A erradicação mediada por células por células cancerígenas é importante para a iniciação e progressão do câncer. Aqui, apresentamos dois protocolos não baseados em radioatividade para avaliar a citotoxicidade mediada por célulank em relação às células tumorais hepáticas. Além disso, um terceiro protocolo é apresentado para analisar a migração de células NK.
As células assassinas naturais (NK) são um subconjunto da população citotóxica do sistema imunológico inata e participam como uma primeira linha de defesa, limpando células infectadas por patógenos, malignos e estressadas. A capacidade das células NK de erradicar células cancerígenas faz deles uma ferramenta importante na luta contra o câncer. Várias novas terapias imunológicas estão investigação para o tratamento do câncer, que dependem tanto do aumento da atividade celular NK quanto no aumento da sensibilidade das células cancerígenas à erradicação mediada por células NK. No entanto, para desenvolver efetivamente essas abordagens terapêuticas, ensaios in vitro econômicos para monitorar a citotoxicidade e migração mediadas por células NK também são necessários. Aqui, apresentamos dois protocolos in vitro que podem monitorar de forma confiável e reprodutivelmente o efeito da citotoxicidade das células NK nas células cancerosas (ou outras células-alvo). Esses protocolos não são baseados em radioatividade, simples de configurar, e podem ser dimensionados para triagem de alto nível. Também apresentamos um protocolo baseado em citometria de fluxo para monitorar quantitativamente a migração de células NK, que também pode ser ampliada para triagem de alto desempenho. Coletivamente, esses três protocolos podem ser usados para monitorar aspectos-chave da atividade celular NK que são necessários para a capacidade das células de erradicar células-alvo disfuncionais.
A capacidade do corpo humano de identificar objetos estranhos não-eu e erradicar objetos estranhos é fundamental para a sobrevivência humana contra patógenos e malignidades1. A resposta imune humana desempenha o papel mais importante nesse processo2,3,4. Com base em características e funções fundamentais, o sistema imunológico humano pode ser amplamente classificado em dois grandes grupos funcionais: o sistema imunológico adaptativo e o sistema imunológico inata. O sistema imunológico adaptativo é tipicamente específico para um determinado patógeno e tem memória imunológica e, portanto, é duradouro e responsivo à futura reinfecção pelo mesmo patógeno5,6,7,8,9. Em contraste, a imunidade inata é muito mais ampla em sua erradicação de alvos e relativamente inespecífica. Portanto, tipicamente, a resposta imune inata serve como a primeira linha de defesa imunológica10. As células assassinas naturais (NK) pertencem ao sistema imunológico inata e representam 10-15% do total de linfócitos circulantes11. As células NK erradicam as células-alvo através de dois mecanismos principais. Primeiro, ao vincular-se às células-alvo expressando ligantes ativados, as células NK liberam a perforina protena que interrompe a membrana e os granzymes protease serinos através da exocitose, que induzem conjuntamente a apoptose nas células-alvo12,13,14,15. Além disso, as células NK expressando apoptose (TRAIL) relacionadas ao fator FasL e necrosa (TRAIL) interagem com células-alvo expressando receptores de morte (Fas/CD95), levando à apoptose dependente da caspase16. Mais importante, as células NK não requerem preestimulação, como a apresentação de antígenos, para erradicar células infectadas por patógenos ou malignas; assim, eles geralmente estão em um estado pronto para matar17,18. Para inibir o desenvolvimento e a progressão do tumor e erradicar as células cancerígenas, as células NK devem migrar para o local do tumor e, uma vez no microambiente tumoral, identificar e atacar as células-alvo.
No passado, as funções de efeito nk-células eram monitoradas principalmente por ensaios de desgranulação e citotoxicidade19,20,21. A citotoxicidade celular NK também pode ser medida por 51ensaios de liberação de cromo22,23,24,25. No entanto, este ensaio tem alguns requisitos específicos, incluindo a necessidade de um contador gama, e é baseado em radioatividade, o que requer treinamento no manuseio e descarte de materiais radioativos e representa um nível de risco para o usuário. Portanto, vários novos ensaios não baseados em radioatividade foram desenvolvidos e empregados para estudar a atividade celular NK.
Aqui, descrevemos dois desses protocolos, método microscopico limétrico de desidrogenase (LDH) baseado em células NK mediadas por células NK e método microscópico à base de colorez (AM) para medir a erradicação da célula cancerígena mediada por célulaNK. Esses ensaios não exigem o uso de radioisótopos, são fatores simples, sensíveis e reprodutivelmente identificam fatores que modulam a função celular NK. Além disso, como a função celular NK não pode ser totalmente avaliada sem monitorar as alterações na migração celular NK, também apresentamos um método quantitativo baseado em citometria de fluxo para monitorar a migração celular NK.
Os métodos de citotoxicidade e migração descritos aqui podem ser usados para avaliar a citotoxicidade celular NK para células cancerosas e mecanismos de evasão imunológica mediado por células NK em tumores malignos, bem como para identificar agentes terapêuticos que melhorarão a atividade/função celular NK. Os protocolos são simples, sensíveis, reprodutíveis e preferíveis alternativas ao ensaio de lançamento de cromo 51baseado em radioatividade clássica. Os protocolos foram especificamente projetados para serem facilmente adaptáveis para uso na maioria dos laboratórios, com leituras colorimétricas simples, microscópicas ou baseadas em FACS que são fáceis de interpretar, permitindo que os pesquisadores alcancem conclusões confiáveis. Todos são escaláveis para abordagens baseadas em triagem de alto nível. Embora os protocolos sejam apresentados no contexto de uma única linha de células tumorais hepáticas, eles podem ser facilmente adaptados facilmente a outros tipos de células cancerígenas e/ou outras células-alvo não cancerígenas.
Considerando que todos os métodos apresentados são robustos e reprodutíveis, variação interexperimental pode ocorrer com diferentes lotes de células cancerígenas e células NK. Para garantir que os resultados apoiem com precisão as conclusões dos experimentos, é aconselhável repetir o experimento pelo menos duas vezes usando triplicados biológicos.
Uma limitação desse método é que a taxa de crescimento das células NK92MI pode ser lenta. Portanto, para experimentos com 50 ou mais amostras, um número suficiente de NK92MI deve ser cultivado antecipadamente para evitar atrasos. Além disso, todos os controles descritos nos protocolos devem ser implementados para evitar resultados espúrios e não reprodutíveis. Outra limitação do ensaio de citotoxicidade NK é que a razão nk para células cancerosas, bem como o tempo de incubação, deve ser otimizada para cada célula-alvo. Por exemplo, testamos várias proporções de células cancerígenas para células NK (1:5, 1:10, 1:20, 1:40 e 1:80) para as linhas de células cancerígenas hepáticas, bem como múltiplos tempos de incubação (2, 3, 4, 5 e 6 h). Com base em nossos resultados, observamos resultados mais consistentes com proporções 1:10 e 1:20 de células cancerígenas para células NK e incubação por 3 h.
Além disso, as células cancerígenas derivadas de tumores sólidos se anexam e crescerão na superfície da placa de cultura, enquanto as células NK crescem em suspensão. Se o tempo de incubação for maior que 3h, é aconselhável usar o acessório ultrabaixo 96 placas de poço, o que melhorará a consistência e a reprodutibilidade entre experimentos e réplicas biológicas. Também é importante notar que os ensaios de citotoxicidade induzidas por células NK também podem ser realizados usando células NK primárias isoladas de células mononucleares sanguíneas periféricas (PBMCs). No entanto, existem várias limitações com tais experimentos. Em primeiro lugar, esses experimentos não podem ser tão facilmente dimensionados como com as células NK92MI. Em segundo lugar, a variação lote a lote da atividade citotóxica das células NK isoladas dos PMBCs pode ser problemática em termos de reprodutibilidade e interpretação dos resultados. Da mesma forma, outras linhas celulares NK humanas são descritas na literatura e podem ser usadas nesses tipos de experimentos, incluindo células NKL29; no entanto, ao contrário das células NK-92MI, as células NKL são dependentes do IL-2 e não estão disponíveis comercialmente.
Ao considerar os experimentos da Calcein AM descritos, é importante notar que calcein AM permanece em corpos apoptóticos após a morte celular30. Portanto, a quantitação da coloração AM de calceindeve ser cuidadosamente realizada, pois pode levar a uma subestimação da citotoxicidade NK.
Semelhante à citotoxicidade mediada por células NK, a modulação da migração celular NK por citocinas e outros quimioatrativores desempenha um papel importante na regulação da função celular NK. O ensaio de migração celular NK descrito aqui fornece uma plataforma simples para avaliar a migração celular NK no contexto de um estímulo como uma quimioterapia ou quimioatraidor. Este ensaio pode ser usado para avaliar agentes que podem promover ou interferir na migração de células NK – assim, identificando aprimoradores e repressores da migração de células NK. Este método também pode ser útil para estudar a capacidade regulatória de migração celular NK como resultado de uma alteração genética/epigenética (upregulation ou repressão) ou decorrentes devido ao tratamento medicamentoso.
Para medir com precisão a migração das células NK, há poucos passos críticos que devem ser seguidos. Para todos os experimentos que utilizam meio condicionado, é importante que o meio condicionado equivalente seja utilizado tanto das condições de controle quanto do tratamento para obter medições precisas. O tempo de incubação será variado com quimioatraidores purificados e meio condicionado. Finalmente, os ensaios de migração transwell são bem estabelecidos e considerados um excelente método para avaliar a migração de células NK; no entanto, as monoculturas homogêneas empregadas nos ensaios carecem da complexa fisiologia dos tecidos ou mesmo culturas 3D que podem imitar com mais precisão o microambiente tumoral.
Assim, embora existam algumas limitações aos ensaios de citotoxicidade celular NK e ensaio sé apresentado neste artigo, esses ensaios são aplicáveis a uma ampla gama de estudos imunológicos e, assim, fornecem métodos importantes e confiáveis para avaliar a célula NK função e terapêutica imunológica modulatória celular NK.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos subsídios dos Institutos Nacionais de Saúde: R01CA195077-01A1 (NW), R01CA200919-01 (NW) e 1R01 CA218008-01A1 (NW). Também reconhecemos o financiamento do Departamento de Defesa W81XWH1910480 e W81XWH-18-1-0069 para nw.
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 |