olmasa da, diğer hücre tiplerinin deneysel hedeflere müdahale etmesi durumunda, bu veya diğer uygulamalar için nispeten saf bir primer rhesus makak B hücresi popülasyonu elde etmenin bir yolunu sağlar. Bununla birlikte, saflık, genel B hücresi veriminin azalması pahasına gelir. Özellikle, hem zenginleştirilmiş hem de zenginleştirilmemiş B hücre kültürleri için, ilk PBMC veya splenosit preparatlarındaki B hücrelerinin fraksiyonu çok önemlidir. Özellikle PBMC’ler için, deneyler için yüksek sayıda B hücresi elde etmek için periferik kanda yüksek oranda B hücresi bulunan bireyler için farklı makakların taranmasını öneririz, çünkü bu değer bireyler arasında önemli ölçüde farklılık gösterebilir27. PBMC’ler düzenli kanama veya lökoferez42 ile elde edilebilir.
Gen düzenleme protokolü, tipik olarak nakavtın %60-80’i ve nakavt B hücrelerinin %5-20’si arasında etkili gen düzenlemesine yol açar, ancak %90’a kadar BCR nakavt ve %40 BCR knock-in B hücrelerine ulaştık (Şekil 5 ve Şekil 6).
Rhesus makak B hücrelerinin verimli bir şekilde düzenlenmesi için ana parametreler, sgRNA’nın kesme verimliliği, elektroporasyon parametreleri, MOI ve rAAV6 preparatının kalitesidir. Aday sgRNA’ların kesme verimlilikleri, HDRT’nin optimum düzenlenmesine ve tasarımına izin vermek için ampirik olarak belirlenmelidir. Burada sunulan elektroporasyon parametreleri, düzenlenmiş B hücrelerinin en yüksek yüzdesi yerine maksimum toplam düzenlenmiş B hücresi sayısını elde etmek için verimliliği uygulanabilirlikle dengeler. Düzenlenmiş hücrelerin daha yüksek bir yüzdesi gerekiyorsa, daha fazla hücre ölümü gözlenebilse de, artan voltajlar (1.750 V’a kadar) veya değiştirilmiş darbe uzunlukları (10-30 ms) önerilir. Ayrıca, aynı bireyden PBMC’lerden gelen B hücrelerine kıyasla dalak B hücrelerinde biraz daha yüksek düzenleme verimlilikleri kaydettik (Şekil 5); Ancak, bunun altında yatan neden şu anda bilinmemektedir.
Elektroporasyondan sonra% 1 DMSO ilavesinin, diğer hücrelerdeki raporlara paralel olarak, hücre canlılığını etkilemeden rhesus makak B hücrelerinde gen düzenleme verimliliğini ~% 40 oranında önemli ölçüde artırdığını bulduk (Şekil 6A-C)43. Bununla birlikte,% 1 DMSO’da genişletilmiş kültürden kaçınılmalıdır ve hücre canlılığını etkileyebilir. İstenirse DMSO tamamen çıkarılabilir.
Hücrelerin rAAV6 ile birlikte birkaç saat elektroporasyondan sonra küçük bir hacimde kültürlenmesi, muhtemelen HDRT’nin rAAV6 tarafından daha iyi transdüksiyonu ve dolayısıyla Cas9’un aktif olduğu ilgili zamanda daha yüksek hücre içi HDRT konsantrasyonu nedeniyle daha yüksek düzenleme verimliliğine yol açar. Hücrelerin 8 saate kadar bu şekilde kültürlenmesinin hücre canlılığını etkilemediğini, ancak düzenleme verimliliklerinin 5 saatin ötesinde önemli ölçüde artmadığını bulduk (Şekil 6). Knock-in yerine yalnızca knock-out gerekiyorsa, bu adım atlanabilir.
Sonuç olarak, rhesus makak B hücrelerinin in vitro gen düzenlemesi ve istenen yapıların verimli bir şekilde knock-in edilmesi için gerekli olan rAAV6 HDRT üretimi için kapsamlı protokoller sunuyoruz. Bu protokoller, rAAV6 olarak paketlenmiş birçok yapının hızlı, uygun maliyetli bir şekilde test edilmesini sağlar ve B hücresi terapilerinin fizibilitesinin ve ölçeklenebilirliğinin daha alakalı bir insan dışı primat modelinde klinik öncesi testini sağlar.
The authors have nothing to disclose.
RC1 antijenini sağladıkları için Harry B. Gristick ve Pamela Bjorkman’a ve eleştirel tartışmalar için tüm Nussenzweig ve Martin laboratuvarlarına teşekkür ederiz. Bu çalışma, Bill ve Melinda Gates Vakfı hibesi INV-002777 (M.C.N.’ye) ve Ulusal Alerji ve Bulaşıcı Hastalıklar Enstitüsü, Ulusal Sağlık Enstitüleri Intramural Araştırma Programı tarafından desteklenmiştir. (R.G. ve M.A.M). M.C.N. bir HHMI Araştırmacısıdır.
1.5 mL tube sterile, Dnase, Rnase and purogen free | Stellar Scientific | T17-125 | or similar |
10 mL serological pipette, polystyrene, sterile, nonpyrogenic, DNase-/RNase-free, and Human DNA-free | Corning | 4488 | or similar |
15 cm tissue culture dish | Falcon | 353025 | or similar |
15 mL polypropylene conical tybe | Falcon | 352097 | or similar |
25 mL serological pipette, polystyrene, sterile, nonpyrogenic, DNase-/RNase-free, and Human DNA-free | Corning | 4489 | or similar |
250 mL polypropylene conical tybe | Corning | 430776 | or similar |
293AAV cell line | Cell Biolabs | AAV-100 | |
2-B-mercapto-ethanol, 55mM (1000x) | Gibco | 21985-023 | |
48-well tissue culture plate | Corning | 3548 | or similar |
5 mL serological pipette, polystyrene, sterile, nonpyrogenic, DNase-/RNase-free, and Human DNA-free | Corning | 4487 | or similar |
5 mL syringes with Luer-Lok Tip | BD | 309646 | or similar |
50 mL polypropylene conical tybe | Falcon | 352070 | or similar |
50 mL serological pipette, polystyrene, sterile, nonpyrogenic, DNase-/RNase-free, and Human DNA-free | Corning | 4490 | or similar |
6-well tissue culture plate | Falcon | 353046 | or similar |
AAV-6 Packaging System (plasmids) | Cell Biolabs | VPK-406 | |
AAV6 Reference Materials (full capsids) | Charles River | RS-AAV6-FL | |
Accu-jet S Pipette Controller | Brand | 26350 | or similar pipette controller |
Antibiotic/Antimycotic 100x | Gibco | 15260-062 | |
anti-human CD14 AlexaFluor647 | Biolegend | 301812 | |
anti-human CD14 biotin | BioLegend | 301826 | |
anti-human CD16 AlexaFluor700 | BD Biosciences | 557920 | |
anti-human CD16 biotin | BioLegend | 302004 | |
anti-human CD20 PECy7 | Biolegend | 302312 | |
anti-human CD3 biotin | Thermo Fisher | APS0309 | |
anti-human CD3 PE | BD Biosciences | 552127 | |
anti-human CD33 biotin | Miltenyi | 130-113-347 | |
anti-human CD64 biotin | BioLegend | 305004 | |
anti-human CD66 biotin | Miltenyi | 130-100-143 | |
anti-human CD89 biotin | BioLegend | 354112 | |
anti-human CD8a biotin | BioLegend | 301004 | |
anti-human HLA-DR BV605 | Biolegend | 307640 | |
anti-human Ig light chain lambda APC | Biolegend | 316610 | |
anti-human IgM BV421 | Biolegend | 314516 | |
anti-Human Kappa Light Chain FITC | Fisher Scientific | A18854 | |
Autoclave | Steris | Amsco Lab 250 | or similar |
Cell culture CO2 incubator | Fisher Scientific | 51026331 | or similar |
Centrifugal Filter Unit (Amicon Ultra – 4, 100 kDa) | Millipore | UFC810024 | |
Centrifuge 5920 R | Eppendorf | EP022628188 | or any other, coolable swinging bucket centrifuge with inserts for 96-well plates, 15, 50 and 250 mL size tubes |
Chloroform | Fisher Scientific | C298SK-4 | |
Cpg ODN | Invivogen | tlrl-2395 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | 34869-500ML | |
DMEM, High Glucose | Gibco | 11965092 | |
DNaseI (RNase-free) | New England Biolabs | M0303L | |
DPBS, no calcium, no magnesium | Gibco | 14190144 | |
Electroporation kit (Neon Transfection System 10 µL) | Fisher Scientific | MPK1096 | or other sizes or 100 uL transfection kit MPK 10096 |
Electroporation system (Neon Transfection System) | Fisher Scientific | MPK5000 | |
FCS | Hyclone | SH30910.03* | |
Ficoll-PM400 (Ficoll-Paque PLUS) | Cytiva | 17144002 | or similar |
Fume Hood | Fisher Scientific | FH3943810244 | or similar |
Glutamine 200 mM | Gibco | 25030-081 | |
Graduated Cylinder 1L | Corning | 3022-1L | or similar |
Hemocytometer | Sigma-Aldrich | Z375357-1EA | or similar |
HEPES 1M | Gibco | 15630-080 | |
HEPES 1M | Gibco | 15630-080 | |
Hot Plate Magnetic Stirrer | Fisher Scientific | SP88857200 | or similar |
Human BAFF | Peprotech | 310-13 | |
Human BD Fc Block | BD | 564220 | |
Human IL-10 | Peprotech | 200-10 | |
Human IL-2 | Peprotech | 200-02 | |
Hydrochloric acid | Fisher Scientific | A144S-500 | |
Hydrophilic Polyethersulfone Syringe Filters, (Supor membrane), Sterile – 0.2 µm, 25 mm | Pall | 4612 | |
Insulin-Transferin-Selenium, 100x | Gibco | 41400-045 | |
ITR primer forward: GGAACCCCTAGTGATGGAGTT | Integrated DNA Technologies | custom | |
ITR primer reverse: CGGCCTCAGTGAGCGA | Integrated DNA Technologies | custom | |
Laminar flow biosafety cabinet | The Baker Company | SG403A | or similar |
Large magnetic depletion (LD) Column | Miltenyi Biotec | 130-042-901 | |
Magentic seperator (MidiMACS separator and multistand) | Miltenyi Biotec | 130-090-329 | |
Magnetic stir bar | Fisher Scientific | 14-512-127 | or similar |
Magnetic streptavidin beads (Streptavidin MicroBeads) | Miltenyi Biotec | 130-048-101 | |
Maxiprep kit | Machery-Nagel | 740414.5 | or similar |
Media Bottles 2L with cap | Cole-Parmer | UX-34514-26 | or similar |
MegaCD40L | Enzo | ALX-522-110-C010 | |
MicroAmp Optical 384-well Reaction Plate | Fisher Scientific | 4309849 | |
MicroAmp Optical Adhesive Film | Fisher Scientific | 4311971 | |
Microcentrifuge 5424 R | Eppendorf | 5404000014 | or any other table top centrifuge for 1.5 mL tubes |
Microwave oven | Panasonic | NN-SD987SA | or similar |
Nikon TMS Inverted Phase Contrast Microscope | Nikon | TMS | or any other Inverted phase-contrast microscope for cell culture |
Non-essential amino acids, 100x | Gibco | 11140-050 | |
Nuclease-free Duplex buffer | Integrated DNA Technologies | 11-01-03-01 | |
Nuclease-free Water | Qiagen | 129115 | |
pH meter | Mettler Toledo | 30019028 | or similar |
Pipetman Classic Starter Kit, 4 Pipette Kit, P2, P20, P200, P1000 and tips | Gilson | F167380 | or similar set of pipettes and tips |
Pluronic F-68 10 % | Gibco | 24040-032 | |
Polyethylene Glycol 8000 | Fisher Scientific | BP233-1 | |
Polyethylenimine, Linear, MW 25000, Transfection Grade (PEI 25K | Polysciences | 23966-100 | |
Precision Balance | Mettler Toledo | ME4001TE | or similar |
Pre-Separation Filters (30 µm) | Miltenyi Biotec | 130-041-407 | |
Pyrex glass beaker 2 L | Cole-Parmer | UX-34502-13 | or similar |
Pyrex glass beaker 250 mL | Millipore Sigma | CLS1000250 | or similar |
qPCR Instrument | Fisher Scientific | 4485691 | or similar |
RC1 antigen randomly biotinylated | Bjorkman lab, CalTech | in house | |
RPMI-1640 | Gibco | 11875-093 | |
S.p. Cas9 Nuclease | Integrated DNA Technologies | 1081059 | |
Scientific 1203 Water Bath | VWR | 24118 | or any water bath set to 37 °C |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | S7653-5KG | |
Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | S8045-500G | |
Sodium Pyruvate 100 mM | Gibco | 11360-070 | |
Sterile Disposable Filter Units with PES Membranes | Thermo Scientific Nalgene | 567-0020 | |
Streptavidin-PE | BD Biosciences | 554061 | |
SYBR Green Master Mix | Fisher Scientific | A25742 | |
Tetracycline-enabled, self-silencing adenoviral vector RepCap6 | Oxgene | TESSA-RepCap6 | |
Trypan Blue Solution, 0.4% | Gibco | 15250061 | |
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | Gibco | 25300054 | |
Water Purification System | Millipore Sigma | ZEQ7000TR | or similar |
Zombie-NIR | Biolegend | 423106 |