Summary

Muizen-lymfocyt Labeling door<sup> 64</sup> Cu-Antibody Receptor targeting voor<em> In Vivo</em> Celverkeer PET / CT

Published: April 29, 2017
doi:

Summary

Na de bereiding van een 64 Cu-gemodificeerd monoklonaal antilichaam dat aan een transgene muizen T-celreceptor, T-cellen radiogelabeld in vivo geanalyseerd op levensvatbaarheid functionaliteit labeling stabiliteit en apoptose en adoptief overgebracht in muizen met een luchtweg vertraagde hypersensitiviteit reactie voor niet-invasieve beeldvorming met positron emission tomography / computed tomography (PET / CT).

Abstract

Dit protocol illustreert de bereiding van 64 Cu en de chelator conjugatie / radioactief labelen van een monoklonaal antilichaam (mAb) gevolgd door muizen lymfocyt celkweek en 64 Cu-antilichaamreceptor targeting van cellen. In vitro evaluatie van het radiolabel en niet-invasief in vivo cell tracking in een diermodel van een luchtweg vertraagd type overgevoeligheidsreactie (DTHR) PET / CT beschreven.

In detail wordt de conjugatie van een mAb met de chelator 1,4,7,10-tetraazacyclododecaan-1,4,7,10-tetraazijnzuur (DOTA) weergegeven. Na de productie van radioactief 64 Cu, radiolabeling van de DOTA-geconjugeerde mAb beschreven. Vervolgens wordt de groei van kippen ovalbumine (COVA) -specifieke CD4 + interferon (IFN) -γ-producerende T helpercellen (cova-TH1) en de daaropvolgende radiolabeling van cova-TH1-cellen zijn afgebeeld. Verschillende in vitro technieken worden aan de ef evaluerenfects 64 Cu-radioactief merken van de cellen, zoals het bepalen van de cellevensvatbaarheid door trypan blauw exclusie, de kleuring voor apoptosis met Annexine V voor flowcytometrie en de beoordeling van de functionaliteit van IFN-γ-enzymgebonden immunosorbent assay (ELISA) . Bovendien is de bepaling van de radioactieve opname in de cellen en de etikettering stabiliteit beschreven. Dit protocol beschrijft verder hoe cell tracking studies uit te voeren in een diermodel voor de luchtwegen DTHR en derhalve wordt de inductie van cova-geïnduceerde acute luchtwegen VHTR bij BALB / c-muizen inbegrepen. Tenslotte wordt een robuuste PET / CT workflow inclusief beeldacquisitie, reconstructie en analyse weergegeven.

De 64 Cu-antilichaamreceptor targeting benadering daaropvolgende receptor internalisatie biedt een hoge specificiteit en stabiliteit, verminderde cellulaire toxiciteit en lage uitstroom tarieven in vergelijking met gewone PET-tracers voor cellulaire labelen, bijvoorbeeld 64 Cu-pyruvaldehyde bis (N4-methylthiosemicarbazone) (64 Cu-PTSM). Tenslotte onze aanpak maakt non-invasief in vivo cell tracking PET / CT met een optimale signaal-achtergrond-verhouding voor 48 uur. Deze experimentele benadering kan worden overgedragen op verschillende diermodellen en celtypen met membraangebonden receptoren die worden geïnternaliseerd.

Introduction

Niet-invasieve cell tracking is een veelzijdige tool om celfunctie, migratie en homing in vivo te controleren. Recente cell tracking studies zijn gericht op mesenchymale 1, 2 of beenmerg afgeleide stamcellen 3 in het kader van de regeneratieve geneeskunde, autologe perifere witte bloedcellen in ontsteking of T-lymfocyten in adoptieve celtherapie tegen kanker 3, 4. De opheldering van de sites van de actie en de onderliggende biologische principes van cellen gebaseerde therapieën is van enorm belang. CD8 + cytotoxische T-lymfocyten, genetisch gemanipuleerd chimeer antigen receptor (CAR) T-cellen of tumor infiltrerende lymfocyten (TIL's) werden algemeen beschouwd als de gouden standaard. Echter, tumor geassocieerde antigen-specifieke TH1 cellen bewezen een effectief alternatief behandelingsoptie 4, zijn </ sup> 5, 6, 7.

Als belangrijkste spelers in ontsteking, orgaan-specifieke auto-immuunziekten (zoals reumatoïde artritis of astma), en cellen van grote belangstelling voor immunotherapie van kanker, is het belangrijk om de tijdelijke distributie en homing patronen van Th1-cellen te karakteriseren. Invasieve in vivo imaging PET weer kwantitatief, uiterst gevoelige methode 8 celmigratie patronen onderzoeken in vivo homing en het plaatsen van T-cel responsen tijdens actie en ontsteking, allergieën, infecties of tumor-afstotende 9, 10, 11.

Klinisch 111In-oxine wordt gebruikt om leukocyten scintigrafie voor het onderscheiden van ontsteking en infectie 12, terwijl 2-deoxy-2- (18F) fluor-D-glucose (18F-FDG) wordt algemeen gebruikt voor cellulaire tracking studies PET 3, 13. Een belangrijk nadeel van deze PET tracer, echter de korte halfwaardetijd van de radionuclide 18F bij 109,7 min en de lage intracellulaire stabiliteit die belemmert beeldvorming op latere tijdstippen na adoptieve celoverdracht. Voor langere termijn in vivo cell tracking studies van PET, maar instabiel in de cellen, wordt 64 Cu-PTSM vaak gebruikt om niet-specifiek label cellen 14, 15 met minimale nadelige effecten op T cellevensvatbaarheid en functie 16.

Dit protocol beschrijft een werkwijze om nadelige effecten op cellevensvatbaarheid en functie in een T-celreceptor (TCR) -specifieke radiogelabelde mAb verder te verminderen. Ten eerste, de productie van radio-isotopen 64 Cu, de vervoeging van het mAb KJ1-26 met the chelator DOTA en de daaropvolgende 64 Cu-radioactief labelen getoond. In een tweede stap, de isolatie en expansie van cova-TH1 cellen van DO 11.10 donormuizen en het radioactief merken met 64 Cu-loaded DOTA-geconjugeerde mAb KJ1-26 (64 Cu-DOTA-KJ1-26) worden beschreven. De beoordeling van opnamewaarden en efflux van radioactiviteit met een dosiskalibrator en door y-telling, respectievelijk, en de evaluatie van de effecten van 64 Cu-radioactief merken op cellevensvatbaarheid door trypan blauw exclusie en functionaliteit met IFN-y ELISA worden . Voor niet-invasief in vivo cell tracking, het uitlokken van een muismodel van cova-geïnduceerde acute luchtwegen DTHR en beeldacquisitie PET / CT na adoptieve celoverdracht beschreven.

Bovendien kan deze benadering worden labeling doorgezet naar verschillende ziektemodellen murine T-cellen met verschillende TCR of algemene cellen plaats met membraangebonden receptoren of expressie markers onderliggende continu membraan 17 pendelen.

Protocol

Veiligheidsmaatregelen: Bij het hanteren van radioactiviteit, slaan 64 Cu achter 2-inch dikke lead stenen en gebruik respectieve afscherming voor schepen die activiteit. Gebruik de juiste tools waarmee indirect hanteren afgeschermde bronnen om direct contact met de hand te vermijden en de blootstelling aan radioactief materiaal te minimaliseren. Draag altijd stralingsdosimetrie controle badges en persoonlijke bescherming apparatuur en controleer jezelf en het werkgebied voor besmetting onmiddellijk aan te pak…

Representative Results

Figuur 1 vat de kenmerken van cova-TH1 cellen met 64 Cu-DOTA-KJ1-26-mAb en experimentele opzet voor de in vitro en in vivo studies die in dit protocol. Figuur 1: 64 Cu-DOTA-KJ1-26-mAb Labelling Process & Experimental Design. (A) Schematische weergave van radioact…

Discussion

Dit protocol geeft een betrouwbare en eenvoudige methode om stabiel radioactief cellen in vivo volgen van PET. Gebruik makend van deze methode, cova-TH1 cellen geïsoleerd en geëxpandeerd in vitro uit donor muizen kon worden radiogelabeld met 64 Cu-DOTA-KJ1-26-mAb en de homing werd gevolgd aan de longen perithymic LN als gebieden van COVA presentatie in een Cova-geïnduceerde acute luchtweg DTHR.

De modificatie van het mAb met de chelator vereist een snelle en e…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs danken dr Julia Mannheim, Walter Ehrlichmann, Ramona Stumm, Funda Cay, Daniel Bukala, Maren Harant evenals Natalie Altmeyer voor de steun tijdens de experimenten en data-analyse. Dit werk werd ondersteund door de Werner Siemens-Stichting, de DFG door de SFB685 (project B6) en Fortune (2309-0-0).

Materials

HCl, Suprapur Merck, Darmstadt, Germany 1.00318 64Cu production
Methanol, Suprapur Merck, Darmstadt, Germany 1.06007 64Cu production
Isopropanol, Suprapur Merck, Darmstadt, Germany 1.0104 64Cu production
Pt/Ir (90/10) plate Ögussa Custom made 64Cu production
PEEK chamber Ögussa Custom made 64Cu production
64Ni Chemotrade 64Cu production
Polygram SIL G/UV 254 plate Macherey-Nagel 805021 64Cu production
Ion exchange column BioRad AG1-X8 64Cu production
Solid state target system for PETtrace WKL costum made 64Cu production
64Cu work-up module WKL costum made 64Cu production
Dose calibrator Capintec CRC-25R
PETtrace cyclotron General Electric Medical Systems
DOTA-NHS Macrocyclics B-280 DOTA-conjugation
Anti-cOVA-TCR antibody (KJ1-26) Isolated from hybridoma cell culture DOTA-conjugation
Na2HPO4 Sigma-Aldrich 71633 DOTA-conjugation
H+ Chelex 100 Sigma-Aldrich C7901 DOTA-conjugation
Amicon Ultra-15 filter unit Merck Millipore UFC910008 DOTA-conjugation
Rotipuran ultrapure water Carl Roth HN68.3 DOTA-conjugation
Ammonium acetate Sigma-Aldrich 32301 DOTA-conjugation
PBS University Tuebingen DOTA-conjugation
Micro Bio-spin P-6 column Bio-Rad Laboratories 7326221 DOTA-conjugation
Sodium citrate Sigma-Aldrich 71497 DOTA-conjugation
Cyclone Plus PhosphorImager  Perkin-Elmer L2250116 DOTA-conjugation
DMEM Merck Millipore 102568 ingredient for T cell medium 
FCS Merck Millipore S0115/1004B ingredient for T cell medium 
Sodium pyruvate Merck Millipore L0473 ingredient for T cell medium 
MEM-amino acids Merck Millipore K0293 ingredient for T cell medium 
HEPES  Merck Millipore L 1613 ingredient for T cell medium 
 Penicillin/Streptomycin Merck Millipore A2212 ingredient for T cell medium 
0.05 mM 2-β-mercaptoethanol Sigma-Aldrich M3148 ingredient for T cell medium 
DO11.10 mice in-house breeding TH1 cell culture
DPBS Gibco 14190144 TH1 cell culture
Cell strainer 40 µm  Corning 352340 TH1 cell culture
ACK Lysing Buffer Lonza 10-548E TH1 cell culture
CD4 MicroBeads, mouse Miltenyi Biotech 130-097-145 TH1 cell culture
QuadroMACS separator Miltenyi Biotech 130-090-976 TH1 cell culture
LS column Miltenyi Biotech 130-042-401 TH1 cell culture
anti-CD4 antibody (Gk1.5) Isolated from hybridoma cell culture TH1 cell culture
anti-CD8 antibody (5367.2) Isolated from hybridoma cell culture TH1 cell culture
Anti-rat antibody (MAR18.5) Isolated from hybridoma cell culture TH1 cell culture
Rabbit complement MA tebu-Bio CL3221 TH1 cell culture
Anti-IL-4 antibody (11B11) Isolated from hybridoma cell culture TH1 cell culture
cOVA 323-339-peptide  EMC-micro-collections Custom order TH1 cell culture
CPG1668-oligonucleotides Eurofins MWG Operon Custom order TH1 cell culture
IL-2 Novartis 65483-116-07 TH1 cell culture
96-well plates Greiner  655180 TH1 cell culture
24-well plates Greiner  662160 TH1 cell culture
cell culture flask Greiner  660175 TH1 cell culture
48-well plates Greiner  677 180 cell labeling
Gammacell 1000 Best Theratronics via inquiry 
Gulmay RT225 Gulmay via inquiry 
Trypan blue Merck Millipore L6323 in vitro evaluation
Mouse IFN-γ ELISA BD Biosciences 558258 in vitro evaluation
PE Annexin V Apoptosis Detection Kit  BD Biosciences 559763 in vitro evaluation
Tube 5 ml Sarstedt 55.476 in vitro evaluation
Round-bottom tubes  BD Biosciences 352008 in vitro evaluation
Wizard γ-counter Perkin-Elmer 2480-0010 in vitro evaluation
ELISA Reader MultiscanEX Thermo Fisher Scientific 51118177 in vitro evaluation
Microscope Leica via inquiry  in vitro evaluation
BD LSRII  BD Biosciences via inquiry  in vitro evaluation
BALB/c mice Charles River 028 in vivo cell trafficking
Aluminum gel Serva Electrophoresis 12261.01 in vivo cell trafficking
Xylazine Bayer HealthCare Ordered via University hospital in vivo cell trafficking
Ketamine Ratiopharm Ordered via University hospital in vivo cell trafficking
Isoflurane CP-Pharma Ordered via University hospital in vivo cell trafficking
30G needle BD Biosciences 304000 in vivo cell trafficking
Syringe BD Biosciences 11612491 in vivo cell trafficking
Capillaries 10 µl VWR 612-2439
Inveon PET scanner Siemens Healthineers no longer available in vivo cell trafficking, alternative companies: Bruker, Mediso 
Inveon SPECT/CT scanner Siemens Healthineers no longer available in vivo cell trafficking
Inveon Research Workplace Siemens Healthineers image analysis, alternative software: Pmod

References

  1. Cerri, S., et al. Intracarotid Infusion of Mesenchymal Stem Cells in an Animal Model of Parkinson’s Disease, Focusing on Cell Distribution and Neuroprotective and Behavioral Effects. Stem Cells Trans Med. 4 (9), 1073-1085 (2015).
  2. Hasenbach, K., et al. Monitoring the glioma tropism of bone marrow-derived progenitor cells by 2-photon laser scanning microscopy and positron emission tomography. Neuro Oncol. 14 (4), 471-481 (2012).
  3. Sood, V., et al. Biodistribution of 18F-FDG-Labeled Autologous Bone Marrow – Derived Stem Cells in Patients With Type 2 Diabetes Mellitus. Clin Nucl Med. 40 (9), 697-700 (2015).
  4. Perez-Diez, A., et al. CD4 cells can be more efficient at tumor rejection than CD8 cells. Blood. 109 (12), 5346-5354 (2007).
  5. Muranski, P., Restifo, N. P. Adoptive immunotherapy of cancer using CD4+ T cells. Curr. Opin. Immunol. 21 (2), 200-208 (2009).
  6. Braumuller, H., et al. T-helper-1-cell cytokines drive cancer into senescence. Nature. 494 (7437), 361-365 (2013).
  7. Kochenderfer, J. N., et al. Eradication of B-lineage cells and regression of lymphoma in a patient treated with autologous T cells genetically engineered to recognize CD19. Blood. 116 (20), 4099-4102 (2010).
  8. Cherry, S. R. Fundamentals of Positron Emission Tomography and Applications in Preclinical Drug Development. J. Clin. Pharmacol. 41 (5), 482-491 (2001).
  9. Tavaré, R., et al. An Effective Immuno-PET Imaging Method to Monitor CD8-Dependent Responses to Immunotherapy. Cancer Res. 76 (1), 73-82 (2016).
  10. Tavaré, R., et al. Engineered antibody fragments for immuno-PET imaging of endogenous CD8+ T cells in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111 (3), 1108-1113 (2014).
  11. Dobrenkov, K., et al. Monitoring the Efficacy of Adoptively Transferred Prostate Cancer-Targeted Human T Lymphocytes with PET and Bioluminescence Imaging. J Nucl Med. 49 (7), 1162-1170 (2008).
  12. Rini, J. N., et al. PET with FDG-labeled Leukocytes versus Scintigraphy with 111In-Oxine-labeled Leukocytes for Detection of Infection. Radiology. 238 (3), 978-987 (2006).
  13. Ritchie, D., et al. In vivo tracking of macrophage activated killer cells to sites of metastatic ovarian carcinoma. Cancer Immunol. Immunother. 56 (2), 155-163 (2006).
  14. Adonai, N., et al. Ex vivo cell labeling with 64Cu-pyruvaldehyde-bis(N4-methylthiosemicarbazone) for imaging cell trafficking in mice with positron-emission tomography. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (5), 3030-3035 (2002).
  15. Huang, J., Lee, C. C. I., Sutcliffe, J. L., Cherry, S. R., Tarantal, A. F. Radiolabeling Rhesus Monkey CD34+ Hematopoietic and Mesenchymal Stem Cells with 64Cu-Pyruvaldehyde-Bis(N4-Methylthiosemicarbazone) for MicroPET Imaging. Mol. Imaging. 7 (1), (2008).
  16. Griessinger, C. M., et al. In Vivo Tracking of Th1 Cells by PET Reveals Quantitative and Temporal Distribution and Specific Homing in Lymphatic Tissue. J Nucl Med. 55 (2), 301-307 (2014).
  17. Griessinger, C. M., et al. 64Cu antibody-targeting of the T-cell receptor and subsequent internalization enables in vivo tracking of lymphocytes by PET. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112 (4), 1161-1166 (2015).
  18. McCarthy, D. W., et al. Efficient production of high specific activity 64Cu using a biomedical cyclotron. Nucl. Med. Biol. 24 (1), 35-43 (1997).
  19. Kalkhof, S., Sinz, A. Chances and pitfalls of chemical cross-linking with amine-reactive N-hydroxysuccinimide esters. Anal. Bioanal. Chem. 392 (1), 305-312 (2008).
  20. Bedoya, S. K., Wilson, T. D., Collins, E. L., Lau, K., Larkin Iii, ., J, Isolation and Th17 Differentiation of Naive CD4 T Lymphocytes. J Vis Exp. (79), e50765 (2013).
  21. Flaherty, S., Reynolds, J. M. Mouse Naive CD4+ T Cell Isolation and In vitro Differentiation into T Cell Subsets. J Vis Exp. (98), e52739 (2015).
  22. Judenhofer, M., Wiehr, S., Kukuk, D., Fischer, K., Pichler, B. Chapter 363. Small Animal Imaging. Basics and Practical Guide. , 363-370 (2011).
  23. Phelps, M. E. . PET. Molecular Imaging and Its Biological Applications. , 93-101 (2004).
  24. Wu, A. M. Antibodies and Antimatter: The Resurgence of Immuno-PET. JNM. 50 (1), 2-5 (2009).
  25. Lewis, M. R., et al. In vivo evaluation of pretargeted 64Cu for tumor imaging and therapy. J Nucl Med. 44 (8), 1284-1292 (2003).
  26. Boswell, C. A., et al. Comparative in vivo stability of copper-64-labeled cross-bridged and conventional tetraazamacrocyclic complexes. J Med Chem. 47 (6), 1465-1474 (2004).
  27. Ghosh, S. C., et al. Comparison of DOTA and NODAGA as chelators for (64)Cu-labeled immunoconjugates. Nucl Med Biol. 42 (2), 177-183 (2015).
  28. Johnson, T. E., Birky, B. K. . Health Physics and Radiological Health. , (2011).
  29. Helmchen, F., Denk, W. Deep tissue two-photon microscopy. Nat Meth. 2 (12), 932-940 (2005).

Play Video

Cite This Article
Hoffmann, S. H. L., Maurer, A., Reck, D. I., Reischl, G., Pichler, B. J., Kneilling, M., Griessinger, C. M. Murine Lymphocyte Labeling by 64Cu-Antibody Receptor Targeting for In Vivo Cell Trafficking by PET/CT. J. Vis. Exp. (122), e55270, doi:10.3791/55270 (2017).

View Video