がん細胞によるナチュラルキラー(NK)細胞介在の根絶の回避は、がんの開始と進行に重要です。ここでは、肝腫瘍細胞に対するNK細胞媒介性細胞毒性を評価するための非放射活性ベースの2つのプロトコルを紹介する。さらに、NK細胞の移動を分析するための第3のプロトコルが提示されます。
ナチュラルキラー(NK)細胞は、自然免疫系の細胞傷害性リンパ球集団のサブセットであり、病原体感染細胞、悪性細胞、ストレス細胞を除去することによって防御の第一線として参加する。NK細胞ががん細胞を根絶する能力は、がんとの闘いにおいて重要なツールとなります。いくつかの新しい免疫ベースの治療法は、NK細胞活性を高めるか、NK細胞媒介性根絶に対する癌細胞の感受性を高めることに依存する癌治療のために調査中である。しかし、これらの治療的アプローチを効果的に開発するためには、NK細胞媒介性細胞傷害性および移行をモニターするための費用対効果の高いインビトロアッセイも必要である。ここでは、がん細胞(または他の標的細胞)に対するNK細胞細胞傷害の影響を確実かつ再現的に監視できる2つのin vitroプロトコルを紹介します。これらのプロトコルは、非放射能ベースで、セットアップが簡単で、ハイスループットスクリーニングのためにスケールアップできます。また、NK細胞の移動を定量的にモニタリングするフローサイトメトリーベースのプロトコルも紹介し、ハイスループットスクリーニングのためにスケールアップすることもできます。これらの3つのプロトコルをまとめて、細胞が機能不全の標的細胞を根絶する能力に必要なNK細胞活性の主要な側面を監視するために使用することができる。
非自己を識別し、異物を根絶する人体の能力は、病原体および悪性腫瘍に対する人間の生存の鍵である1.ヒト免疫応答は、このプロセス2、3、4において最も重要な役割を果たしている。主要な特性と機能に基づいて、人間の免疫システムは、適応免疫系と自然免疫系の2つの主要な官能グループに大きく分類することができます。適応免疫系は、典型的には所定の病原体に特異的であり、免疫学的記憶を有し、したがって、同じ病原体5、6、7、8、9による将来の再感染に対して長期的かつ応答性である。対照的に、自然免疫は、その標的根絶においてはるかに広く、比較的非特異的である。したがって、典型的には、自然免疫応答は、免疫学的防御10の第一線として機能する。ナチュラルキラー(NK)細胞は自然免疫系に属し、循環リンパ球全体の10〜15%を表す11。NK細胞は、2つの主要なメカニズムを介して標的細胞を根絶する。まず、活性化リガンドを発現する標的細胞に結合すると、NK細胞は、エキソサイトーシスを介して膜破壊タンパク質パープロリンおよびセリンプロテアーゼの顆粒を放出し、これは標的細胞12、13、14、15においてアポトーシスを共同で誘導する。さらに、FasLおよび腫瘍壊死因子関連アポトーシス誘導リガンド(TRAIL)を発現するNK細胞は、死性受容体を発現する標的細胞(Fas/CD95)と相互作用し、カスパーゼ依存性アポトーシス16に至る。最も重要なことは、NK細胞は、病原体感染細胞または悪性細胞を根絶するために、抗原提示などの事前刺激を必要としないことです。したがって、通常、それらはすぐに殺す状態17、18です。腫瘍の発生と進行を阻害し、癌細胞を根絶するためには、NK細胞は腫瘍部位に移行し、腫瘍微小環境に入ると標的細胞を同定して攻撃しなければならない。
これまで、NK細胞エフェクター機能は、主として脱顆粒および細胞毒性アッセイ19、20、21によってモニタリングされた。NK細胞傷害性は、51クロム放出アッセイ22、23、24、25によって測定することもできる。しかし、このアッセイにはガンマカウンターの必要性を含むいくつかの特定の要件があり、放射能ベースであり、放射性物質の取り扱いと処分の訓練を必要とし、ユーザーにリスクのレベルをもたらします。したがって、いくつかの新しい非放射活性ベースのアッセイが開発され、NK細胞活性を研究するために採用されている。
ここでは、このような2つのプロトコルを、NK細胞媒介性細胞傷害アッセイ法とカルセインアセトキシメチル(AM)染色法を用いてNK細胞介在癌細胞根絶を測定する測定系のNK細胞性細胞傷害性アッセイ法を用いて説明する。これらのアッセイは、放射性同位元素の使用を必要とせず、簡単で敏感であり、NK細胞機能を調節する因子を再現的に同定する。また、NK細胞の移動の変化をモニターしないとNK細胞の機能を十分に評価することはできないため、NK細胞の移動をモニタリングするフローサイトメトリーベースの定量法も紹介しています。
ここで説明する細胞毒性および移行方法は、悪性腫瘍における癌細胞およびNK細胞媒介性免疫回避機構に対するNK細胞細胞毒性を評価し、NK細胞活性/機能を高める治療薬を同定するために使用することができる。プロトコルは、シンプルで、感度が高く、再現可能で、古典的な放射能ベースの51クロム放出アッセイに代わるものが好ましい。プロトコルは、特に、ほとんどの研究所で使用するために容易に適応できるように設計されており、簡単な色素、顕微鏡、またはFACSベースの読み出しが解釈しやすく、研究者は信頼できる結論に達することができます。ハイスループットスクリーニングベースのアプローチには、すべてスケーラブルです。プロトコルは単一の肝腫瘍細胞株の文脈で提示されるが、それらは他の癌細胞タイプおよび/または他の非癌標的細胞に容易に適合させることができる。
提示されたすべての方法は堅牢で再現性がありますが、異なる癌細胞とNK細胞のバッチで実験間変動が発生する可能性があります。実験の結論を正確に裏付ける結果を得るためには、生物学的トリプリケートを用いて少なくとも2回実験を繰り返すことをお勧めします。
この方法の制限は、NK92MI細胞の増殖速度が遅くなることである。そのため、50個以上のサンプルを用いた実験では、遅延を防ぐために十分な数のNK92MIを事前に増やすべきである。また、プロトコルに記述されているすべてのコントロールは、偽りおよび再現不可能な結果を避けるために実装する必要があります。NK細胞毒性アッセイの別の制限は、NK対癌細胞比、ならびにインキュベーション時間が、各標的細胞に対して最適化されなければならないということである。例えば、肝がん細胞株に対するNK細胞に対するがん細胞の比率(1:5、1:10、1:20、1:40、1:80)と、マルチインキュベーション時間(2、3、4、5、6時間)を試験しました。我々の結果を基に、1:10と1:20のがん細胞とNK細胞の比率と3時間のインキュベーションで最も一貫した結果を観察しました。
また、固形腫瘍に由来するがん細胞は、培養板の表面に付着して増殖し、一方NK細胞は懸濁液中で増殖します。インキュベーション時間が3時間より長い場合、実験と生物学的複製の間の一貫性と再現性を向上させる超低アタッチメント96ウェルプレートを使用することをお勧めします。また、NK細胞誘導性細胞傷害性アッセイは、末梢血単核細胞(PBMC)から分離した一次NK細胞を用いて行うことも可能であることに注意することも重要である。しかし、そのような実験には幾つかの制限がある。まず、これらの実験はNK92MI細胞ほど簡単にスケーリングできません。第二に、PMBCから分離したNK細胞の細胞傷害活性のバッチ−バッチ変動は、再現性および結果の解釈の点で問題となる可能性がある。同様に、他のヒトNK細胞株は、文献に記載されており、NKL細胞29を含むこれらのタイプの実験に使用することができる。しかし、NK-92MI細胞とは異なり、NKL細胞はIL-2依存性であり、市販されていない。
記載されているカルセインAM実験を検討する場合、細胞死後のAMカルセインAMは細胞死後30に残ることを知ることが重要である。したがって、カルセインAM染色の定量は、NK細胞毒性の過小評価につながる可能性があるため、慎重に行う必要があります。
NK細胞媒介性細胞毒性と同様に、サイトカインおよび他のケモ惹起物質によるNK細胞遊走の調節は、NK細胞機能の調節において重要な役割を果たしている。ここで説明するNK細胞移動アッセイは、ケモカインやケモアタビ剤などの刺激のコンテキストでNK細胞の移動を評価するための簡単なプラットフォームを提供します。このアッセイは、NK細胞の移動を促進または妨害することができる薬剤を評価するために使用することができる – したがって、NK細胞の遊入のエンハンサーおよびリプレッサーを同定する。この方法は、遺伝的/エピジェネティックな変化(上方制御または下方制御)の結果として、または薬物治療のために生じるNK細胞移動調節能力を研究するのにも有用である。
NK細胞の移動を正確に測定するために、従うべき重要なステップはほとんどありません。すべての条件付き培地を用いた実験の場合、正確な測定を得るためには、対照条件と処理条件の両方から同等の条件付き培地を使用することが重要です。インキュベーションの時間は、精製された化学誘引物質および調合された培地で変化する。最後に、トランスウェル移行アッセイは十分に確立されており、NK細胞の移動を評価する優れた方法と考えられています。しかし、アッセイに用いられた均質な単一培養は、組織の複雑な生理学や、腫瘍の微小環境をより正確に模倣する可能性のある3D培養物を欠いている。
したがって、本稿で紹介したNK細胞傷害性アッセイおよびNK移行アッセイには幾分制限があるが、これらのアッセイは広範囲の免疫学的研究に適用可能であり、したがってNK細胞を評価する重要で信頼性の高い方法を提供する。機能とNK細胞変調免疫治療。
The authors have nothing to disclose.
我々は、国立衛生研究所からの助成金を感謝して認める:R01CA195077-01A1(NW)、R01CA200919-01(NW)、および1R01 CA218008-01A1(NW)。我々はまた、国防総省がW81XWH1910480およびW81XWH-18-1-0069をNWに資金援助することを認める。
Absolute counting beads | Thermo Fisher Scientific | C36950 | |
Alpha-MEM | Sigma-Aldrich | M4256 | |
Amicon ultra Centrifugal filters | Millipore | UFC900324 | |
Calcein AM dye | Sigma-Aldrich | 17783 | |
DMEM | Gibco | 11965-092 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 26140079 | |
Folic Acid | Sigma-Aldrich | F8758 | |
Horse Serum | Gibco | 16050114 | |
L-Glutamine (200 mM) | Gibco | 2530081 | |
LDH cytotoxic assay Kit | Thermo Fisher Scientific | 88953 | |
myo-Inositol | Sigma-Aldrich | I5125 | |
NK92MI cells | ATCC | CRL-2408 | |
Opti-MEM | Gibco | 31985070 | |
Phosphate Buffer Saline (PBS) | Sigma-Aldrich | P4417 | |
SKHEP-1 Cells | ATCC | HTB-52 | |
Transwell permeable chambers | Costar | 3241 | |
Trypsin EDTA solution | Gibco | 25200056 |